马氏体相变研究的进展一
铁基形状记忆合金马氏体相变研究进展
关 键 词 ：铁基形状记忆合金 ；马氏体相变 ；热弹性马 氏体 ；非 热弹性马 氏体
中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ １ Ｂ ８
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１７ ３ ６ （ ０ １ ０ ０ ３ ６ ４— ９ ２ ２ １ ）９— ０ ２—１ ０
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第３ ０卷
第 ９期
中 国材 料 进 展
ＭＡＴＥＲＩ ＡＬＳ ＣＨＩ ＮＡ
Ｖ０ ． ０ Ｎｏ ９ １３ ． Ｓｐ２ １ ｅ ． ０１
２１ ０ １年 ９月
铁 基 形 状 记 忆 合 金 马 氏体 相 变 研 究 进 展
金 学 军 ，金 明江 ，耿 永 红
（ 海交通大 学材料科学 与工程学 院 ，上海 ２ ０ ４ ） 上 ０２０
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超高强冷轧316l不锈钢 马氏体相变强化 研究现状
超高强冷轧316l不锈钢马氏体相变强化研究现状【实用版】目录一、超高强冷轧 316L 不锈钢的概述二、马氏体相变强化的原理三、316L 不锈钢的马氏体相变过程四、超高强冷轧 316L 不锈钢的研究现状五、结论正文一、超高强冷轧 316L 不锈钢的概述316L 不锈钢是一种常见的不锈钢材料，因其良好的耐腐蚀性和焊接性能而在各个领域得到广泛应用。
超高强冷轧 316L 不锈钢是在冷轧过程中通过特定的工艺控制，使其具有更高的强度和韧性。
这种钢材在航空航天、汽车制造、建筑等领域有着重要的应用价值。
二、马氏体相变强化的原理马氏体相变是一种在金属材料中常见的组织转变现象，通过适当的冷加工和热处理，可以使金属材料在马氏体相变过程中产生大量的位错、孪晶等缺陷，从而提高其强度和硬度。
马氏体相变强化的原理主要是通过在金属晶体中引入大量的位错、孪晶等缺陷，增加晶界的阻力，使其在受到外力时不易发生滑移，从而提高金属的强度和硬度。
三、316L 不锈钢的马氏体相变过程316L 不锈钢在冷轧过程中，通过控制温度和应变量，使其在马氏体相变区域产生大量的位错、孪晶等缺陷。
这些缺陷在变形过程中会在晶界和孪晶片层内部产生马氏体相变，形成马氏体组织。
马氏体的形成可以提高 316L 不锈钢的强度和硬度，但同时也会影响其韧性和塑性。
四、超高强冷轧 316L 不锈钢的研究现状目前，超高强冷轧 316L 不锈钢的研究主要集中在如何通过合适的冷轧工艺和热处理工艺，使其在马氏体相变过程中产生适量的位错、孪晶等缺陷，从而实现高强度和高韧性的平衡。
此外，研究还涉及到如何通过控制晶界和孪晶片层内部的马氏体相变，进一步提高 316L 不锈钢的性能。
五、结论超高强冷轧 316L 不锈钢通过马氏体相变强化可以提高其强度和硬度，但同时也会影响其韧性和塑性。
因此，如何在保证强度和硬度的同时，保持良好的韧性和塑性，是超高强冷轧 316L 不锈钢研究面临的重要问题。
马氏体相变理论研究历程及存在的问题
传 承文 明 ， 时俱进 ， 拓创新 ， 永恒 的 主题 ． 与 开 是
固态 相变 理论 是金 属热 处理 、 铸造 、 接 、 焊 锻压 、
件 的限制 ， 研究 不 够 深 入 ， 论 上存 在 缺 陷． 学 是 理 科
以范 畴 、 定理 、 定律 形式 反 映现实 世界 多种 现象 的本
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轧钢 、 金等金 属 材料 工程 的技 术理 论基础 ， 材料 冶 是
科学 的重 要支 柱 ， 为重要 ． 极 马氏体 相变是 材 料 中重 要 的 固态相 变之 一 ． 研 究 具 有 重要 的理 论 意 义 和 其
质 和运 动规 律 的知 识 体 系． 学 是 沿 着 “ 验 事 实 科 经 － 假说 一理 论 ” ＋ 的途 径 而 发 展 的 ， 念 是 科 学 理 论 概 的细胞 … ． 随着 科 研 仪 器 设 备 的发 明 、 验 条 件 的 试
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马氏体转变(一)
马氏体转变(一)
陈德华;许雯;李响妹;朱祖昌
【期刊名称】《热处理技术与装备》
【年(卷),期】2011(032)005
【摘要】马氏体转变是一种切变型的,无成份改变的,无扩散的和无热激活的位移型相变.马氏体是应用于物理冶金上表示无扩散相变产物的通称.在铁基材料、有色金属材料和一些非金属晶体材料中都会发生马氏体转变.马氏体转变是许多重要工程材料进行强化的极其重要手段,因而受到极大的重视.马氏体转变的研究进展很快.本文吸取近一二十年来国内外的研究成果从其相变特征、形态、热力学、动力学、晶体学、性能和有色金属、陶瓷材料、形状记忆合金中的马氏体相变诸方面加以叙述,以期人们有较深刻的认识和了解.
