马氏体相变研究的最新进展_一_刘宗昌

马氏体强化机制

2012春季学期 材料力学性能课程论文 院（系）材料科学与工程 专业材料科学与工程 学生唐骜 学号 1091900101 班号 0919001

铁碳马氏体的强化机制 唐骜 1091900101 摘要：本文以铁碳马氏体的组织形貌以及马氏体转变过程为出发点，引述了马氏体的主要强韧化机制。并通过引用各学者的实验结论，得到了铁碳马氏体的强韧化机理。 关键词：马氏体，强韧化机制，高强度钢，低碳钢，时效 1. 马氏体概述 马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。 马氏体最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，但是在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因。马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。 20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。 2. 马氏体相变特征 马氏体转变的一般定义为：过冷奥氏体以较快的速度冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生的无扩散型相变称为马氏体相变。 其主要特点有以下几点： （1）马氏体相变是无扩散相变。马氏体相变时没有穿越界面的原子无规行走或顺序跳跃，因而新相（马氏体）承袭了母相的化学成分、原子序态和晶体缺陷。马氏体相变时原子有规则地保持其相邻原子间的相对关系进行位移，这种位移是切变式的。原子位移的结果产生点阵应变(或形变)。这种切变位移不但使母相点阵结构改变，而且产生宏观的形状改变。 （2）产生表面相变时浮突。马氏体形状改变使先经抛光的试样表面形成浮突。马氏体形成时，与马氏体相交的表面上发生倾动，在干涉显微镜下可见到浮突的高度以及完整尖锐的边缘。 （3）新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位向关系。马氏体相变时在一定的母相面上形成新相马氏体，这个面称为惯习（析）面，它往往不是简单的指数面，如

【12】304不锈钢应变诱发_马氏体相变及对力学性能的影响

第24卷第5期 2006年9 物理测试 Physics Examination and Testing Vol.24,No.5 　Sep.2006 作者简介:王　健(19762),男,硕士生; E 2m ail :wj1976@https://www.docsj.com/doc/9b11509475.html, ; 修订日期:2006204210 304不锈钢应变诱发α′ 马氏体相变及对力学性能的影响 王　健1,2,　杨卓越1,　陈嘉砚1,　苏　杰1 (1.钢铁研究总院结构材料研究所,北京100081;2.云南大学,云南昆明650091) 摘　要:借助于X 射线衍射,研究了C 、Mn 、Cr 和Ni 含量对304奥氏体不锈钢拉伸力学性能和应变诱发马氏体 相变倾向的影响。结果表明:C 、Mn 、Cr 和Ni 在允许的成分范围内变化,应变诱发α′ 马氏体相变倾向差异很大,这导致屈服强度和抗拉强度复杂的变化,尽管应变诱发α′马氏体相变使加工硬化速率提高,相变可以诱发塑性, 但相变速率较快,相变倾向较大的钢塑性反而下降,此外,由于室温变形还增大热诱发马氏体相变倾向,从而限制了C 、Mn 、Cr 和Ni 下限钢在高精度和低温环境下构件的应用。关键词:304不锈钢;应变诱发;马氏体相变;拉伸力学性能 中图分类号:T G 115.5 文献标示码:A 文章编号:100120777(2005)0520008204 Strain 2induced Martensite T ransform ation and E ffects on Mechanical Properties in 304Stainless Steel WAN G Jian 1,2,　YAN G Zhuo 2yue 1,　C H EN Jia 2yang 1,　SU Jie 1 (1.Institute of Structure Materials ,Central Iron &Steel Research Institute ,Beijing 100081China ;2.Yunnan University ,Kunmin 650091,Yunnan ,China ) Abstract :By means of X 2ray diff raction technique ,the effects of C 、Mn 、Cr and Ni on the tensile properties and the tendency of strain 2induced martensite transformation in AISI 304stainless steel have been investigated.The re 2sults have shown that ,even though the variations of C 、Mn 、Cr and Ni were restricted to the standard specifica 2tion ,there existed significant difference with respect to the stability of austenite ,leading to the complex variation in yield strength and tensile strength.Despite increase in the rate of work hardening due to strain 2induced martens 2ite transformation and transformation 2induced plasticity ,the inferior ductility was caused by high rate of formation martensite in the steel with low C 、Mn 、Cr and Ni contents.Moreiover ,the deformation at room temperature in 2creased the tendency of thermally induced martensite transformation in steel with low C 、Mn 、Cr and Ni contents ,which give rise to low precision of components and brittlement in the steels used in low temperature.K ey w ords :304stainless steel ;strain 2induced ;martensite transformation ;tensile properties 奥氏体不锈钢组织是亚稳定的,在变形过程中 发生应变诱发相变,相变产物为ε马氏体(hcp )和α马氏体(bcc ),其中ε马氏体仅在应变较小时形成, 随应变的累积ε马氏体逐步消失,与此同时α′ 马氏体量持续增加,目前已在较宽的化学成分范围内,研 究了应变诱发α′ 马氏体对加工硬化、塑性成形能力等力学行为的影响[1～3],由于这些研究不是针对某一种奥氏体不锈钢进行的,因此研究结果的适用性受到了限制,因此迫切需要针对某一种钢在允许的 范围内变化成分时,应变诱发α′ 马氏体相变倾向、以及对力学行为的影响进行研究,以提高研究结果的实用性。为此本文根据A ISI304钢标准冶炼了3炉钢,将C 、Mn 、Cr 和Ni 分别控制在上、中和下限,通 过室温和液氮温度拉伸,对应变诱发α′ 马氏体相变 倾向,以及对拉伸力学性能的影响进行了系统研究。 1　材料与试验方法 3炉试验钢用50kg 真空感应炉冶炼,将将C 、 Mn 、Cr 和Ni 分别控制在上、中和下限,称为A 、B 和C 钢,其化学成分见表1。冶炼后浇铸成40kg 的坯料。经锻造、热轧后再冷轧成2mm ×110mm ×L mm 板材。从板材上纵向切取标距为10mm ×40mm 的板拉伸试样,试样经过固溶处理(1050℃×30min 水冷)。将固溶处理后的拉伸试样分为2组, 第一组拉伸试样分别在室温和液氮温度(-196℃)下,在M TS 2880拉伸试验机上拉伸,夹头速度为2 mm /min ,除测定力学性能外,将若干个试样拉伸到一定应变后中断,工程应变分别控制在0.06、0.12、0.18和0.24附近,以研究微观组织在应变累积过

