马氏体相变新机制讲解

相变自由焓变化
γ 晶格原子转入α 晶格，自由焓变化小 于0，是自发过程。
奥氏体晶格转变为马氏体晶格的示意图
原子位移矢量不等，位移距离均小于一个 原子间距。
1.在 [110] 晶向上位移0.0095nm，变为马氏体晶 胞的体心原子。 2.其他fcc原子转移到bcc晶胞上，移动距离均小 于一个原子间距。 3.晶格重构时，所有原子是集体协同位移，原子 位移矢量不等，因此不是切变。 4.奥氏体/马氏体相界面保持半共格，界面向前 推移是马氏体片长大的过程。


20世纪前叶，认为马氏体的表面浮凸是切变造成的， 将表面浮凸形貌描绘为N型，并作为马氏体相变切变机 制的试验依据。 近年来，试验发现马氏体表面浮凸跟珠光体、魏氏组 织、贝氏体各转变产物的浮凸比较，没有发现特殊之 处，所有板条状马氏体表面浮凸均为帐篷型（∧）， Fe－Ni－C合金｛259｝f型片状马氏体的表面浮凸也为 帐篷型（∧）。不具备切变特征。
2.3切变过程造成的应变能
计算350℃以切变机制转变为贝氏体时，得 出切变造成的应变能约为Wε =1400J·mol-1。 此为相变阻力。 算得板条状马氏体切变应变能 Wε =1468J·mol-1。 对于高碳凸透镜状马氏体,则算得 Wε =7340J·mol-1。 相变驱动力不足以克服切变应变能，故马氏 体相变不能以切变方式进行。
表2. γfcc→αbccM时主要晶格参数变化
注：晶格常数的变化：γ -Fe的af=0.364nm，α -Fe的 aM=0.2861nm；配位数变化：fcc→bcc时由4变为2。
马氏体晶核的长大新机制


马氏体晶核的长大是无扩散的，集体协同的、 热激活跃迁机制。所谓集体是指包括碳原子 在内的所有原子，即碳原子、铁原子、替换 原子；所谓协同是指所有原子协作性地移动。 这一机制不同于切变位移，切变机制存在 1～2次切变角为θ的宏观切变。
3.2相变省能原则和逐级演化原则
1.自然事物演化的原则之一是旧相到新相转变的省能原则 。 2.逐级演化原则。 在高温区，珠光体的形成是原子进行界面扩散为主的相变； 扩散型相变。 中温区，碳原子长程扩散，铁原子和替换原子子非协同的 热激活跃迁，界面控制，实现晶格改组；半扩散型相变。 低温区，所有原子有组织的集体协同位移，完成晶格改组。 无扩散型相变。不是简单的机械式的切变过程。
3.马氏体相变新机制
3.1奥氏体→贝氏体的晶c →bcc 奥氏体→珠光体中的铁素体， fcc →bcc 奥氏体 →BF, fcc →bcc 奥氏体→WF fcc →bcc 这些相变中晶格重构过程中都不需切变，而是以扩 散方式或热激活跃迁方式完成fcc →bcc 的晶格改组。
马氏体表面浮凸和相变新机制 的研究
刘宗昌等
破旧立新
马氏体相变切变机制缺乏实验证据； 马氏体相变晶体学切变模型与实际不符； 切变消耗能量过大，相变驱动力不足以 克服相变阻力。切变机制基本上不能解 释试验现象。经80年来修改完善仍然不 成功，故应摒弃。 破旧立新、推陈出新，势在必行。
1.切变机制缺乏试验依据
2.相变驱动力不足以完成切变过程
2.1马氏体相变驱动力： 纯铁马氏体相变的临界驱动力约为 1.18×103J·mol-1 ， 0.4~1.2%C的Fe-C合金的相变驱动力为 1.337~1.714 ×103J·mol-1 。
2.2切变过程消耗的功
1)按照K-S模型切变需要的切变能量： 320×103J/mol-1。 2）西山切变模型，需切变能量208×103J/mol-1。 3）G-T模型，切变共需切变能248×103J/mol-1。
1.切变机制晶体学不成功
K-S模型： 切变1→切变2 →线性调整 西山模型：切变→晶格参数调整
G-T模型：均匀切变+非均匀切变+晶格参数的调整。 表象学假说：“W-L-R理论”，“B-M理论”， 以矩阵式F=RBS 计算。 所有晶体学模型均与实际基本上不符，经80来年修 改完善仍然与实际不符，因此，切变晶体学不成功。
此图是 根据切变理论 想象绘制的， 并无试验证明
我们的试验证明：划痕不 连续，有直线，也有曲 线，非折线。
划痕不连续，有中断，呈曲线， 非折线。
表明：20世纪国内外专家对马氏体浮 凸的数据处理是错误的，N 型浮凸 是误导。
2.马氏体相变晶体学切变模型 与实际不符


