馬氏體切變模型及評價

4.8馬氏體相變切變模型及評價內(nèi)蒙古科技大學(xué)劉忠昌教授20世紀(jì)對馬氏體相變晶體學(xué)的研究經(jīng)歷了三個階段：

1）第一階段，1924年Bain提出了應(yīng)變模型；第二階段，從1930年開始，提出了一系列切變模型，如K-S模型，西山模型，G-T模型，B-B雙切變模型，藤田模型等。這些模型均為針對某一具體發(fā)現(xiàn)事例，設(shè)計一種切變模型，以說明相變時原子的具體移動方式，說明位向關(guān)系，慣習(xí)面等。第三階段，從50年代初開始，提出了馬氏體相變晶體學(xué)唯象學(xué)說。晶體學(xué)唯象學(xué)說只推測相變過程的表象，而不能描述原子的遷動過程。在Au-Cd、In-Ti等馬氏體中得到證實。其特點是能應(yīng)用電子計算機技術(shù)定量計算。

20世紀(jì)中，此唯象學(xué)說被認(rèn)為是馬氏體相變晶體學(xué)優(yōu)秀的理論。稱為“晶體學(xué)表象學(xué)理論”。近年來，劉宗昌等人認(rèn)為該學(xué)說的物理模型不正確。其計算結(jié)果與大多數(shù)實際不符，不能稱為理論，僅僅是假說。各類模型簡介

1.Bain應(yīng)變模型1924年Bain提出的壓縮應(yīng)變模型，Z軸方向需要壓縮21%，這成為塑性變形了。實際上是不可能的。該模型不久即被遺棄。2．馬氏體相變的K-S切變模型

30年代初，庫氏和Sachs確定了1.4%C鋼中奧氏體與馬氏體之間的位向關(guān)系為：

此稱K-S關(guān)系。庫氏、Sachs首先提出了切變機制并設(shè)計了K-S切變模型，后稱為K-S切變模型。面心立方的原子堆垛?。?11）面的菱形α-Fe體心立方的原子堆垛面心立方ABCABCABC…堆垛表示底層原子⊕表示中間層（第二層）原子，○表示頂層（第三層）原子。切變分三步進行：（1）第一切變：看圖4-34的底面菱形，菱形角為60o。在面上，沿著方向進行切變，底層不動，第二層原子沿方向移動0.057nm，○層原子移動0.114nm，對于1.4%Fe-C合金切變角15o15′；如果不含碳，切變角則為19o28′。（2）第二切變：在面上，沿著方向進行一次小的切變，使60o角變成690。如果不含碳，則使60o角變成70o32′。切變角10o32′、9o（3）線性調(diào)整，兩次切變后并沒有得到真正的馬氏體晶格，為使其符合實際的晶格參數(shù)。若轉(zhuǎn)變?yōu)閎ccM(0%C)時，晶格參數(shù)調(diào)整量見表4—5。第一切變第二切變晶格參數(shù)調(diào)整計算值注：γ-Fe的晶格常數(shù)=0.364nm；α-Fe的晶格常數(shù)=0.2861nm圖4—36K-S切變模型的平面投影[1]K-S關(guān)系24種可能的取向

fcc的{111}面有四個取向，每個(111)上有三個<112>取向，則4×3=12，

第二切變在每個(111)上可以切變出兩個位向的面的70o32′菱形，則共計12×2=24種取向。對K-S模型的評價優(yōu)點：K-S模型符合馬氏體的位向關(guān)系。體現(xiàn)了無擴散性。缺點：（1）不能解釋浮凸現(xiàn)象；（2）不能解釋慣習(xí)面，按照K-S模型馬氏體的慣習(xí)面應(yīng)當(dāng)為（111），但是實際上1.4%C馬氏體的慣習(xí)面為（259）.（3）不能解釋位錯、孿晶、層錯等亞結(jié)構(gòu)；（4）不能解釋鋼中馬氏體的正方度；（5）兩次切變沒有得到真正的馬氏體晶格，切變后仍需晶格參數(shù)調(diào)整，需要原子再移動，模型未說明原子怎樣再進行移動，位移矢量。（6）沒有考慮切變能量消耗和切變應(yīng)變能，缺乏熱力學(xué)可能性等。

K-S切變模型與實際基本上不符，是不成功的模型。3.G—T模型A.B.Greninger,A.R.Troiano于1949年測定了Fe-22%Ni-0.8C%合金中的馬氏體位向,發(fā)現(xiàn)了G-T關(guān)系，并且設(shè)計了G-T切變模型。通過均勻切變和非均勻切變的合成，來滿足Fe-Ni-C合金馬氏體相變的晶格重構(gòu)、外形改變、慣習(xí)面等方面的要求。G-T模型的兩次切變后，并沒有完全達到實際晶體要求，為了滿足晶體學(xué)要求，仍需做晶格參數(shù)的調(diào)整。

馬氏體相變的G—T關(guān)系，

//差1o

′//差2oG-T切變模型：第一切變是沿著慣習(xí)面的均勻切變。第二次切變是不均勻切變。第一切變

——均勻切變是產(chǎn)生宏觀變形的切變，即切變時不僅點陣改組，晶體外形也發(fā)生變化。在試樣表面產(chǎn)生浮凸。均勻切變后得到的還不是馬氏體晶格點陣，而是一個復(fù)雜的三棱結(jié)構(gòu)。點陣發(fā)生改組，但晶體外形不發(fā)生變化?；苹?qū)\生產(chǎn)生不均勻切變.第二切變由三棱結(jié)構(gòu)變?yōu)轳R氏體點陣。并且通過滑移和孿生產(chǎn)生大量位錯或精細孿晶。為了使模型與馬氏體中的位錯、孿晶相符合，G-T模型將塑性變形理論引入模型，令其滑移產(chǎn)生位錯、孿生產(chǎn)生孿晶。位錯滑移和孿生是在外加應(yīng)力作用下的變形。母相轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時，沒有外加應(yīng)力，只有相變驅(qū)動力，相變驅(qū)動力不足以推動滑移切變和孿生切變。第二切變---非均勻切變

圖4—49晶體切變示意圖

a）均勻切變

b）非均勻切變

G-T模型示意圖均勻切變非均勻切變二次切變，滑移a及孿生b示意圖ab對G—T切變模型的評價優(yōu)點：符合位向關(guān)系；產(chǎn)生了位錯和孿晶，表面浮凸。缺點：（1）與慣習(xí)面不符，如該合金的慣習(xí)面實際是，而非。與小于1.4%C鋼中馬氏體的慣習(xí)面也不相符。（2）雖然預(yù)示馬氏體中存在位錯和孿晶，但是那是形變位錯。馬氏體相變產(chǎn)生的是相變位錯、孿晶、層錯。（3）不能解釋鋼中馬氏體的正方度；（4）切變沒有得到真正的馬氏體晶格，切變后仍然需要晶格參數(shù)調(diào)整，需要原子的再移動。（5）沒有考慮切變能量消耗和切變的熱力學(xué)可能性等。（6）G-T模型錯誤地將金屬塑性變形理論引入馬氏體相變，混淆了相變位錯、相變孿晶與形變位錯、形變孿晶的區(qū)別。該模型與實際基本上不符。1）應(yīng)用外加應(yīng)力作用下切變機制解釋極高密度位錯、精細孿晶的形成是錯誤的。2）無法解釋馬氏體中的層錯亞結(jié)構(gòu)。有的有色合金馬氏體中只有層錯亞結(jié)構(gòu)，無位錯，也