马氏体相变

马氏体相变机理研究进展 摘要：马氏体应用在钢的强化，现今多数的结构钢件还是以淬火得到马氏体、再进行回火，产生马氏体的目的为强化，可应用在工程实用中，对马氏体的研究变得越来越受关注。 关键字：马氏体；相变；形核； 1 引言：马氏体最初是在钢中发现的：将钢加热到一定温度后经迅速冷却，得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。是碳在ɑ-Fe中过饱和固溶体，为体心正方结构。1895年法国人奥斯蒙为纪念德国冶金学家马滕斯，把这种组织命名为马氏体。20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。 2.相变特征和机制 马氏体相变具有热效应和体积效应，相变过程是形核和长大的过程。但核心如何形成，又如何长大，目前尚无完整的模型。马氏体长大速率一般较大，有的甚至高达10cm·s。人们推想母相中的晶体缺陷（如位错）的组态对马氏体形核具有影响，但目前实验技术还无法观察到相界面上位错的组态，因此对马氏体相变的过程，尚不能窥其全貌。 其特征可概括如下：马氏体相变是无扩散相变之一，新相（马氏体）承袭了母相的化学成分和原子序态。马氏体相变时原子有规则地保持其相邻原子间的相对关系进行位移，这种位移是切变式的，且原子位移导致点阵应变，这种切变位移不但使母相点阵结构改变，而且有形状变化。由于马氏体相变时原子规则发生位移，使新相和母相之间始终保持一定的位向关系。在铁基 合金中由体心立方马氏体时具有著名的K-S关系（111)r//(011)M、 [101]r//[111]M。必须有足够的奥氏体过冷度才能产生点阵切变，形成马氏体。 转变开始温度定义为Ms，碳和置换合金元素增加奥氏体的切变抗力，降低Ms。中碳钢中合金元素与Ms的关系式为如下： Ms=539-423C-30.4Mn-12.1Cr-17.7Ni-7.5Mo。在一般合金的马氏体相变中，马氏体形成量只是温度的函数，即随着温度的下降，马氏体的形成量增大，称为变温马氏体，而随着时间的延长，马氏体形成量增多，称为等温马氏体。 2.1马氏体相变特征： 1）无扩散型过程：1930年在已发现高碳型马氏体（包括含高Ni～30%Ni 的Fe-Ni）形成很快，称为快速型马氏体，以后由电阻测定并以示波器显示，一片马氏体在（0.5～5）×10-7S形成，相当于形成速率为1100m/s,在80～250K

