華南師范大學(xué)材料科學(xué)與工程教程第七章 擴散與固態(tài)相變(三)

1、第七章第七章 擴散與固態(tài)相變（三）擴散與固態(tài)相變（三）四、幾個特殊的有關(guān)擴散的實際問題四、幾個特殊的有關(guān)擴散的實際問題1、離子晶體的擴散、離子晶體的擴散（1）空位擴散中的）空位擴散中的“空位空位”金屬金屬肖特基空位肖特基空位離子晶體離子晶體肖特基空位與弗倫克爾空位（與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)）肖特基空位與弗倫克爾空位（與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)）如：如：ZnS型為弗倫克爾缺陷，型為弗倫克爾缺陷，NaCl為肖特基型為肖特基型離子結(jié)構(gòu)類型決定空位類型離子結(jié)構(gòu)類型決定空位類型結(jié)構(gòu)不太緊密、正負(fù)離子半徑差別大、配位數(shù)較小結(jié)構(gòu)不太緊密、正負(fù)離子半徑差別大、配位數(shù)較?。ɡ纾海ɡ纾?族半導(dǎo)體，銀的鹵化物）族半導(dǎo)體，銀的鹵化物）

2、小尺寸的正離子容易進入晶格間隙，形成弗倫克爾缺陷小尺寸的正離子容易進入晶格間隙，形成弗倫克爾缺陷缺陷表現(xiàn)：間隙離子缺陷表現(xiàn)：間隙離子-空位對，且通常為陽離子空位對，且通常為陽離子-空位對！空位對！結(jié)構(gòu)緊密，配位數(shù)較高，正負(fù)離子差距較小結(jié)構(gòu)緊密，配位數(shù)較高，正負(fù)離子差距較小 陽離子尺寸較大，難以進入晶格間隙，形成肖特基缺陷陽離子尺寸較大，難以進入晶格間隙，形成肖特基缺陷缺陷表現(xiàn)：空位缺陷表現(xiàn)：空位-空位對，注意缺陷對的電中性！空位對，注意缺陷對的電中性！例如：例如：Ag+-VAg+例如：例如：1VCl1V Na+1V Mg2+ 2VCl-擴散機制擴散機制肖特基缺陷類型離子晶體：肖特基缺陷類型離子

3、晶體： 類似于金屬中的空位擴散機制類似于金屬中的空位擴散機制弗倫克爾缺陷類型離子晶體：弗倫克爾缺陷類型離子晶體：自間隙機制自間隙機制 先產(chǎn)生間隙式陽離子，使鄰近的處于正常點陣位置的陽離子先產(chǎn)生間隙式陽離子，使鄰近的處于正常點陣位置的陽離子移位，然后擠入間隙。移位，然后擠入間隙。金屬中間隙原子的擴散一直是在正常的間隙空位中跳動金屬中間隙原子的擴散一直是在正常的間隙空位中跳動離子晶體中正負(fù)離子對的擴散速率不同離子晶體中正負(fù)離子對的擴散速率不同正離子尺寸較小，容易運動；正離子尺寸較小，容易運動；2、燒結(jié)、燒結(jié) 在高溫作用下，坯體發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，由松在高溫作用下，坯體發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，由

4、松散狀態(tài)逐漸致密化，且機械強度大大提高的過程。散狀態(tài)逐漸致密化，且機械強度大大提高的過程。燒結(jié)過程：將壓實的粉末加熱到高溫，在燒結(jié)初期，相互接燒結(jié)過程：將壓實的粉末加熱到高溫，在燒結(jié)初期，相互接觸的顆粒開始逐漸形成頸的連接，然后顆粒間距觸的顆粒開始逐漸形成頸的連接，然后顆粒間距縮短?？s短。燒結(jié)涉及的擴散問題燒結(jié)涉及的擴散問題初期階段：初期階段：原子沿顆粒表面擴散到頸部區(qū)域，與過剩的空位交換位置；原子沿顆粒表面擴散到頸部區(qū)域，與過剩的空位交換位置；（表面擴散）中期階段：中期階段：初期階段可使頸部區(qū)域長大到顆粒橫截面積的初期階段可使頸部區(qū)域長大到顆粒橫截面積的20%，此時，此時每個顆粒的空隙間小為

