马氏体切变模型及评价

4.8马氏体相变切变模型及评价内蒙古科技大学刘忠昌教授20世纪对马氏体相变晶体学的研究经历了三个阶段：

1）第一阶段，1924年Bain提出了应变模型；第二阶段，从1930年开始，提出了一系列切变模型，如K-S模型，西山模型，G-T模型，B-B双切变模型，藤田模型等。这些模型均为针对某一具体发现事例，设计一种切变模型，以说明相变时原子的具体移动方式，说明位向关系，惯习面等。第三阶段，从50年代初开始，提出了马氏体相变晶体学唯象学说。晶体学唯象学说只推测相变过程的表象，而不能描述原子的迁动过程。在Au-Cd、In-Ti等马氏体中得到证实。其特点是能应用电子计算机技术定量计算。

20世纪中，此唯象学说被认为是马氏体相变晶体学优秀的理论。称为“晶体学表象学理论”。近年来，刘宗昌等人认为该学说的物理模型不正确。其计算结果与大多数实际不符，不能称为理论，仅仅是假说。各类模型简介

1.Bain应变模型1924年Bain提出的压缩应变模型，Z轴方向需要压缩21%，这成为塑性变形了。实际上是不可能的。该模型不久即被遗弃。2．马氏体相变的K-S切变模型

30年代初，库氏和Sachs确定了1.4%C钢中奥氏体与马氏体之间的位向关系为：

此称K-S关系。库氏、Sachs首先提出了切变机制并设计了K-S切变模型，后称为K-S切变模型。面心立方的原子堆垛取（111）面的菱形α-Fe体心立方的原子堆垛面心立方ABCABCABC…堆垛表示底层原子⊕表示中间层（第二层）原子，○表示顶层（第三层）原子。切变分三步进行：（1）第一切变：看图4-34的底面菱形，菱形角为60o。在面上，沿着方向进行切变，底层不动，第二层原子沿方向移动0.057nm，○层原子移动0.114nm，对于1.4%Fe-C合金切变角15o15′；如果不含碳，切变角则为19o28′。（2）第二切变：在面上，沿着方向进行一次小的切变，使60o角变成690。如果不含碳，则使60o角变成70o32′。切变角10o32′、9o（3）线性调整，两次切变后并没有得到真正的马氏体晶格，为使其符合实际的晶格参数。若转变为bccM(0%C)时，晶格参数调整量见表4—5。第一切变第二切变晶格参数调整计算值注：γ-Fe的晶格常数=0.364nm；α-Fe的晶格常数=0.2861nm图4—36K-S切变模型的平面投影[1]K-S关系24种可能的取向

fcc的{111}面有四个取向，每个(111)上有三个<112>取向，则4×3=12，

第二切变在每个(111)上可以切变出两个位向的面的70o32′菱形，则共计12×2=24种取向。对K-S模型的评价优点：K-S模型符合马氏体的位向关系。体现了无扩散性。缺点：（1）不能解释浮凸现象；（2）不能解释惯习面，按照K-S模型马氏体的惯习面应当为（111），但是实际上1.4%C马氏体的惯习面为（259）.（3）不能解释位错、孪晶、层错等亚结构；（4）不能解释钢中马氏体的正方度；（5）两次切变没有得到真正的马氏体晶格，切变后仍需晶格参数调整，需要原子再移动，模型未说明原子怎样再进行移动，位移矢量。（6）没有考虑切变能量消耗和切变应变能，缺乏热力学可能性等。

K-S切变模型与实际基本上不符，是不成功的模型。3.G—T模型A.B.Greninger,A.R.Troiano于1949年测定了Fe-22%Ni-0.8C%合金中的马氏体位向,发现了G-T关系，并且设计了G-T切变模型。通过均匀切变和非均匀切变的合成，来满足Fe-Ni-C合金马氏体相变的晶格重构、外形改变、惯习面等方面的要求。G-T模型的两次切变后，并没有完全达到实际晶体要求，为了满足晶体学要求，仍需做晶格参数的调整。

马氏体相变的G—T关系，

//差1o

′//差2oG-T切变模型：第一切变是沿着惯习面的均匀切变。第二次切变是不均匀切变。第一切变

——均匀切变是产生宏观变形的切变，即切变时不仅点阵改组，晶体外形也发生变化。在试样表面产生浮凸。均匀切变后得到的还不是马氏体晶格点阵，而是一个复杂的三棱结构。点阵发生改组，但晶体外形不发生变化。滑移或孪生产生不均匀切变.第二切变由三棱结构变为马氏体点阵。并且通过滑移和孪生产生大量位错或精细孪晶。为了使模型与马氏体中的位错、孪晶相符合，G-T模型将塑性变形理论引入模型，令其滑移产生位错、孪生产生孪晶。位错滑移和孪生是在外加应力作用下的变形。母相转变为马氏体时，没有外加应力，只有相变驱动力，相变驱动力不足以推动滑移切变和孪生切变。第二切变---非均匀切变

图4—49晶体切变示意图

a）均匀切变

b）非均匀切变

G-T模型示意图均匀切变非均匀切变二次切变，滑移a及孪生b示意图ab对G—T切变模型的评价优点：符合位向关系；产生了位错和孪晶，表面浮凸。缺点：（1）与惯习面不符，如该合金的惯习面实际是，而非。与小于1.4%C钢中马氏体的惯习面也不相符。（2）虽然预示马氏体中存在位错和孪晶，但是那是形变位错。马氏体相变产生的是相变位错、孪晶、层错。（3）不能解释钢中马氏体的正方度；（4）切变没有得到真正的马氏体晶格，切变后仍然需要晶格参数调整，需要原子的再移动。（5）没有考虑切变能量消耗和切变的热力学可能性等。（6）G-T模型错误地将金属塑性变形理论引入马氏体相变，混淆了相变位错、相变孪晶与形变位错、形变孪晶的区别。该模型与实际基本上不符。1）应用外加应力作用下切变机制解释极高密度位错、精细孪晶的形成是错误的。2）无法解释马氏体中的层错亚结构。有的有色合金马氏体中只有层错亚结构，无位错，也