五评马氏体相变的切变学说

五评马氏体相变的切变学说 ——唯象“理论”的误区 刘宗昌，计云萍，任慧平 （内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古包头014010） 摘要：研究马氏体相变晶体学具有重要理论意义。本文简述并评价了唯象学说，指出：（1）以贝茵应变使母相转变为 马氏体，缺乏热力学可能性，贝茵应变B作为计算数据，不可靠；（2）马氏体浮凸是相变体积变化所致，与切变无关，浮凸普遍为帐篷型（∧），矩阵计算式中的形状应变F与马氏体相变晶体学没有直接的联系；（3）点阵不变切变缺乏热 力学可能性，在实际的马氏体相变中不存在简单切变（S）。同样，刚性转动也是虚构的；（4）唯象学说基本上与马氏 体相变实际不符，应予摈弃。 关键词：唯象学说；马氏体相变；切变；贝茵应变；浮凸；矩阵式 中图号： The Fifth Commentary on Shear Theory of Martensite Phase Transformation ——Mistaken Ideas of Phenomenological Theory LIU Zong-chang, JI Yun-ping，REN Hui-ping （Material and Metallurgy School, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, Inner Mongolia， China） Abstract: It is significant theoretically to study the crystallography of martensite phase transformation. The phenomenological theory was briefly described and evaluated. The proposed viewpoints are as follows. (1) The transformation from austenite to martensite through the Bain strain lacks of the thermodynamics possibility, moreover, it is unreliable to use the Bain strain (B) as the calculating data. (2) The surface relief of martensite, which is generally in tent (∧) type, results from the bulk expansion during martensite phase transformation and has nothing to do with the shear. The shape strain (F) in the matrix calculation formula is not directly relevant to the crystallography of martensite phase transformation. (3) The lattice invariance shear is short of the thermodynamic feasibility. No simple shear (S) exists in the actual martensite phase transformation, similarly, the rigid rotation is imaginary. (4) The phenomenological theory doesn't conform to the reality of martensite phase transformation and should be abandoned. Key words: Phenomenological theory; martensite phase transformation; shear; Bain strain; surface relief; matrix 20世纪50年代前期由M. S. Wechsler等(w-L-R)[1]和J.S.Bowles等(B-N)[2]分别独立地提出了马氏 体相变晶体学的唯象“理论”：W-L-R学说和B-M学说。这两个学说基本上等价，即两者的出发点和 推理过程相近，该学说被认为是材料科学中为数不多的定量学说。由于唯象学说，或称表象学学说， 与实际基本上不符，理论上也欠妥当，故不能称为理论，称其为学说（或假说）较为合适。该学说经 过多年的修改仍不成熟，与实际相差甚远[3～5]。本文从试验和理论上对该学说进行了分析并指出其误区。 内蒙古自治区科技引导计划项目（20071911） 作者简介：刘宗昌，（1940～），男，汉族，河北玉田人，内蒙古科技大学教授。从事相变理论和热处理技术研究。发表论文260余篇，出版专著和高等院校教材14部。 E－mail：lzchang75@https://www.docsj.com/doc/9b11509475.html,