【总页数】7页(P60-66)
【作者】陈德华;许雯;李响妹;朱祖昌
【作者单位】上海市机械制造工艺研究所有限公司,上海200070;上海市机械制造工艺研究所有限公司,上海200070;上海市机械制造工艺研究所有限公司,上海200070;上海市机械制造工艺研究所有限公司,上海200070;上海工程技术大学,上海201620
【正文语种】中文
【中图分类】TGll1.5
【相关文献】
1.Ni50Mn38-xIn12Fex多晶合金的马氏体转变和磁转变特性 [J], 吴志刚;任晓兵;刘义农
2.热处理和转变循环对NiTi合金马氏体转变影响的热力学分析 [J], 唐逸伦
3.利用电镜研究经过时效的Ti—5lat%Ni形状记忆合金中的预马氏体和马氏体转变[J], 陶正兴
4.马氏体转变温度对奥氏体不锈钢的马氏体转变的影响 [J], 浦江;陈挺;王步美
5.预转变马氏体对GCr15钢贝氏体转变动力学的影响 [J], 李超;汪建利;刘金芳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
超高强冷轧316l不锈钢 马氏体相变强化 研究现状
超高强冷轧316l不锈钢马氏体相变强化研究现状
超高强冷轧316L不锈钢的马氏体相变强化研究是近年来材料科学领域的热门研究方向之一。
以下是该领域的研究现状：
1. 马氏体相变机制研究：研究者通过传统金相观察、X射线衍射等技术，探究超高强冷轧316L不锈钢在马氏体相变过程中的微观结构和晶体学变化，以取得对相变过程中机理的更深入的理解。
2. 马氏体相变强化热处理方法：研究者通过设计不同的热处理工艺，如快速冷却、固溶处理和时效处理等，以增强超高强冷轧316L不锈钢的马氏体转变以及相变后的织构和力学性能。
3. 马氏体相变对力学性能的影响研究：研究者通过拉伸试验、冲击试验等测试方法，探究超高强冷轧316L不锈钢在不同相变强化条件下的力学性能变化规律，如强度、韧性和硬度等。
4. 马氏体相变强化机制理论研究：研究者通过理论计算和数值模拟等方法，建立相关的物理模型和力学模型，解释超高强冷轧316L不锈钢的马氏体相变强化机制，并优化马氏体形成和分布，以实现更好的材料性能。
总体而言，超高强冷轧316L不锈钢的马氏体相变强化研究目前处于发展阶段，很多基础和应用性的研究成果还在探索中。
未来的研究方向包括优化热处理工艺、进一步理解马氏体相变机制以及深入探索相变对材料性能的影响等。
超高强冷轧316l不锈钢 马氏体相变强化 研究现状
超高强冷轧316l不锈钢马氏体相变强化研究现状
目前，对于超高强冷轧316L不锈钢的马氏体相变强化的研究
已经取得了一定的进展。
以下是关于该领域研究的一些现状：
1. 研究动机：超高强冷轧316L不锈钢具有良好的耐腐蚀性和
韧性，但其强度相对较低。
为了进一步提高该材料的力学性能，马氏体相变强化被广泛研究。
2. 研究方法：研究人员通过冷轧、等温热处理和再冷轧等工艺制备超高强冷轧316L不锈钢试样，并对其微观组织和力学性
能进行表征。
然后，利用不同的马氏体相变强化方法，如低温等保温处理、应力诱导马氏体相变和高能球磨等方法，对试样进行处理。
3. 强化机制：马氏体相变强化的机制包括两个方面：马氏体的形变诱导储能效应和马氏体的抗位错滑移机制。
通过马氏体的形变诱导储能效应，可以有效提高316L不锈钢的强度和塑性。
另外，马氏体的抗位错滑移机制也可以提高316L不锈钢的强度。
4. 结果与讨论：研究结果表明，通过马氏体相变强化方法可以显著提高超高强冷轧316L不锈钢的强度和硬度。
同时，强化
后的材料仍保持良好的耐腐蚀性能和韧性。
此外，研究发现，经过适当的热处理可以进一步优化马氏体相变强化的效果。
综上所述，目前对于超高强冷轧316L不锈钢马氏体相变强化
的研究已经取得了一些进展，并且在材料的力学性能提高方面
具有潜力和应用前景。
未来的研究可以进一步优化和探索马氏体相变强化的方法，以提高超高强冷轧316L不锈钢的力学性能。
3马氏体转变(一)
