马氏体转变机制

马氏体转变机制（一）马氏体转变的形核理论1、经典形核理论元系的同素异构转变。原子百分比合MS点（233K）rc=490Å，Cc=22Å，G=5.4×108J/mol。按经典的温度下要靠原子的热运动来获得这样大的激活能是很困难的。另外按经典相变理论提出的马氏体长大激活能为2510~4184J/mol，但实际上马氏体长大的激活能很小，几乎合适的。2、马氏体形核的位错理论有利的位置上优先形核。试验：把小颗粒以下）的Fe-Ni-C体化后，淬火到马氏体转变温度范围内，观察合金粒中马氏体转变的情况，结果如下图所示。由此可见，合金的成核是是那些结构上的不均匀区域，如晶体缺陷、内表面（物造成）这些“畸变胚芽”可以作为马氏体的非均匀核心，通常称之为马氏体核胚。目前一般认为在奥氏体中已预先存在具有马氏体结构的微区，这微区是在高温下母相奥氏体中的某些与各种晶体缺陷有关的有利位置，通过能量起伏及结构起伏形成的。这些微区随温度降低而被冻结到低温。从高温冻结下来的马氏体核胚有大有小，尺寸各不相同。在马氏体降温转变过程中，在不同的温度，就有不同尺寸的马氏体核胚可以达到临界晶核尺寸，这部分马氏体就会迅速长大，而尺寸较小的核胚达不到临界尺寸，就不能长大，若使马氏体转变得以进行，就必须继续降低温度，使尺寸更小的核胚达到临界尺寸。此即马氏体转变为什么只有在连续降温过程中才在等温保持时，尺寸接近临界晶核的马氏体核胚，可以通过热激活长大到临界尺寸，使马氏体在等温条件下也能形成。关于钢中马氏体核胚的结构模型，学说较多，见解释也以便对这个问题有个初步的了解。要说明马氏体核胚的结构，关键在于说明奥氏体和马氏体两相交界面的结构情况，即说明奥氏体与马氏体是如何构成共格界面的。Frank界面结构模型：Frank最早建议，奥氏体与马氏体的交界面平行于惯习面（225）γ

。按K-S关系，这两种点阵以（225）γ

为界面时，

应相互平行，但钢中马氏体马氏体和奥γ αˊK-S{111}γ

和{110}的晶面间距不相等，对α-Fe，它们相差1.6%，对于各种αˊFrank提出，这两个面并不严格地平行，而是有一个很小的交角ψG-T1°，这样两个面便有可能一一对应的联接起来。但是仅仅（111）γ

K-S关系，αˊ在惯习面（225）γ

上的10]

方向应和相邻接马氏体点阵的[111]

方向一一对应连接，而这个方向上两个点阵的原子间距也为完全相同，相差1~2%，所以，为使这两个原子列上的原子能够一一对应，Frank设想在相变时，还要进行适当的位错圈，马氏体核胚便被包围在圈内。K-D模型克耐谱Dehlinger(德林杰)Frank构模型设想，马氏体核胚为薄扁圆片状，其周围由一系列大小不等的位错圈所环绕，如图所示。该模型的界面即为惯习（225）（即γ

K-S（225）αˊ界面上每隔六个{111}γ

或{110}αˊ

10]方圈。位错圈的扩张使马氏体核胚在10]

及[225]γ

方向长在，在[554]

方向上长大则需形成新的位错圈。当母相与马氏体体积自由能之差足以补偿位错圈扩张及形成新位错圈所增加急剧扩张长大马氏体。K-DT0温度以上已经有马大有小，不需克服形核势垒。（二）马氏体转变的切变模型1924Bain开始，人们便根据马氏体相变的特征设几个有代表性的切变模型。1、Bain模型1924Bain就注意到，可以把面心立方点阵看成c/a=1.41(即21)1C轴压缩，而把垂C1，就可以把面心立方点阵变成体心立方点阵。马氏体即为这两个极端状态之间的中间状态，因为马氏体中有间隙溶解的碳，所以其轴比不1，一般随碳含量的变化，马氏体的正方度）1.08~1.00c/a1.411.00BainK-S关系。Bain模型只能说明点阵的改组，不能说明转变时出现的构。2、K-S切变模型1.4%K-S1930年提出了轴比相当1.06的眯阵变换模型（K-S模型。首先考虑没有碳存在的情况，设想奥氏体分以下几个步骤转变成马氏体。在

面上沿[211]

（B层原子）移动112[211]，而更高各层原子则按比例增加移动1，第一次切变角为19°28ˊ，第二次切变是在)面上(垂直于

面)，沿10]

产生10°30ˊ的切变。第二次切变后，使120109°30ˊ6070°30ˊ。由于没有碳原子存在，得到的是体心立方点阵的马氏体。在有碳原子存在的情况下，对于面心立方点阵改建为体心立方点阵时，两次切变量略小一些，第一次切变角为15°15ˊ，9°，然后再作一些小的调整，使晶机面间距和实测的相符合就得到了马氏体。K-S模型的成功之处在于它导出了所测得的点阵结构和观察到的惯习面，故也是不完善的。3、G-T模型1949G-T模型。G-T模型也将切变分成两次进行。第一次切变是沿惯习面相同。第二次切变在面的[111]

方向发生，切变角为12°~13°，这次切变限制在三棱点阵范围内，并且是宏观不均匀的（18个原子层经第二次切变后，点阵转变成体心正方点阵，取向和马氏体一样，晶面间距也差不多。最后作一些微