马氏体转变及其应用

马氏体转变概述 摘要：钢经奥氏体化后快速冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生的无扩散型相变为马氏体转变。马氏体转变是钢件热处理强化的主要手段。因此，马氏体转变的理论研究与热处理生产实践有着十分密切的关系。本文简略介绍了碳钢中的马氏体转变的定义、机理、研究过程、和技术运用情况[1]。 1 马氏体转变的特点及定义 1.1 马氏体相变是无扩散型相变 因为相变前后化学成分不变，新相(马氏体)和母相(奥氏体)碳的质量分数相同，只是晶格结构由面心立方晶格转变成了体心立方晶格而且马氏体相变可以在-196℃到-296℃低温下进行，这样低的温度原子扩散极困难，所以相变不可能以扩散方式进行，因此马氏体相变过程中，原子有规则移动，原来相邻的原子相变以后仍然相邻，原子不发生扩散就可以发生马氏体相变[2]。 1.2 切变共格和表面浮凸现象 人们早就发现，在高碳钢样品中产生马氏体转变之后，在其磨光的表面上出现倾动，形成表面浮凸。这个现象说明转变和母相的宏观切变有着密切关系。马氏体形成是以切变的方式实现的，同时马氏体和奥氏体之间界面上的原子是共有的，既属于马氏体，又属于奥氏体，而且整个相界面是互相牵制的，这种界面称为“切变共格”界面[3]。 1.3 马氏体转变是在一个温度范围内形成 就马氏体相变而言，不但在快冷的变温过程中有马氏体相变，而且在等温过程中，也有等温马氏体产生，如Fe - Ni26 - Cu3 合金所能发生等温马氏体相变，但钢的马氏体相变是在一个温度范围内形成的[4]。 当奥氏体被冷却到Ms点以下任一温度时，不需经过孕育，转变立即开始，转变速度极快，但转变很快就停止了，不能进行到终了，为了使转变继续进行，必须降低温度，也就是说马氏体是在不断降温条件下才能形成。这是因为在高温下母相奥氏体中某些与晶体缺陷有关的有利位置，通过能量起伏和结构起伏，预先形成了具有马氏体结构的微区。这些微区随温度降低而被冻结到低温，在这些微区里存在一些粒子，这些粒子在没有成为可以长大成马氏体的晶核以前我们叫它核胚。从高温冻结下来的核胚有大有小，从经典的相变理论可知：冷却达到的

形状记忆合金简介

?形状记忆效应：具有一定形状的固体材料(通常是具有热弹性马氏体相变的材料)，在某一温度下(处于马氏体状态M f 进行一定限度的塑性变形后，通过加热到某一温度(通常是该材料马氏体完全消失温度A f )上时，材料恢复到变形前的初板条马氏体 钢的淬火 5

?Monoclinic Crystal Structure Twinned Martensite 自协作马氏体Detwinned Martensite 非自协作马氏体 8 发生塑性变形后，经加热到 某一温度后能够恢复变形， 马氏体在外力下变形成某一 特定形状，加热时已发生形 变的马氏体会回到原来奥氏 形状记忆效应过 程的示意图 马氏体相变热力学 相变产生，M相的化学自由能必须 ，不过冷到适当低于T0(A相和M相化学自由 的温度，相变不能进行， 必须过热到适当高于T0的温度，相变才 马氏体相和母相化学自 11 马氏体相变热力学 低于M s 温度下，马氏体形成以后，界面上的弹性变形随着马氏体的长大而增加； 当表面能、弹性变形能及共格界面能等能量消耗的增加与变化学自由能的减少相等时，马氏体和母相间达到热弹性平衡状态，马氏体停止长大。 CuAlNi合金加热过程中热弹性马氏体相变(马氏体缩小)温度继续下降，马氏体相变驱动力增加，马氏体又继续长大，也可能出现新的马氏体生长。 温度升高，相变驱动力减小，马氏体出现收缩。 CuAlNi合金加热过程中热弹性马氏体相变(马氏体缩小)

16伪弹性应力应变示意图 17f (a) Shape Memory Effect (b) Superelasticity

[100][111] 冷却 形状记忆效应的三种形式 (a)单程(b)双程(c)全程 22 （a）马氏体状态下未变形 （b）马氏体状态下已变形 ）放入热水中，高温下恢复奥氏体状态，形状完全恢复 单程TiNi记忆合金弹簧的动作变化情况 24

马氏体相变简介(参考内容)

马氏体相变 一、定义和基本特征 1.定义： 替换原子经无扩散切变位移（均匀和不均匀形变），并由此产生形状和表面浮突、呈不变平面应变特征的一级、形核、长大型相变［1］。 2.基本特征： （1）无扩散性； （2）以切变为主,具有表面浮突现象； （3）具有一定位向关系，如K-S关系，西山关系，G-T关系等；

（4）惯习面在相变过程中不畸变不转动（即不变平面）； 3.马氏体的主要形态 （1）板条马氏体：对于钢材，中低碳钢、温度较高时易形成（下图左为光镜下的组织结构，右为电镜下的组织结构）； （2）片状马氏体：对于钢材，中高碳钢、温度较低时易形成（下图左为光镜下的组织结构，右为电镜下的组织结构）；

