馬氏體相變新機(jī)制

1、馬氏體表面浮凸和相變新機(jī)制馬氏體表面浮凸和相變新機(jī)制的研究的研究劉宗昌等劉宗昌等破舊立新 馬氏體相變切變機(jī)制缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù)；馬氏體相變切變機(jī)制缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù)；馬氏體相變晶體學(xué)切變模型與實(shí)際不符；馬氏體相變晶體學(xué)切變模型與實(shí)際不符；切變消耗能量過(guò)大，相變驅(qū)動(dòng)力不足以切變消耗能量過(guò)大，相變驅(qū)動(dòng)力不足以克服相變阻力。切變機(jī)制基本上不能解克服相變阻力。切變機(jī)制基本上不能解釋試驗(yàn)現(xiàn)象。經(jīng)釋試驗(yàn)現(xiàn)象。經(jīng)8080年來(lái)修改完善仍然不年來(lái)修改完善仍然不成功，故應(yīng)摒棄。成功，故應(yīng)摒棄。 破舊立新、推陳出新，勢(shì)在必行。破舊立新、推陳出新，勢(shì)在必行。1.切變機(jī)制缺乏試驗(yàn)依據(jù)切變機(jī)制缺乏試驗(yàn)依據(jù)n2020世紀(jì)前葉，認(rèn)為馬氏

2、體的表面浮凸是切變?cè)斐傻?，世紀(jì)前葉，認(rèn)為馬氏體的表面浮凸是切變?cè)斐傻?，將表面浮凸形貌描繪為將表面浮凸形貌描繪為N N型，并作為馬氏體相變切變機(jī)型，并作為馬氏體相變切變機(jī)制的試驗(yàn)依據(jù)。制的試驗(yàn)依據(jù)。n近年來(lái)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)馬氏體表面浮凸跟珠光體、魏氏組近年來(lái)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)馬氏體表面浮凸跟珠光體、魏氏組織、貝氏體各轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的浮凸比較，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)特殊之織、貝氏體各轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的浮凸比較，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)特殊之處，所有板條狀馬氏體表面浮凸均為帳篷型（處，所有板條狀馬氏體表面浮凸均為帳篷型（），），F(xiàn)eFeNiNiC C合金合金259259f f型片狀馬氏體的表面浮凸也為型片狀馬氏體的表面浮凸也為帳篷型（帳篷型（）。不具備切變

3、特征。）。不具備切變特征。STM T8STM T8鋼（鋼（a a、b b）和）和60Si2Mn60Si2Mn鋼（鋼（c c、d d）表面浮凸像）表面浮凸像圖圖1珠光體浮凸貝氏體浮凸板條狀馬氏體浮凸片狀馬氏體浮凸馬氏體浮凸與珠光體、貝氏體浮凸比馬氏體浮凸與珠光體、貝氏體浮凸比較，沒(méi)有特殊之處，均為帳篷形。較，沒(méi)有特殊之處，均為帳篷形。19711971年的金相觀察的浮凸實(shí)際上呈帳篷形（圖年的金相觀察的浮凸實(shí)際上呈帳篷形（圖a a），），描繪為描繪為N N型（圖型（圖b b）是誤導(dǎo)。）是誤導(dǎo)。如果是切變，如果是切變，N N 型，則有鼓出，也有下陷鼓出型，則有鼓出，也有下陷鼓出量和下陷量應(yīng)當(dāng)相等。沒(méi)有

