馬氏體相變

馬氏體是經(jīng)無(wú)(需)擴(kuò)散的、原子集體協(xié)同位移的晶格改組過(guò)程而得到的具有嚴(yán)格晶體學(xué)關(guān)系和慣習(xí)面的,相變產(chǎn)物中伴生極高密度位錯(cuò),或?qū)渝e(cuò)或精細(xì)孿晶等晶體缺陷的整合組織。原子經(jīng)無(wú)需擴(kuò)散的集體協(xié)同位移進(jìn)行晶格改組,得到的相變產(chǎn)物具有嚴(yán)格晶體學(xué)位向關(guān)系和慣習(xí)面,極高密度位錯(cuò),或微細(xì)層錯(cuò),或精細(xì)孿晶等亞結(jié)構(gòu)的整合組織,這種形核-長(zhǎng)大的一級(jí)相變,稱為馬氏體相變。馬氏體相變的主要特征為:①無(wú)(需)擴(kuò)散性;②具有位向關(guān)系,以非簡(jiǎn)單指數(shù)晶面為慣習(xí)面;③相變伴生大量亞結(jié)構(gòu),即極高密度的晶體缺陷,如極高密度位錯(cuò)、精細(xì)孿晶、細(xì)密的層錯(cuò)等;④馬氏體相變具有可逆性,新舊相界面可正反兩個(gè)方向移動(dòng)。這4條可作為馬氏體相變的判據(jù),均可試驗(yàn)觀察測(cè)定。凡是符合這些相變特征的可判定為馬氏體相變。

馬氏體相變可按相變驅(qū)動(dòng)力和馬氏體相變動(dòng)力學(xué)特征分類。馬氏體相變驅(qū)動(dòng)力:在馬氏體點(diǎn)Ms溫度以下,馬氏體相的自由焓低,馬氏體和母相自由焓之差小于0,即ΔG<0時(shí),母相才可能轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。這個(gè)自由焓差值稱為馬氏體相變驅(qū)動(dòng)力。相變驅(qū)動(dòng)力實(shí)際上都是負(fù)值,一般所說(shuō)的相變驅(qū)動(dòng)力大小是指其絕對(duì)值。按相變驅(qū)動(dòng)力大小可將相變分為兩類:①相變驅(qū)動(dòng)力大的馬氏體相變。相變驅(qū)動(dòng)力較大,達(dá)幾百卡/摩爾,鋼、鐵基合金,面心立方相(奧氏體)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方(正方)馬氏體屬于此類。相變驅(qū)動(dòng)力約在282 cal/mol以上。②相變驅(qū)動(dòng)力小的馬氏體相變。這種相變的驅(qū)動(dòng)力很小,只有幾卡/摩爾到幾十卡/摩爾。例如,熱彈性馬氏體和鈷合金中的馬氏體相變驅(qū)動(dòng)力僅幾卡/摩爾,而Fe-Ru(釕:hcp結(jié)構(gòu))合金形成ε馬氏體的相變驅(qū)動(dòng)力為50 cal/mol。按馬氏體相變動(dòng)力學(xué)特征可分為四類:①變溫馬氏體相變。多數(shù)鋼中的奧氏體經(jīng)變溫形成馬氏體,因此,鋼經(jīng)淬火至室溫時(shí)的殘留奧氏體量由馬氏體點(diǎn)Ms、Mf來(lái)決定。當(dāng)馬氏體點(diǎn)低,Mf在室溫以下時(shí),將有較多的殘留奧氏體。②等溫馬氏體相變。等溫馬氏體和變溫馬氏體的主要區(qū)別是形核數(shù)量不受過(guò)冷度約束。③爆發(fā)型馬氏體相變。馬氏體點(diǎn)低于室溫的某些合金,當(dāng)冷卻到馬氏體點(diǎn)以下某一溫度MB(MB