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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
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