4、體積變化。量和下陷量應(yīng)當(dāng)相等。沒(méi)有體積變化。 此圖是根據(jù)切變理論想象繪制的，并無(wú)試驗(yàn)證明我們的試驗(yàn)證明：劃痕不我們的試驗(yàn)證明：劃痕不連續(xù)，有直線，也有曲連續(xù)，有直線，也有曲線，非折線。線，非折線。劃痕不連續(xù)，有中斷，呈曲線，非折線。表明：20世紀(jì)國(guó)內(nèi)外專家對(duì)馬氏體浮凸的數(shù)據(jù)處理是錯(cuò)誤的，N 型浮凸是誤導(dǎo)。2.馬氏體相變晶體學(xué)切變模型馬氏體相變晶體學(xué)切變模型與實(shí)際不符與實(shí)際不符n2.1切變模型的缺陷切變模型的缺陷n從從2020世紀(jì)世紀(jì)2020年代始提出馬氏體切變模型，到年代始提出馬氏體切變模型，到7070年代，共提出年代，共提出8 8種切變模型，一種應(yīng)變模型。種切變模型，一種應(yīng)變模型。K-K-S

5、 S模型（模型（19301930）、西山模型（）、西山模型（19341934）、）、G-TG-T模型模型（19491949）、表象學(xué)假說(shuō)（）、表象學(xué)假說(shuō)（1953-19541953-1954）、）、K-N-VK-N-V模型模型(1961)(1961)，6)B-B6)B-B雙切變模型（雙切變模型（19641964），），模型（模型（19661966），藤田模型（），藤田模型（19761976）. . 和和BainBain應(yīng)變模型（應(yīng)變模型（19241924）。）。 其致命缺點(diǎn)是與實(shí)際基本上不符。其致命缺點(diǎn)是與實(shí)際基本上不符。 K-SK-S模型：模型： 切變切變11切變切變2 2 線性調(diào)整線性調(diào)整

6、 西山模型：切變西山模型：切變晶格參數(shù)調(diào)整晶格參數(shù)調(diào)整 G-TG-T模型：均勻切變模型：均勻切變+ +非均勻切變非均勻切變+ +晶格參數(shù)的調(diào)整。晶格參數(shù)的調(diào)整。 表象學(xué)假說(shuō)：表象學(xué)假說(shuō)：“W-L-RW-L-R理論理論”，“B-MB-M理論理論”， 以矩陣式以矩陣式F=RBS F=RBS 計(jì)算。計(jì)算。 所有晶體學(xué)模型均與實(shí)際基本上不符，經(jīng)所有晶體學(xué)模型均與實(shí)際基本上不符，經(jīng)8080來(lái)年修來(lái)年修改完善仍然與實(shí)際不符，因此，切變晶體學(xué)不成功。改完善仍然與實(shí)際不符，因此，切變晶體學(xué)不成功。1.1.切變機(jī)制晶體學(xué)不成功切變機(jī)制晶體學(xué)不成功2.2.相變驅(qū)動(dòng)力不足以完成切變過(guò)程相變驅(qū)動(dòng)力不足以完成切變過(guò)程2

7、.1馬氏體相變驅(qū)動(dòng)力：馬氏體相變驅(qū)動(dòng)力： 純鐵馬氏體相變的臨界驅(qū)動(dòng)力約為1.18103Jmol-1 ， 0.41.2%C的Fe-C合金的相變驅(qū)動(dòng)力為1.3371.714 103Jmol-1 。 2.2切變過(guò)程消耗的功切變過(guò)程消耗的功 1)1)按照按照K-SK-S模型切變需要的切變能量：模型切變需要的切變能量：32032010103 3J/molJ/mol-1-1。 2 2）西山切變模型，需切變能量）西山切變模型，需切變能量20820810103 3J/molJ/mol-1-1。 3 3）G-TG-T模型，切變共需切變能模型，切變共需切變能24824810103 3J/molJ/mol-1-1。

