4.2马氏体相变的分类及动力学
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马氏体转变动力学马氏体转变也是形核和长大过程,铁合金中马氏体形成动力学是多种多样的,大体上可以分为四种类型。
(一)马氏体的降温形成(变温瞬时形核、瞬时长大)是碳钢和低合金钢中最常见的一种马氏体转变。
其动力学特点为:马氏体转变必须在连续不断的降温过程中才能进行,瞬时形核,瞬时长大,形核后以极大的速度长大到极限尺寸,相变时马氏体量的增加是由于降温过程中新的马氏体的形成,而不是已有马氏体的长大,等温停留转变立即停止。
按马氏体相变的热力学,钢及铁合金中马氏体相变的热滞很大,相变驱动力很大,同时,马氏体长大过程中,其共格界面上存在弹性应力,使界面移动的势垒降低,而且原子只需作不超过一个原子间距的近程迁移,因此,长大激活能很小。
所以马氏体长大速度极快,以致于可以认为相变速度仅取决于形核率,而与长大速度无关。
马氏体片一般在10-4~10-7秒内即长大到极限尺寸。
降温形成马氏体的量,主要取决于冷却所达到的温度,即M S以下的深冷程度,等温保持时转变一般不再进行,这一特点意味着,成核似乎是在不需要热激活的情况下发生的,所以也称其为非热学性转变。
奥氏体的化学成分虽然对M S有具有很大的影响,但其对马氏体转变动力学的影响,几乎完全是通过M S点起作用,在M S以下的转变过程不随成分发生显著变化。
冷却速度对M S点以下的转变过程有明显的影响。
只要是在马氏体转变之前,无论是缓慢冷却或冷却中断,都会引起马氏体转变发生迟滞,导致马氏体转变温度下降和马氏体转变量的减少。
这种现象称为奥氏体稳定化。
影响M S点和马氏体转变动力学过程的一切因素都会影响到转变结束后残留奥氏体数量的多少。
例如:化学成分对M S点有显著影响,结果导致室温下残余奥氏体量的巨大差异,如下表所示。
每增加1%合金元素时残余奥氏体量的变化元素 C Mn Cr Ni Mo W Si Co Al50 20 11 10 9 8 6 -3 -4Aˊ量变化(%)可以看出,碳含量对残余奥氏体量的影响十分显著,般认为淬火钢C%>0.4%后就应考虑残余奥氏体对性能的影响。
马氏体相变的分类
徐祖耀
【期刊名称】《金属学报》
【年(卷),期】1997(33)1
【摘要】马氏体用变按动力学分为变温相变和等温相变按热力学和界面动态分为
热弹性相变、近似热弹性相变和非热弹性相变,其判据为(1)临界相变驱动力小,热滞小;(2)相界面能往复(正、逆)运动;(3)形状应变由弹性协作,马氏
体内的弹性储存能对逆相变驱动力作出贡献按形核机制分为近似局域软模形核和层错形核,前者母相强化阻碍相变开动;后老母相强化不影响从。
【总页数】9页(P45-53)
【关键词】马氏体;相变;分类;金属
【作者】徐祖耀
【作者单位】上海交通大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG111.5
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第四章 马氏体相变随着科学技术的发展和人们对材料性能的要求越来越高,材料相变的研究也成为了一个热门的领域。
其中,固态相变是最为基础和广泛的相变形式之一。
在这其中,马氏体相变是一个相对特殊和有意义的相变过程。
一、马氏体相变的定义和分类马氏体相变,是指在含碳钢中,当钢经过一定的热处理过程后,在室温下形成一种具有变形性能的组织结构。
其核心原理是在高温下形成一种奥氏体,然后通过快速冷却过程,在室温下形成一种具有弹性、变形及塑性的马氏体组织结构。
根据马氏体相变的不同起始组织结构,其可以分为两种类型:一类是由完全奥氏体组成的马氏体相变,另一类是由贝氏体(以及在贝氏体上产生马氏体)组成的马氏体相变。
1.完全奥氏体马氏体相变当钢经过高温处理后,在其细小的晶粒中,完全转化为奥氏体组织。
通过钢的快速冷却 (通常在水、油、盐水等介质中进行),奥氏体中的部分碳原子被固溶,在马氏体的组织中重新排列,最终形成一种具有高强度和塑性的马氏体组织结构。
这种马氏体相变过程,称为完全奥氏体马氏体相变。
2.贝氏体马氏体相变贝氏体正常情况下是由冷却慢、回火温度低的钢中形成的。
它是由一种由铁与铁素体间化合物构成的细小晶粒组成的组织,这种组织强度比较低,韧性高,且具有较高的弹性变形和形变能力。
当这种钢经过高温处理后,由于组织发生了相变,大量贝氏体消失,而代替它的则是奥氏体组织。