20世纪20年代以来，马氏体相变是金属学最活 跃的研究领域之一。发现不仅钢中存在马氏体 相变，而且在有色金属及合金，陶瓷材料中都 可发生马氏体相变。 1930年，Γ.Β.库尔久莫夫和G.萨克斯(Sacks)首 先测得Fe-C合金马氏体与母相奥氏体保持一定 的晶体学位向关系，即K-S关系。 1933年，R．E．迈尔(Mehl)测得在中、高碳钢 中马氏体在奥氏体的{225}g 晶面上形成,并将其 称为惯习面。 1934年,西山测得Fe-Ni合金马氏体相变时存在 一定的位向关系，并称为西山关系。
内蒙古工业大学 23
马氏体相变的主要特征如下：
(1)表面浮凸现象和切变共格性无需扩散性； (2)马氏体相变的无扩散性；即无论间隙原 子还是替换原子均不需要扩散，即能完成 相变
(3)新相与母相具有一定的晶体学关系（取 向关系和惯习面）；
(4)马氏体转变的非恒温性和不完全性。 (5)马氏体转变的可逆性
内蒙古工业大学
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§3-1 马氏体相变的特征 及定义
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1.马氏体的晶体结构
由于马氏体是由奥氏体直接转变而来的， 故马氏体与奥氏体的成分(碳含量)完全相 同。 Fe-C合金的马氏体是碳在a -Fe中的过饱 和固熔体，通常以符号a ’或M来表示。
a - Fe是体心立方点阵，其熔碳量极少 (仅为0.01~0.02％)。当发生马氏体转变时， 奥氏体中的碳量即全部保留在马氏体点 阵中。
内蒙古工业大学 8
图为马氏体的晶胞模型。(a)图表明，碳原子在 点阵中分布的可能位置是a - Fe体心立方晶胞 的各棱边的中央和面心处，这些位置实际上是 由铁原子组成的扁八面体的空隙。
奥氏体中最大碳含量的重量百分数为2%，其原子百分 数为9%，10个铁原子中约有1个碳原子，5~6个晶胞分 摊1个碳原子 内蒙古工业大学
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本文系第8次全国热处理大会特邀报告,2003年5月,北京。
350年代经我国自然科学名词审定委员会审定的名词,此前曾沿用音译名词;台湾地区目前仍通行旧的音译名词。
马氏体相变研究的进展(一)徐祖耀(上海交通大学,上海 200030) 【摘要】 概述对马氏体相变基本特征认识的进程,以及与马氏体相变密切相关的形状记忆材料的发展。
对马氏体相变热力学、动力学、晶体学、形核-长大、非线性物理模型以及形状记忆效应、伪弹性和伪滞弹性研究进展作了总结。
对马氏体相变的继续研究和应用作了展望。
全文分两期发表。
【关键词】 马氏体相变 热处理原理 形状记忆材料 热力学 动力学 晶体学 相变建模PROGRESS IN MARTENSITIC TRANSFORMATIONS (Ⅰ)Xu Zuyao(Shanghai Jiaotong University ) 【Abstract 】 Progressin the characteristics of martensitic trans formation and thedevelopment of its close 2related shape mem ory materials were generally described.A summary report was made about the progress of therm odynamics ,kinetics ,crystallography ,nucleation and growth ,non 2linear physics m odels of martensitic trans formations as well as shape mem ory effect ,pesudoelasticity and pseudo 2anelasticity of s ome materials.Perspective in further study and applications of martensitic trans formations was presented.This article is published in tw o issues.【K ey Words 】 Martensitic T rans formation ,Heat T reatment ,Shape Mem ory Materials ,Therm odynamics ,K inetics ,Crystallography ,T rans formation M odeling 1 概 述1895年法国学者Osm ond 为纪念德国金相先驱者Adolph Martens ,将钢经淬火后的组织命名为马氏体3(martensite )。