8、 2.3切變過(guò)程造成的應(yīng)變能切變過(guò)程造成的應(yīng)變能 計(jì)算350以切變機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w時(shí)，得出切變?cè)斐傻膽?yīng)變能約為W=1400Jmol-1。此為相變阻力。 算得板條狀馬氏體切變應(yīng)變能W=1468Jmol-1。 對(duì)于高碳凸透鏡狀馬氏體,則算得W=7340Jmol-1。 相變驅(qū)動(dòng)力不足以克服切變應(yīng)變能，故馬氏體相變不能以切變方式進(jìn)行。3.馬氏體相變新機(jī)制3.13.1奧氏體奧氏體貝氏體的晶格改組未必需要切變過(guò)貝氏體的晶格改組未必需要切變過(guò)程。程。n奧氏體奧氏體先共析鐵素體，先共析鐵素體， fcc bccfcc bccn奧氏體奧氏體珠光體中的鐵素體，珠光體中的鐵素體， fcc bccfcc bccn奧氏體

9、奧氏體 BF, fcc bccBF, fcc bcc n奧氏體WFWF fcc bccfcc bccn 這些相變中晶格重構(gòu)過(guò)程中都不需切變，而是以擴(kuò)這些相變中晶格重構(gòu)過(guò)程中都不需切變，而是以擴(kuò)散方式或熱激活躍遷方式完成散方式或熱激活躍遷方式完成fcc bcc fcc bcc 的晶格改組。的晶格改組。 3.2相變省能原則和逐級(jí)演化原則相變省能原則和逐級(jí)演化原則1.1.自然事物演化的原則之一是舊相到新相轉(zhuǎn)變的省能原則自然事物演化的原則之一是舊相到新相轉(zhuǎn)變的省能原則 。2.2.逐級(jí)演化原則。逐級(jí)演化原則。 在高溫區(qū)，珠光體的形成是原子進(jìn)行界面擴(kuò)散為主的相變；擴(kuò)散型相變。 中溫區(qū)，碳原子長(zhǎng)程擴(kuò)散，鐵原

10、子和替換原子子非協(xié)同的熱激活躍遷，界面控制，實(shí)現(xiàn)晶格改組；半擴(kuò)散型相變。 低溫區(qū)，所有原子有組織的集體協(xié)同位移，完成晶格改組。無(wú)擴(kuò)散型相變。不是簡(jiǎn)單的機(jī)械式的切變過(guò)程。注意：原子移動(dòng)方式的演化。注意：原子移動(dòng)方式的演化。3.3 過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變的演化過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變的演化表13.4馬氏體的形核馬氏體的形核n馬氏體形核一般在晶粒內(nèi)部形成，也可以在晶界和孿晶界形核 。Fe-1.2C馬氏體OM1Cr13 馬氏體,TEM 3.5 馬氏體晶核的長(zhǎng)大馬氏體晶核的長(zhǎng)大n按照切變機(jī)制，需要進(jìn)行12次切變晶格參數(shù)調(diào)整。新機(jī)制認(rèn)為無(wú)需切變，直接實(shí)現(xiàn)fccbcc晶格重構(gòu)。先共析鐵素體的析出，共析分解，貝氏體鐵素體的形成

11、等都不是切變過(guò)程。省掉切變過(guò)程，馬氏體相變更省能。n在面心立方晶胞中和體心立方中分別選取菱形，按照表2進(jìn)行晶格參數(shù)的調(diào)整即可形成馬氏體晶核。在此過(guò)程中，每一個(gè)原子的位移矢量不等，但均遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距。注：晶格常數(shù)的變化：注：晶格常數(shù)的變化：-Fe-Fe的的a af f=0.364nm=0.364nm，-Fe-Fe的的a aM M=0.2861nm=0.2861nm；配位數(shù)變化：；配位數(shù)變化：fccbccfccbcc時(shí)由時(shí)由4 4變?yōu)樽優(yōu)? 2。表2. fccbccM時(shí)主要晶格參數(shù)變化 馬氏體晶核的長(zhǎng)大新機(jī)制馬氏體晶核的長(zhǎng)大新機(jī)制n馬氏體晶核的長(zhǎng)大是無(wú)擴(kuò)散的，集體協(xié)同的、無(wú)擴(kuò)散的，集體協(xié)同的、

