马氏体相变简介.doc

精品文档马氏体相变一、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。(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41.介观模型（1）相变驱动力体系的自由能可表示为： 其中，为Helmholtz自由能，为弹性能，为第i个马氏体变体在温度为q时的化学能，为界面能。I.应变在马氏体相变过程中，应变分为弹性应变和相变应变：II.弹性能其中，III.界面能为材料常数IV.判别准测(2)计算流程图2.微观模型（1）相变驱动力其中，为应变张量的分量，为马氏体变体i的序参量，序参量对坐标分量j的偏导数。与介观模型不同，微观模型需考虑序参量的偏导对自由能的影响，可将自由能函数分为含有序参量偏导和不含的两项：其中，可以参考相关文献展开成序参量和应力的多项式，系数为与温度相关的材料系数；为材料常数。（2）控制方程其中，为动力学系数，为噪声随机项。参考文献1徐祖耀. 马氏体相变的分类J. 金属学报，1997，33:45522柯常波. NiTi形状记忆合金中NiTi相沉淀行为的相场法模拟研究D. 广 州：华南理工大学博士论文3刘宗昌. 固态相变M. 北京：机械工业出版社 4Cho J Y. FINITE ELEMENT MODELING OF MARTENSITIC PHASE TRANSFORMATIOND. USA: Texas Tech