此后将母相(钢中奥氏体)→马氏体的相变统称为马氏体相变。
1924年美国学者Edgar Bain 在“马氏体的本质”论文中提出浮突概念及fcc 2bcc 之间的晶体学对应关系,1926年Fink 和Cam pbell 由X 线衍射首次揭示钢中马氏体的体心正方(四角)结构(此前猜测为α2Fe 和Fe 3C 的混合物);开创了马氏体相变研究的先河。
由于工业生产中广泛应用钢的淬火,钢中马氏体相变研究获得重视,近代有色合金和陶瓷中的马氏体相变研究,也多借鉴对钢研究的成果。
为在钢中获得马氏体,一般必须快速自奥氏体冷却至Ms 温度,以避免发生扩散型相变———第25卷 第3期上 海 金 属V ol 125,N o 13 12003年5月SH ANG H AI MET A LSM ay ,2003珠光体相变和贝氏体相变;因此在上世纪前叶,人们认为马氏体相变须以快速冷却才得以进行,其实对其它材料未必如此。
例如,Fe2Ni奥氏体中进行扩散型相变很为缓慢,在一般空冷条件下,就能避免扩散型相变,顺利进行马氏体相变:fcc(γ)→bcc(α′)。
20世纪30～40年代发现高碳钢(或含高Ni 的Fe2Ni合金)中形成马氏体的速率极大,Li2Mg 在-200℃时进行马氏体相变时发出嘶叫声; 1953年Bunshah和Mehl由电阻测量、并以示波器显示:一片马氏体在(015～3)×10-7s形成,相当于形成速率为1100m・s-1。
因此一般认为马氏体相变为无扩散相变,且形成速率很大。
1949年G reninger和T roiano对马氏体相变的总结性文章(T rans.AI ME.,185(1949),590)中,联系Bain观察到的表面浮突,以及上述现象,提出马氏体相变系无扩散、切变相变,毋需形核和长大过程。
其实1948年K urdjum ov的著名文章(J. T echn.Phys.,18(1948),999,曾获斯大林奖)中,已叙明马氏体相变应该也是形核-长大的过程,但不发生组元扩散的切变相变。
他与Maksim ova发现016C-6Mn钢中存在等温马氏体相变就属明证,次年与K handros发现Cu2Al2Ni合金中,马氏体受冷热时的热弹性涨缩,不但提供了形核-长大的确证,又揭示了马氏体相变会有热弹性能,这些是K urdjum ov及其学派的伟大功绩。
上世纪70年代形状记忆合金被开发以后,测得Au-Cu-Zn马氏体长大速率仅0132cm・s-1 (F.Falk,Phys.Rev.B.36(1987),3031),Cu-Al-Ni的仅10-3～10-6m・s-1(M.G rujicic,et al., in Martensite,AS M Inter.,1992,Chap.10,175～196)。
在fcc(γ)→hcp(ε)马氏体相变合金中,C o合金马氏体长大速率仅014C(C为声速)。
透射电镜的应用,不但提供了显微组织形态信息,还由于其电子衍射结果为马氏体相变晶体学的发展提供了有力的工具。
1960年kelly和Nutting的文章(Proc.R oy.S oc.A259(1960), 45)将钢的马氏体形态区分为高碳型的透镜状(片状或针状)以及低碳型的条状,烩炙人口,为发展低碳马氏体(条状马氏体)型钢指明了道路,也为马氏体形态学奠定了基础。
M orris C ohen及其合作者1950年倡议马氏体相变热力学研究,上世纪40年代开始延续至80年代,在动力学、形核机制和应力对相变的影响等方面作出大量贡献。
他们早年对奥氏体的稳定化的催化作用,近年(1993)对均匀形核的实验论证都对马氏体相变的研究显示非凡的功绩。
