不畸变平面的产生
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如果X、Y、Z三个主应变矢量中有一个为零，则可以产生 一个不畸变平面。
如图，应变时X轴在a点抵 住不动，就可以是OaA和 OaA’两个扇形面的形状完 全相同。即OA在YOZ平面 内扫动，从OA扫动到OA’。 所以两个扇形全等，即整个 平面上原子排布完全相同。 OaA和OaA’就是新旧相之 间的一个无畸变平面。
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这个模型说明了新旧相存在K-S关系，但是，按此模型，惯 习面应为{111}γ，而实际上Fe-C合金马氏体的惯习面为
{557}γ、{225}γ、{259}γ，它也不能解释马氏体中孪晶、位
错等亚结构、表面浮凸现象、马氏体 组织形貌变化规律。此 模型第1、2切变所需能力达到320KJ/mol，这是相变驱动力 所不及的。
以在新旧相位向关系、惯习面指数、形状变化、亚结构等
晶体参数之间进行推算
不变平面应变
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不变平面应变：在应变过程中，惯习面始终保持一定 的平面，既不发生应变，也不进行转动 马氏体相变的
唯象学说认为
切变使晶体外 形发生改变， 即在试样表面 产生浮凸。
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胞（2r,2c）法向的两侧面规则
的分布弗兰克位错，每6个原 子间距排列一条。位错圈主要 是由螺型位错组成，在周边 形成刃位错，即K-D模型
位错圈相界面模型
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在K-D模型的基础上发展了K-C模型，其物理结构为：设在 (225)γ面上存在一个大的位错圈，位错圈内即为马氏体核 胚。位错圈扩展时，核胚就长大为晶核。K-D模型和K-C模 型都认为该核胚直径有数十纳米，其周围是位错列
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马氏体相变机制
汇报人：张海川 2018.4.8
马氏体相变机制
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主要内容
马氏体形核
马氏体切变长大的晶体学经典模型 马氏体相变的唯象学说 马氏体相变切变机制的评价
马氏体形核
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1949年，Cohen首先设想马氏体在位错处形核，并于
1956年提出K-D位错圈形核模型；
1958年，由位错圈的能量出发，发展为K-C模型； 1972年，进一步精炼为R-C模型。 这些模型假定在母相中预先存在核胚，由位错组成。 20世纪50年代提出层错形核和极轴机制， 60年代提出应变核胚模型， 20世纪60-70年代还提出软模、局部软模、激活缺陷 分布的非均匀形核模型，
不畸变平面的产生
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相同面指数的无畸变平面的对称位置，如图所示
图表明，如果将应变获得的
椭球体绕X轴整体刚性转动
一个角度，使A’移动到A， 则可以将无畸变面转动回到 原始方位，就获得了即无畸 变、又不转动的平面
马氏体切变长大的 晶体学经典模型
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相变晶体学是相变机制 的核心内容。它提供 相变时晶体结构变化 的过程，揭示相变产 物的物理本质。一个 世纪以来，马氏体相 变晶体学进行了大量 的研究工作，但未形 成统一成熟的理论， 大多为模型或假说。
20世纪对马氏体相变晶 体学研究经历了三个 阶段：1）1924年Bain 提出了应变模型；2） 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模型等；3）20 世纪50年代初，提出 了唯象学说
使底面内角由60°调整到70°32′。此模型缺点同K-S
模型，也与实际不符。
马氏体相变G-T模型
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马氏体相变G-T模型也是一个具有代表性的模型，
1949年测得Fe-22Ni-0.8C合金的单相奥氏体转变
为马氏体时惯习面为{259}γ，垂直于惯习面的平面
Bain应变不是不变平面应变
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Bain首先指出了奥氏体fcc→bct马氏体时，两种晶格之间的 对应关系为：将奥氏体中具有的体心四方晶胞视为体心正方 晶胞。
Bain应变不是不变平面应变
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马氏体形核实验观察
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这些实验现象揭示了马氏体相变不是均匀形核，马氏体形核 一般在晶粒内部发生。
Fe-1.2C合金
12Cr13
马氏体形核实验观察