二、马氏体转变的机理 1.相变驱动力 相变的驱动力来自于新、旧两相的吉布斯自由能之差。系统总的自由能决定相变过程及相变产物微观组织的演化规律。总的自由能包括体积化学自由能、界面能、由畸变产生的弹性应变能，如存在外加场，还应考虑外加应力场、电场、温度场及磁场等的影响［2］。 G=G ch + G el +G in (体积化学自由能、由畸变产生的弹性应变能、界面能三种能量不同的文献有不同的物理模型描述，这里不详细进行描述) 2.马氏体转变的切变模型［3］ （1）Bain模型 Bain模型并不是真正意义上的切变模型，其描述了晶体点阵的改组并不涉及切变，不存在不变平面，无法解释表面浮突现象。 （2）K-S模型

K-S切变能够成功地导出所测到地点阵结构和取向关系，但对于惯习面和浮突的预测与实际相差较大。 （3）G-T模型 G-T模型能够很好地解释了马氏体的点阵改组、宏观变形、位向关系、表面浮凸，特别是预测了马氏体内的两种主要的亚结构——位错和孪晶，但不能解释惯习面是不变平面以及低、中碳钢的位向关系。 （4）晶体学表象理论 晶体学表象理论不解释原子如何移动导致相变，只根据转变起始和最终地晶体形态，预测马氏体转变地晶体学参量。 三、马氏体相变的有限元模型［4］ 1.介观模型 （1）相变驱动力 体系的自由能可表示为：

潘金生《材料科学基础》(修订版)(名校考研真题 固态相变(Ⅱ)——马氏体相变)【圣才出品】

第12章　固态相变（Ⅱ）——马氏体相变 1．简述马氏体相变的基本特征。[西南交通大学2009、南京工业大学2008研] 答：马氏体相变是指晶体在外加应力的作用下通过晶体的一个分立体积的剪切作用，以极其迅速的速度而进行的相变，马氏体相变是固态相变的基本形式之一。马氏体相变的基本特征表现为（主要为前两点）： （1）无扩散性。马氏体相变时无需原子的扩散，没有原子的混合与再混合过程。新相M与母相A的化学成分完全相同。 （2）切变性，具体体现为： ①相变的协调一致性。A→M（FCC→BCC）。通过原子的整体协调运动（切变），晶体结构从FCC变成BCC。原子的移动距离小于原子间距。 ②表面浮凸效应。在经过抛光的表面，若发生马氏体转变，在切变时，将产生表面浮凸效应。这是由于点阵形变在转变区域中产生形状改变。 ③惯习面。M总是在母相的特定晶面上析出，伴随着M相变的切变，一般与此晶面平行，此晶面为基体与M相所共有，称为惯习面。 ④新相与母相之间存在确定晶体学位向关系。两种著名的取向关系（钢的M转变），即K-S关系和西山关系。实际材料的马氏体转变，一般与上述关系存在几度的偏差。 （3）马氏体相变时伴随有点阵畸变。 （4）马氏体转变存在开始温度M s和终了温度M f（或M z）。 2．指出并解释马氏体相变的特征。[清华大学2003研] 答：马氏体的相变特征：无扩散性、具有表面浮突和切变共格性、存在惯习面及其不

（1）无扩散性 相变过程不发生成分变化，参与转变的所有原子运动协同一致，相邻原子的相对位置不变，而且相对位移量小于一个原子间距。 （2）具有表面浮突和切变共格性 马氏体相变产生均匀切变或称为点阵切变，造成结构变化，试样表面出现浮突现象，马氏体和母相之间的界面为共格界面。 （3）存在惯习面及其不应变性 马氏体在母相的一定晶面上形成，此晶面成为惯习面。惯习面是一个无畸变不转动的平面。 （4）新相和母相之间有严格的取向关系 马氏体和母相之间主要有以下位向关系：①K-Ｓ关系；②G-T关系；③西山关系。 （5）马氏体具有内部亚结构 除了点阵切变外，马氏体相变还要发生点阵不变切变，依靠滑移或孪生完成，在马氏体内部形成位错或孪晶亚结构。 （6）马氏体具有逆转变现象 将马氏体以足够快的速度加热，马氏体可以不分解而直接转变为高温相。 3．马氏体的强化要素有哪些?请详细说明马氏体的强度和韧性与其含碳量、组织形态及亚结构的关系。[北京工业大学2009研] 答：马氏体的强化要素有碳原子的间隙固溶强化作用；C原子团簇对位错的钉扎作用；C原子进入马氏体晶体结构的扁八面体中心，造成非对称点阵膨胀（形成畸变偶极应力场），