在上世纪50年代初期,人们已揭示马氏体相变时两相间存在位向关系,马氏体在母相一定面(惯习面)上形成,以及相变产生形状应变。
以Bain在1924年提出的对应关系(原子迁动最小)为基础,1953、1954年分别独立提出W-L -R和B-M晶体学表象理论。
Wayman在1964年出版《马氏体相变晶体学导论》一书是对该经典理论很好的阐释,并给予理论的应用示例。
他大量的晶体学工作得到日本Shimizu和Otsuka等对一些形状记忆合金以及澳大利亚Muddle等对含Z rO2陶瓷研究的响应,马氏体相变晶体学研究在近30年来取得不少进展。
原始表象理论对钢的低碳条状马氏体和(225)马氏体并不完全适用。
我国谷南驹等另辟途径,倡议新说,尚待国际认可。
在1979年国际马氏体相变会议(IC OMAT)上,Thomas等以高分辨电子显微镜的研究结果,指出马氏体相变时碳原子可能扩散,并在1981年国际固态相变会议上再度以场离子电镜和原子探针实验给予证实。
我们于1983年以理论计算确认低碳钢在马氏体相变时,由于Ms温度较高、间隙原子碳的扩散率较大,可能存在碳的扩散(Sci.Metall.,17(1983),1285),并在0112C-Ni-Cr钢中出现孪晶马氏体,认为是碳由马氏体扩散至奥氏体、致富碳的结果(金属学报,19(1983)A83)。
因此,马氏体相变不是“完全”无扩散过程,间隙原子(离子)可能扩散,这种扩散过程并不是马氏体相变的主要或必需的过程。
由此,我们重新定义了马氏体相变:替换原子经无扩散位移(均匀和不均匀形变),由此产生形状改变和表面浮突,呈不变平面特征的一级、形核-长大型的相变。
或简单地称马氏体相变为:替换原子无扩散切变(原子沿相界面2 上 海 金 属第25卷 作协作运动),使其形状改变的相变(见《马氏体相变与马氏体》第二版,1999,40～46页;金属热处理学报,17(1996),增刊,26;J. dePhys.,Ⅳ.,Suppl.,5(1995),c8～351)。
并对Magee的变温动力学方程给予改进,就此可以解释0127C-1Cr钢加入稀土元素后,Ms由390℃降至365℃,但残余奥氏体量却显著减少的原因,并为低碳马氏体钢的成分设计提供理论依据(钢铁,30(1995),(4)52;ISI J.Inter.,38 (1998),1153)。
与马氏体相变和其逆相变紧密相关的形状记忆材料在上世纪70年代问世,在马氏体相变研究中异军突起,可谓精彩夺目。
按发展现状,可将形状记忆材料分为三类:(1)由热变马氏体经形变、马氏体再取向、形成几乎单变体马氏体通过逆相变回复形状;(2)由形变诱发马氏体成为近单变体马氏体,通过逆相变回复形状;(3)磁控形状记忆材料,在磁场作用下使马氏体内的孪晶再取向发生形状改变。
一般具有热弹性马氏体相变的材料,如Ni-T i、Ni-T i-X、Cu-Al-Ni、Cu-Zn-Al等属第一类材料,会呈显完全的形状记忆效应。
Fe-Mn-Si基合金及含Z rO2陶瓷属第二类的形状记忆材料。
C o-Ni、Ni2MnG a等磁性材料属第三类。
Ni-T i基合金已应用于宇航天线、医疗器材、仪表及生活用品,铜基形状记忆材料价格较廉,加工较容易,性能上虽有不足(如记忆性能衰退),也已有补救良方;Fe-Mn-Si基合金价格更廉,加工更容易,经适当合金化,如Fe-Mn-Si-Cr-N,利用其单程记忆效应能成为管接头合格材料;含Z rO2陶瓷具有很高强度,能在较高温度工作,均具有开发优势,本文作者已在2001年国际形状记忆材料会议的特邀报告中加以申述(见Mater.F orum.394～395(2002),369～374)。
关于马氏体相变较详细内容,请参阅文献[1],形状记忆材料参见文献[2]和[3]。
2 马氏体相变热力学上世纪40年代,M orris C ohen等企图以热力学计算Fe-C的Ms温度,主要由于对马氏体相变阻力项(非化学自由能项)未能较确切估算,结果未获成功。
在总结前人工作的基础上,徐祖耀于1979～1989年发表了一系列关于Fe-C、Fe-X和Fe-X-C中fcc(γ)→bcc或bct(α′)马氏体相变热力学的工作结果,计算所得Ms与实验值很好符合(详见文献[1]内的第六章)。