2.1切变模型的缺陷
从20世纪20年代始提出马氏体切变模型，到70 年代，共提出8种切变模型，一种应变模型。KS模型（1930）、西山模型（1934）、G-T模型 （1949）、表象学假说（1953-1954）、K-N-V 模型(1961)，6)B-B双切变模型（1964）， Л ЫС а К 模型（1966），藤田模型（1976）. 和Bain应变模型（1924）。 其致命缺点是与实际基本上不符。
谢谢！
注意：原子移动方式的演化。
3.3 过冷奥氏体转变的演化
表1
3.4马氏体的形核

马氏体形核一般在晶粒内部形成，也可 以在晶界和孪晶界形核 。
Fe-1.2C马氏体 OM
1Cr13 马氏体,TEM
3.5 马氏体晶核的长大


按照切变机制，需要进行1～2次切变＋晶格参 数调整。新机制认为无需切变，直接实现 fcc→bcc晶格重构。先共析铁素体的析出，共 析分解，贝氏体铁素体的形成等都不是切变过 程。省掉切变过程，马氏体相变更省能。 在面心立方晶胞中和体心立方中分别选取菱形， 按照表2进行晶格参数的调整即可形成马氏体 晶核。在此过程中，每一个原子的位移矢量不 等，但均远小于一个原子间距。
STM T8钢（a、b）和60Si2Mn钢（c、d）表面浮凸像
珠光体浮凸
图1 贝氏体浮凸
马氏体浮凸与珠光体、贝氏体浮凸比 较，没有特殊之处，均为帐篷形。
板条状马氏 体浮凸
片状马氏 体浮凸
1971年的金相观察的浮凸实际上呈帐篷形（图a）， 描绘为N型（图b）是误导。
如果是切变，N 型，则有鼓出，也有下陷鼓出 量和下陷量应当相等。没有体积变化。
在 重构时，在最密排晶向上形成位错 的示意图
对于半共格界面形核，奥氏体中原有的位错可以作为补 偿错配的界面位错，使形核时的能量增值减小。这是马氏体 在位错处形核的原因之一。
TEM 35CrMo钢板条状马氏体中的缠结位错
4.结论
（1）马氏体形核的晶体学模型和晶体学切变长大模型均与 实际不符，切变机制缺乏试验依据。按切变机制完成切变 过程需要极大的切变能量，远远大于相变驱动力。相变驱 动力不足以克服切变机制引发的各项阻力，切变过程难以 发生。切变机制应当摒弃。 （2）钢中马氏体相变在奥氏体晶内缺陷处或晶界通过结 构涨落和能量涨落形核，符合相变的一般规律。 （3）马氏体晶核依靠碳原子、铁原子无扩散地集体协同 地热激活跃迁长大，原子每次移动距离远远小于一个原子 间距，奥氏体与马氏体保持半共格界面，实现晶格重构。 长大过程中形成极高密度的缠结位错和孪晶， （4）新机制满足热力学条件，能够解释位向关系、惯习 面、马氏体组织形貌、高密度位错和孪晶亚结构等试验现 象。