铁碳马氏体的强化机制

课程论文 课程：材料力学性能 题目：铁碳马氏体的强化机制 姓名： 学号： 所属单位： 指导老师：

铁碳马氏体的强化机制 王昀立 哈尔滨工业大学材料学院材料科学系1019001班1101900422 摘要：本文介绍了铁碳马氏体的组织结构及马氏体转变过程，进一步探讨了马氏体强化机制。总体上说，马氏体强化主要有：固溶强化、时效强化、形变强化、相变强化、孪晶强化、细晶强化等。 关键词：马氏体，马氏体转变，强化机制，高强度钢 1 前言 马氏体由于其高强度，高硬度在很多领域都有广泛的应用。我们在应用马氏体的同时，要了解马氏体的强化机制，从而通过不同机制对马氏体强度的影响，找到提高马氏体强度的方法。 2 马氏体介绍 2.1 马氏体定义 马氏体最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。马氏体（M）是碳溶于α-Fe 的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。其比容大于奥氏体、珠光体等组织，这是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因。将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。

铁碳马氏体强化机制

铁碳马氏体的强化机制 摘要：本文介绍碳钢马氏体中的不同强化机制，解释了马氏体高强本质。 关键词：马氏体、强化机制 一、固溶强化[1] 固溶体是以某一组元为溶剂，在晶体点阵中溶入其他组元原子所形成的均匀混合的固态熔体，它保持着金属的晶体结构。按照组元原子所处的位置分为两类：间隙固溶体和置换式固溶体。固溶强化是由于溶质原子与溶剂原子的尺寸不匹配，使晶体的晶格发生畸变，形成一个强烈的应力场（间隙C 原子造成非对称畸变偶极），该应力场与位错发生强烈的交互作用，阻碍位错的运动，提高马氏体的屈服强度。在碳含量小于0.4%时，马氏体的屈服强度随碳含量增加而升高；碳含量大于0.4%时，马氏体的屈服强度不再增加。这一现象的机理：固溶的间隙C 原子处于Fe 原子组成的八面体的中心位置，马氏体中的八面体为扁八面体，C 原子溶入后形成以C 原子为中心的畸变偶极应力场，该应力场与位错产生强烈的交互作用，令位错运动使马氏体强度升高。当含碳量高于0.4%时，C 原子间距太近，产生的畸变偶极应力场彼此抵消，降低了强化效果。例如李鸿美等研究的超低碳钢[2]，马氏体主要由C 、Mn 、Si 和Mo 元素引起固溶强化，其强化增量按下式计算： ][11][83][37][4570)(Mo Si Mn C MPa ss +++=σ （式中的质量分数为各合金元素固溶在基体中的数值，C 、Mn 、Si 、Mo 元素采用合金含量。） 对于高位错的马氏体而言，位错与固溶元素相互作用引起的强度增量小于位错与位错之间相互作用而引起的强度增量。另外，固溶元素所形成的弹性应力场与位错应力场相互抵消强度增量被削弱；对于低碳马氏体（含碳量<0.2%），马氏体位错中大部分碳不处于固溶体中，而是偏聚于位错上形成柯氏气团。因此，可以认为在含碳量<0.2%时，碳的直接强化作用是位错强化，其固溶强化增量视为“0”。但是，Mn 、Si 、Mo 元素造成的固溶强度增量却是不可忽视的。 二、相变强化[1] 马氏体转变指高温奥氏体经快速冷却，在较低温度下发生无扩散切变形成体心正方的马氏体。如图1所示。由于切变造成了晶格内造成晶格缺陷密度很高的亚结构，如板条马氏体中高密度的错位、片状马氏体中的孪晶等，这些缺陷都阻碍为错的运动，使得马氏体强化。这就是所谓的相变强化。实验证明，无碳马氏体的屈服强度约为284Mpa,此值与形变强化铁素体的屈服强度很接近，而退火状态铁素体的屈服强度仅为98~137Mpa ，这就说明相变强化使屈服强度提高了147~186MPa 。 图1 马氏体相变

