马氏体相变不是“不变平面应变”

对Fe-15Ni-0.6C合金试样进行真空加热淬火,制取表面浮凸;采用扫描电镜和扫描隧道显微镜观察试样表面的浮凸形貌和划痕的变化。结果表明,在形成马氏体后,表面直线划痕变为曲线,间断、不连续或近似直线等形态。表面浮凸不呈N型而是帐篷形(∧),说明表面浮凸是马氏体转变时体积膨胀、不均匀应变的结果。马氏体相变不是切变,也非均匀应变。材料表面马氏体与材料内部马氏体在相变条件、形貌、晶体学特征等方面均有所区别。表面马氏体的表征不能作为研究材料内部马氏体相变的依据。总之,马氏体相变不是"不变平面应变"。

马氏体相变的晶体学特征—不变平面应变

自20世纪20年代以来,基于马氏体相变产生的浮凸和在母相中预先刻制的直线变成在相界面上连续的折线,提出了以切变为基础的马氏体相变的晶体学特征—"不变平面应变"的概念。随后,以该概念为基础建立了马氏体相变晶体学表象理论(PTMC)。然而,刘宗昌等基于相同的实验,即马氏体相变后的直线刻痕仍为直线和浮凸形态为帐篷形,分别在2010年和2013年《热处理》杂志上发表文章,否定马氏体相变的"切变"机制进而否定马氏体相变的"不变平面应变"。如所周知,否定马氏体相变的"切变机制"就是否定"不变平面应变",因此刘宗昌等于2013年发表的文章彰显出他们的轻率。本文作者已在3篇文章中列举用原子力显微镜和透射电镜观察的结果驳斥了他们的错误观点,至少可以说,他们没有理解我们文章中的实验和理论。为此,本文再次引用Yang和Wayman的透射电镜实验结果,即单变体马氏体使预存在的层错迹线(直线)变成折线,而自协调的多个马氏体可使迹线仍为直线;单变体马氏体的浮凸为N形,但多变体马氏体的浮凸可以是帐篷形或更为复杂的形态,由此可以说明刘宗昌等错误观点的原因。最近,本文作者及其合作者基于PTMC计算了Mn80Fe15Cu5热弹性合金马氏体相变的惯习面,并与实验结果相符,由此确认了"不变平面应变"是马氏体相变晶体学特征的正确性。

利用AFM观测{3,10,15}_f马氏体相变形状应变特征

利用原子力显微镜对 { 3,10 ,15 } f 马氏体形状应变特征进行了观察与定量分析。实验结果表明 :{ 3,10 ,15 } f 全孪晶马氏体形状应变呈“”型或“N”型 ,切变线为直线 ,马氏体与母相边界平直 ,为“不变直线” ;母相未见任何塑变痕迹 ,表现出变体间良好的自协作效应 ;此外 ,{ 3,10 ,15 } f 马氏体表面浮凸形貌真实反映了其马氏体组织形貌。AFM对马氏体相变形状应变特征的观测更直观、准确和真实。

{225}_f片状马氏体宏观点阵变形特征的AFM观察与定量分析

利用原子力显微镜(AFM)对Fe-8Cr-1C合金{225}f马氏体的宏观形状应变特征进行了观察与定量分析.结果表明:{225}f片状马氏体宏观形状应变特征表现出与{3 10 15}f全孪晶马氏体不同的特征.{3 10 15}f全孪晶马氏体表面浮凸呈规则的“N”或“”型;而{225}f片状马氏体表面浮凸呈不规则“N”型,其“浮凸群”既有均匀切变的特征,又有沿基面堆垛长大的痕迹,其浮凸高度、浮凸角远低于{3 10 15}f马氏体.

铁基合金马氏体相变宏观点阵变形的特征

利用原子力显微镜观察并定量分析了铁基合金4种典型惯习面马氏体相变的宏观点阵变形特征。结果表明:{3,10,15}f薄片马氏体和{2,5,9}f透镜马氏体的宏观点阵变形呈一次均匀切变特征,其宏观点阵变形完全符合"不变平面应变"特征;而{2,2,5}f片状马氏体和板条马氏体的宏观点阵变形特征不符合"不变平面应变"特征。

板条马氏体的宏观点阵变形特征及其相变晶体学研究

利用原子力显微镜观察并配合透射电子显微镜研究了板条马氏体的宏观点阵变形特征及其相变晶体学。结果表明:板条马氏体的同位向束的表面浮凸即“浮凸束”,是由若干个平行排列的“切变基元”堆垛而成,“切变基元”浮凸为不规则“N”型;单变体板条马氏体即马氏体板条的表面浮凸呈不规则“篷帐”型;马氏体板条的浮凸高度远低于{31015}f孪晶马氏体。建立了板条马氏体切变基元的形成模型。

马氏体相变的晶体取向关系

本文利用 Bain 应变和马氏体相变的表象理论阐明了马氏体相变的晶体取向关系。正是由于这附加的点阵不变切变和母相的形状协调,某些合金在某种条件下遵循 K—S 关系,而在另一些条件下遵循 N—关系或 G—T 关系。

马氏体相变Bowles-Mackenzie理论的简化计算

对传统的马氏体相变的Bowles-Mackenzie表象理论(简称BM理论)的推导过程进行了改进。计算过程中,采用了与BM理论不同的数学处理方法,使计算过程简化直观。利用作者提出的计算方法对Fe-31Ni合金的马氏体相变晶体学进行了计算,计算结果与利用传统理论计算的结果完全一致。

对马氏体相变切-转机制的讨论

对铁基马氏体相变fcc→bcc(bct)的“切-转机制”进行了评述.一方面指出该机制借鉴了西山模型,有其合理性,另一方面则指出该理论在概念及数学表述中存有值得商榷之处.计算表明,“切-转机制”亦即西山模型的实质为不变直线应变(ILS)而非不变平面应变(IPS).即使在转变过程中引入原子各向同性收缩也无法获得不变平面应变,而应该寻求新的调整方法.

马氏体相变形核机理

在晶体缺陷周围存在着应力场,一些特殊位置的应变为马氏体相变形核提供了预应变,是马氏体形核的有利位置.初生马氏体的形成可诱发储存于晶体内的弹性能的释放,以弹性波的形式在晶体中传播.在一定的条件下,弹性模软化,为后继马氏体形核提供预应变.马氏体是在存在预应变的情况下形核.

马氏体形核理论

本文提出一个新的马氏体形核机制:先在一些小范围内形成平面的弹性应变偶极子,每一极的弹性应变总和等于马氏体转变的平面不变应变。然后,相反的两极相互吸引而靠拢,即偶极子收缩,随之湮灭而出现马氏体结构。最后,弹性应变区收缩而形成相界面,可表为一特征张量(?),数值上即平面不变应变。至此,马氏体形核完成,界面推移则进入长大阶段。能量估算说明,只要弹性应变区有足够尺寸,即使没有任何晶体缺陷或“软模”参与,这种形核机制在能量上也是可能的。

马氏体形核的力学分析

本文对作者在文献(1)中所建议的马氏体形核模型,进一步作了力学上(位移、应变、弹性能)的刻划,使该模型的轮廓更为清晰。分析示出,除形核的第一步(X域的出现和y偶的形成)使能量升高外,第二、三步(y偶收缩湮灭,X域收缩凝聚)均可能是能量下降过程。分析还示出,由于平面不变应变的特点,第一步相应的弹性能可以“稀释”而降低。这解释了晶体学唯象理论的前提:为什么马氏体转变以平面不变应变来进行。