这样在快速冷却的过程中,就会在奥氏体中形成一定数量的针状马氏体组织结构。
二、马氏体相变的影响因素马氏体相变的过程涉及到多个变量和影响因素,其中最重要的一些因素包括:1.冷却速度作为一种固态相变过程,马氏体相变的核心就是快速冷却过程。
通常来说,冷却速度越快,产生的马氏体组织也就越细小,强度也就越高。
2.合金元素含量合金元素在钢制造中有着重要的作用。
它们可以调节钢的合金成分和钢的性能,使钢的性能得到提升。
其中,加入Cr、Ni、Mn等元素可以有效地提高马氏体相变的开始和结束温度,这有利于得到良好的马氏体组织结构。
马氏体相变动力学km方程1. 引言相变是物质在一定条件下从一种状态转变为另一种状态的过程。
马氏体相变是一种重要的相变现象,常见于金属合金中。
马氏体相变动力学km方程是用来描述马氏体相变过程中组织演化的数学模型。
本文将介绍马氏体相变的基本概念、马氏体相变动力学理论以及km方程的推导和应用。
2. 马氏体相变基本概念马氏体是指具有特殊结构和性质的固态材料,在低温条件下能够发生固-固相变。
马氏体相变通常伴随着晶格结构和形态的改变,具有显著的形状记忆效应和超弹性等特性。
这些特性使得马氏体在材料科学、机械工程等领域具有广泛应用价值。
3. 马氏体相变动力学理论3.1 相界理论根据热力学原理,物质在不同温度和压力下会处于不同的平衡态,而相变则是不同平衡态之间的转变过程。
相界理论是描述相变的基本理论之一,它通过构建相图来描述材料在不同温度和组成条件下的平衡态。
3.2 马氏体相变动力学马氏体相变动力学研究的是马氏体相变过程中组织演化的动力学行为。
马氏体相变通常包括两个阶段:核化和长大。
核化是指马氏体晶胞在母相中形成新晶胞的过程,而长大则是指这些新晶胞逐渐增大并扩展到整个母相中。
3.3 km方程km方程是描述马氏体相变动力学的数学模型,其中k表示核化速率,m表示长大速率。
该方程可以用来预测材料在不同温度、时间和应力条件下的马氏体相变行为。
4. km方程推导和应用4.1 km方程推导km方程的推导涉及到复杂的数学和物理计算,这里将简要介绍其主要思路。
首先,根据热力学原理和统计物理理论,可以建立起核化速率k与温度、应力等因素的关系。
然后,通过实验和观察,可以确定长大速率m与时间、晶体结构等因素的关系。
最终,结合这两个速率,得到km方程。
4.2 km方程应用km方程可以应用于材料设计、工艺优化等领域。
通过对km方程的求解和分析,可以预测材料在不同条件下的相变行为,从而指导实际生产中的工艺参数选择和性能优化。
5. 结论马氏体相变动力学km方程是描述马氏体相变过程中组织演化的重要数学模型。
马氏体相变及其在材料中的应用摘要:本文综述了马氏体相变的定义、分类、相变特征认识的进程, 以及与马氏体相变密切相关的形状记忆材料的发展。
以及形状记忆效应、铁基合金马氏体研究进展作总结。
对马氏体相变,形状记忆合金的继续研究和应用作了展望。
关键词:马氏体相变形状记忆合金形状记忆效应1前言马氏体相变定义: 替换原子经无扩散变换位移 (均匀和不均匀形变 )并由此产生形状改变和表面浮突呈不变平面应变特征的一级形核长大型的相变或简单地将马氏体相变称之为替换原子经无扩散切变(原沿相界面作协作运动 )并使其形状改变的相变[1]。
Delaey [2,3]将存在马氏体相变的不同合金系分为 : (l)溶剂原子具有同素异构转变的合金如铁及铁基合金;密排结构间的切变如Co及Co合金、稀土及其合金; (2 )具β相 Hume-Rothery结构及Ni基的形状记忆合金;(3)具有立方-正方(四角)的应力弛豫孪生马氏体的合金, 如镍基、锰基合金及Al5化合物等。
按动力学的不同特征将相变分为变温相变和等温相变;按热力学和相面动态将相变分为热弹性相变半热弹性相变和非热弹性相变。
,2马氏体相变分类马氏体相变动力学特征可分为四类: 变温式、等温式、爆发式和热弹性马氏体相变。
(1)变温马氏体大多数合金系具有变温马氏体相变特征。
如图1所示,成分为C的马氏体点为M s,在冷却过程中,温度降低到 Ms以下发生相变,不断降温,不断转变,转变量取决于冷却到达的温度 Tq。
如图所示,奥氏体冷却到马氏体点 Ms时,开始形成马氏体,其转变量f随着温度的降低而不断增加到达马氏体转变终了点( Mf) 温度时,并没有得到100% 的马氏体,而是尚有残余。
图 1 碳素钢变温马氏体相变动力学曲线多数钢的过冷奥氏体经变温转变形成马氏体,因此钢经淬火至室温时的残留奥氏体由马氏体点Ms、M f 来决定。
当马氏体点低时,Mf在室温以下时,将有较多的残留奥氏体。
如图2所示。