马氏体相变的形核问题读后感

《马氏体相变的形核问题》读后感 摘要：简要介绍论文《马氏体相变的形核问题》的主要内容和特点，分析该论文的严谨与科学性。 关键词：马氏体相变的形核，马氏体，马氏体相变 钢在淬火时会增强硬度和强度，这早已是众所周知的事实。我国劳动人民在战国时期就进行过钢的淬火，但19世纪后叶，人们才知道钢经加热和冷却时，其内部组织会发生改变，有一种相变转变成另一种相，1985年为纪念金相家Marten将淬火钢的相变产物命名为马氏体。1924年Bain首先发现，在预先抛光的钢试样表面上形成马氏体后出现皱纹（浮突）及提出著名的Bain应变以来，马氏体相变研究已经经历了七十余载，三十年代后期发现铜合金（Cu-Al,Cu-Sn,Cu-Zn）中具有和钢中类似的马氏体相变，长期以来马氏体相变的研究得到了很大的发展。但对马氏体相变的形核机理尚无较完备可靠的理论。对马氏体形核机理的研究将加深对马氏体相变过程及理论的认识，因此马氏体相变的形核问题是马氏体相变研究的热点之一。 我通过查阅有关马氏体相变的论文例如《马氏体相变的分类》、《马氏体相变研究进展和展望》以及徐先生的《马氏体相变及马氏体》等，发现近90年来国内外在马氏体相变晶体学、热力学与动力学等方面的研究已经取得了很多重要的成果。尽管国内外的学者已经认识到马氏体相变具有形核长大的特征，但马氏体的形核问题依然没有的到很好的解决。 通过研究徐祖耀先生的《马氏体相变的形核问题》发现该论文引用了国内外的许多著名理论例如经典形核理论等，以及通过统计物理的分析推倒有力的驳斥了一些学者近年来的错误即否定经典形核理论中马氏体形核几率的计算，并对他们佐证均匀形核观点所引用的试验寓于了准确解释，从而从源头上否定一些学者均匀形核理论的错误。最后根据自己的研究和总结国内外学者的研究提出了马氏体形核问题研究的几个比较合理的方向。本人对于该篇论文的严谨性与科学性叹为观止，徐祖耀先生及其合作者对马氏体相变的研究深度略见一斑，不仅从理论上来驳倒错误的观点更进一步指出由于一些学者对一些实验没能够很好的理解与认识便加以引用从而得出错误的结论观点。可谓搬石头砸自己的脚。以下从以下几个方面来分析徐祖耀先生以及其合作者的该篇著作。

铁碳马氏体的强韧化机制

铁碳马氏体的强韧化机制 左得佑 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院2008级材料科学系1081900205 摘要:本文通过介绍金属材料的组织与结构的基本理论，介绍了铁碳合金中的马氏体转变过程。介绍了在不同碳浓度铁碳合金中的马氏体强韧化机制以及其热处理工艺过程，并引用不同学者对其进行的性能表征加以证明，得出了铁碳马氏体的强韧化机制。 关键词:金属材料结构与性能；强韧化机制；马氏体；高强度钢 1.金属材料的组织与结构 金属材料的强在所有应用材料中，凡是由金属元素或是以金属元素为主而形成的、具有一般金属特性的材料通称为金属材料。掌握金属的内部结构及其对性能的影响，对于我们更好、更合理地使用金属材料，并充分挖掘它们的潜力具有非常重的要的意义。 自然界中的固态物质按其原子的聚集状态可分为两大类：晶体与非晶体。在物质内部，凡原子呈无序堆积状态的，称为非晶体，例如普通玻璃、松香、树脂等；相反，凡原子呈有序、有规则排列的物质称为晶体。金属像绝大多数物质一样，在固态下其内部原子是有规则排列的，这点已经由X射线衍射、电子衍射证实，因此固态金属属于晶体。 1.1纯金属的晶体结构 1.1.1晶格、晶胞与晶格常数 晶体中的原子规则排列的方式称为晶体结构。不同元素组成的金属晶体因晶格形式及晶格常数不同，表现出不同的物理、化学和力学性能。金属的晶体结构可用X射线结构分析技术进行测定。 1.1.2晶面与晶向 在晶体中由一系列原子组成的平面，称为晶面。由于在同一晶格的不同晶面和晶向上原子排列的疏密程度不同，因此原子结合力也就不同，从而在不同的晶面和晶向上显示出不同的性能，这就是晶体具有各向异性的原因。 1.1.3金属晶体的类型 在已知的金属元素中，除少数十几种金属具有复杂的晶体结构以外，绝大多数（85％左右）金属属于以下三种晶格：体心立方晶格(bcc)、面心立方晶格(fcc)、密排六方晶格(hcp)。 1.1.4金属晶体的特性 （1）确定的熔点纯金属进行缓慢加热，达到一定的温度，固态金属会熔化成液态金属，并且在熔化过程中，温度保持不变，其熔化温度称为熔点；而非晶体材料在加热时，由固态转变为液态时，其温度逐渐变化。 （2）各向异性金属晶体不同方向上的物理、化学和力学性能不同，这种性质叫做晶体的各向异性。 1.2金属的实际晶体结构 1.2.1单晶体和多晶体 我们把内部原子排列的晶格完全一致的由单个晶粒所形成的晶体称为单晶体。现代工业中，只有为了专门用途才制造单晶体。单晶体的力学性能是各向异性的。