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Fe-30.8Ni合金
Fe-30.8Ni合金
K-S切变模型和西山模型
切变分为三步进行：
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1）第一切变
2）第二切变
3）必要的线性调整
K-S切变模型和西山模型
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将原子的迁移情况投影在底面的菱形上，可以看到切变的全 过程
K-S切变模型和西山模型
应变核胚模型
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该模型认为在母相高应变场中可以形成马氏体核胚。在母相 的应变场中形成马氏体核胚时，核胚的长大使缺陷的弹性自
由焓△GD下降，因此形核过程使体系总的自由焓△GT下降。位
错应力场与马氏体应变场在一定条件下可能产生有利的交互 作用，是bain应变的一个分量被中和，从而减少形核总能量。 位错应变能促进马氏体形核学说的特点：
将形核过程中非均匀切变的晶体学特征和Bain应变及形核
的总应变能三者结合在一起，它说明马氏体形核可以再任意 位错的应变场中出现，而应变能密度在位错中心或接近位错 系列处达到最大，这样又回的了K-C模型，任然与实际不符。
层错形核模型
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面心立方母相转变为六方马氏体时，形成层错亚结
核有很大作用。
马氏体形核实验观察
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无扩散相变：当原子在某些条件下难以扩散时， 母相通过自组织，以无扩散方式进行晶格改组的 相变。 在母相中产生随机性的结构涨落和能量涨落，非 线性的正反馈作用把微小的随机性涨落迅速放大， 使得原结构失稳，构建一种新结构，即马氏体晶 体结构。 马氏体相变的起点是结构上的涨落，以层错、位错 等晶体缺陷为起点出现结构上的涨落，在能量涨落 配合下形成马氏体。
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G-T模型指出，假定沿着惯习面的切变满足倾动角 要求而不满足晶体结构的要求时，可以沿着马氏 体一定的晶面进行第二次切变，以满足两面的要 求，沿着惯习面的第一次切变为主切变，是均匀 切变，而第二次切变是非均匀切变。
马氏体相变的唯象学说
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从图可见，若沿其长轴方向压缩17%，而在垂直于长轴方 向上均匀膨胀12%，这样的均匀畸变使压缩轴于马氏体的c 轴重合，而垂直于此轴的两个<110>A变成了<100>M。这样 的晶格均匀畸变，实现了奥氏体晶格到马氏体晶格的转变， 碳原子在奥氏体中处于八面体中心位置，转变为马氏体后，
碳原子直接转移到c轴的中心位置，此称为点阵应变模型。
应用马氏体相变晶体学唯象学说研究马氏体相变中马氏体 与母相之间的晶体学关系，即点阵类型、点阵常数、取向 关系、惯习面等。唯象学说不描绘原子在马氏体相变中位 移的具体路径，也不涉及形核及长大的机理，而是研究相 变初始态和终了态之间通过原子的简单位移实现晶格重构 的可能性。在研究方法上，应用矩阵数学描绘晶体结构及 切变过程，计算的基本出发点是假定马氏体相变为一个不 变平面应变。初始态、终了态和过程应变模型设计后就可
K-S切变模型和西山模型
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1934年，西山通过对Fe-30Ni合金马氏体单晶体的研 究，测得又一种位向关系，即西山关系。 提出一个类似的切变模型，西山模型的切变过程与KS模型的第一切变相同，即切变角为19°28′ ，但不能 进行第二次切变，而是进行晶格参数调整，如使[112]γ轴收缩7.5%，[111]γ收缩1.9%，[1-10]γ膨胀13.3%，
核心在于在不大的驱动力下呈现非均匀形核
马氏体形核学说和模型
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理论检验
假说的逻辑完备性 逻辑简单性 解释和预见能力
实践检验
实践检验分为直接检验和间接检验
About Electricity 位错圈相界面模型
假想马氏体核胚预先存在母相 中，为扁球状，它与母相的交 界面是位错圈，即一系列位错 圈围绕而成的扁球状核胚。以 {225}γ作为脊面的扁平状位错
马氏体形核实验观察
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试验研究表明，马氏体形核位置不是任意的，形核位置与母 相中存在的缺陷有关。这些缺陷可能是位错、层错等晶粒内 部的，也可能是晶粒界或相界面。 试验发现： （1）β黄铜中形成马氏体后，当重新冷却时，经可逆转变马 氏体形成的位置与原来的重合。 （2）成份相同的100μm以下的Fe-Ni合金小颗粒，尺寸越小， 转变开始温度越低；尺寸小于100μm时，马氏体转变开始温 度差别很大。 （3）大块的Cu-2.5Fe合金中，富铁沉淀相在室温以下就可 以发生马氏体相变，小颗粒冷却到Mf以下也未出现马氏体。