12、熱激活躍遷機(jī)制熱激活躍遷機(jī)制。所謂集體集體是指包括碳原子在內(nèi)的所有原子，即碳原子、鐵原子、替換原子；所謂協(xié)同協(xié)同是指所有原子協(xié)作性地移動(dòng)。n這一機(jī)制不同于切變位移，切變機(jī)制存在12次切變角為的宏觀切變。 相變自由焓變化晶格原子轉(zhuǎn)入晶格原子轉(zhuǎn)入晶格，自由焓變化小晶格，自由焓變化小于于0 0，是自發(fā)過(guò)程。，是自發(fā)過(guò)程。奧氏體晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體晶格的示意圖奧氏體晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體晶格的示意圖原子位移矢量不等，位移距離均小于一個(gè)原子位移矢量不等，位移距離均小于一個(gè)原子間距。原子間距。1.在 晶向上位移0.0095nm，變?yōu)轳R氏體晶胞的體心原子。2.其他fcc原子轉(zhuǎn)移到bcc晶胞上，移動(dòng)距離均小于一個(gè)原子間

13、距。3.晶格重構(gòu)時(shí)，所有原子是集體協(xié)同位移，原子位移矢量不等，因此不是切變。4.奧氏體/馬氏體相界面保持半共格，界面向前推移是馬氏體片長(zhǎng)大的過(guò)程。110在在 重構(gòu)時(shí)，在最密排晶向上形成位錯(cuò)重構(gòu)時(shí)，在最密排晶向上形成位錯(cuò)的示意圖的示意圖 對(duì)于半共格界面形核，奧氏體中原有的位錯(cuò)可以作為補(bǔ)對(duì)于半共格界面形核，奧氏體中原有的位錯(cuò)可以作為補(bǔ)償錯(cuò)配的界面位錯(cuò)，使形核時(shí)的能量增值減小。這是馬氏體償錯(cuò)配的界面位錯(cuò)，使形核時(shí)的能量增值減小。這是馬氏體在位錯(cuò)處形核的原因之一。在位錯(cuò)處形核的原因之一。TEM 35CrMo鋼板條狀馬氏體中的纏結(jié)位錯(cuò) 4.結(jié)論結(jié)論 （1 1）馬氏體形核的晶體學(xué)模型和晶體學(xué)切變長(zhǎng)大模型均

14、與）馬氏體形核的晶體學(xué)模型和晶體學(xué)切變長(zhǎng)大模型均與實(shí)際不符，切變機(jī)制缺乏試驗(yàn)依據(jù)。按切變機(jī)制完成切變實(shí)際不符，切變機(jī)制缺乏試驗(yàn)依據(jù)。按切變機(jī)制完成切變過(guò)程需要極大的切變能量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相變驅(qū)動(dòng)力。相變驅(qū)過(guò)程需要極大的切變能量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相變驅(qū)動(dòng)力。相變驅(qū)動(dòng)力不足以克服切變機(jī)制引發(fā)的各項(xiàng)阻力，切變過(guò)程難以動(dòng)力不足以克服切變機(jī)制引發(fā)的各項(xiàng)阻力，切變過(guò)程難以發(fā)生。切變機(jī)制應(yīng)當(dāng)摒棄。發(fā)生。切變機(jī)制應(yīng)當(dāng)摒棄。 （2 2）鋼中馬氏體相變?cè)趭W氏體晶內(nèi)缺陷處或晶界通過(guò)結(jié)）鋼中馬氏體相變?cè)趭W氏體晶內(nèi)缺陷處或晶界通過(guò)結(jié)構(gòu)漲落和能量漲落形核，符合相變的一般規(guī)律。構(gòu)漲落和能量漲落形核，符合相變的一般規(guī)律。 （3 3）馬氏體晶核依靠碳原子、鐵原子無(wú)擴(kuò)散地集體協(xié)同）馬氏體晶核依靠碳原子、鐵原子無(wú)擴(kuò)散地集體協(xié)同地?zé)峒せ钴S遷長(zhǎng)大，原子每次移動(dòng)距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一個(gè)原子