马氏体

一.马氏体的定义 马氏体是经无（需）扩散的，原子集体协同位移的晶格改组过程，得到具有严格晶体学关系和惯习面的，相变常产物中伴生极高密度位错，或层错或精细孪晶等晶体缺陷的整体组合。 马氏体相变：原子经无需扩散的集体协同位移，进行晶格改组，得到的相变产物具有严格晶体学位向关系和惯习面，极高密度位错，或层错或精细孪晶等亚结构的整合组织，这种形核----长大的一级相变，称为马氏体相变。 二.马氏体相变的基本特征 1.马氏体相变的无扩散性 在较低的温度下，碳原子和合金元素的原子均已扩散困难。这时，系统自组织功能使其进行无需扩散的马氏体相变。马氏体相变与扩散性形变不同之处在于晶格改组过程中，所有原子集体协同位移，相对位移量小于一个原子间距。相变后成分不变，即无扩散，它3仅仅是成分改组。 2.位相关系和惯习面 马氏体相变的晶体学特点是新相和母相之间存在一定的位向关系。马氏体相变时，原子不需要扩散，只作有规则的很小距离的移动，新相和母相界面始终保持着共格和半共格连接，因此相变完成之后，两相之间的位相关系仍保持着。 惯习面:马氏体转变时，新相和母相保持一定位向关系，马氏体在母相的一定晶面上形成，此晶面称为惯习面。通常以母相的晶面指数

表示。钢中马氏体的惯习面随着碳含量和形成温度不同而异。有色金属中马氏体的惯习面为高指数面。 3.马氏体的精细亚结构 马氏体是单向组织，在组织内部出现的精细结构称为亚结构。低碳马氏体内出现极高密度的位错（可达1012/cm）。今年来发现板条状的马氏体中存在层错亚结构。在高碳钢马氏体中主要以大量精细孪晶（孪晶片间距可达30nm）作为亚结构，也存在高密度位错；有的马氏体中亚结构主要是层错。有色金属马氏体的亚结构是高密度的层错、位错和精细孪晶。 4.相变的可逆性，即新旧相界面可逆向移动 有色金属和合金中的马氏体相变多具有可逆性，包括部分铁基合金。这些合金在冷却时，母相开始形成马氏体的温度称为马氏体点（Ms），转变终了温度标为Mf;之后加热，在As温度逆转变形成高温相，逆相变完成的温度标以Af。 但是在钢中，淬火马氏体中的碳原子扩散较快，一般淬火到室温，碳原子立即扩散偏聚，形成碳原子偏聚团，如Corierl气团，100摄氏度以上即可析出碳化物。这样当马氏体加热到高温过程中，马氏体已经分解，则不能发生逆相变为奥氏体。一次钢中的马氏体一般不发生你转变。如果迅速冷却得到新鲜马氏体，之后立即迅速加热，是马氏体来不及回火析出，也会发生逆转变。 除了以上主要特征外，马氏体相变还有表面浮凸、非恒温性等现象。浮凸是过冷奥氏体表面转变时发生的普遍现象。马氏体转变也有