5、由節(jié)點連接的網(wǎng)絡(luò)通道。每個顆粒的空隙間小為由節(jié)點連接的網(wǎng)絡(luò)通道。伴隨著密度的顯著增加，細孔網(wǎng)絡(luò)的空位大量擴散到燒伴隨著密度的顯著增加，細孔網(wǎng)絡(luò)的空位大量擴散到燒結(jié)材料的體內(nèi)。結(jié)材料的體內(nèi)。后期階段：后期階段：細孔通道轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ы?，通過晶界擴散，變成致密的燒結(jié)體，細孔通道轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ы?，通過晶界擴散，變成致密的燒結(jié)體，在晶界上會殘存一些孤立的小孔；同時也會伴隨晶粒的長在晶界上會殘存一些孤立的小孔；同時也會伴隨晶粒的長大大（晶界擴散體擴散）燒結(jié)速率問題燒結(jié)速率問題 粉末材料的顆粒度粉末材料的顆粒度達到一定緊密度的燒結(jié)時間與顆粒尺寸的達到一定緊密度的燒結(jié)時間與顆粒尺寸的三次三次方成正比方成正比 原子的擴散

6、速率（原子的擴散速率（決定于溫度決定于溫度）)/exp(RTQaCdtdn- -燒結(jié)體密度；燒結(jié)體密度；a-a-顆粒尺寸；顆粒尺寸； C C和和n n為常數(shù)；為常數(shù)；Q Q為燒結(jié)的激活能，為燒結(jié)的激活能，常以晶界擴散激活能代替常以晶界擴散激活能代替顆粒越細，表面積越大，擴散距離越小，燒結(jié)速率越快顆粒越細，表面積越大，擴散距離越小，燒結(jié)速率越快3、納米晶體材料的擴散、納米晶體材料的擴散 晶粒尺寸小到納米級時，表面原子所占體積分?jǐn)?shù)增加，晶晶粒尺寸小到納米級時，表面原子所占體積分?jǐn)?shù)增加，晶界擴散占據(jù)優(yōu)勢！界擴散占據(jù)優(yōu)勢！ 納米晶的界面擴散激活能與多晶相比低很多，與表納米晶的界面擴散激活能與多晶相比低

7、很多，與表面擴散激活能相近。面擴散激活能相近。 納米晶的界面擴散可能與表面擴散的機制相似，而納米晶的界面擴散可能與表面擴散的機制相似，而普通多晶中普通多晶中的晶界擴散一般認(rèn)為是通過空位機制進行的。的晶界擴散一般認(rèn)為是通過空位機制進行的。 納米晶的擴散系數(shù)極高，擴散距離很短，在相同條件納米晶的擴散系數(shù)極高，擴散距離很短，在相同條件下與普通固體材料相比有很高的溶解度。下與普通固體材料相比有很高的溶解度。例如：例如：Bi在在8納米的納米晶納米的納米晶Cu中的溶解度約為普通多晶銅溶解度的中的溶解度約為普通多晶銅溶解度的1000-10000倍倍五、固態(tài)相變中的形核五、固態(tài)相變中的形核1、固相的相界面、固

8、相的相界面固態(tài)相變形成的新相與母相的相界面有三種不同的類型固態(tài)相變形成的新相與母相的相界面有三種不同的類型共格界面半共格界面非共格界面aaa 參數(shù)錯配度：參數(shù)錯配度：為定量表述彈性應(yīng)變能引入為定量表述彈性應(yīng)變能引入的參數(shù)的參數(shù)界面能界面能 固固- -固兩相界面能高，一部分是形成新相界面時，固兩相界面能高，一部分是形成新相界面時，因同類鍵、異類鍵的結(jié)合強度和數(shù)量變化引起的化學(xué)因同類鍵、異類鍵的結(jié)合強度和數(shù)量變化引起的化學(xué)能，另一部分是由界面原子的不匹配產(chǎn)生的點陣畸變能，另一部分是由界面原子的不匹配產(chǎn)生的點陣畸變能。能。 位向關(guān)系位向關(guān)系 固態(tài)相變時，為了降低新相與母相之間的界面能，固態(tài)相變時，為

9、了降低新相與母相之間的界面能，新相的某些低指數(shù)晶向與母相的某些低指數(shù)晶向平新相的某些低指數(shù)晶向與母相的某些低指數(shù)晶向平行。行。 慣習(xí)面慣習(xí)面 固態(tài)相變時，為了降低界面能和維持共格關(guān)系，新相固態(tài)相變時，為了降低界面能和維持共格關(guān)系，新相往往在母相的一定晶面上開始形成。這個與所生成新往往在母相的一定晶面上開始形成。這個與所生成新相的主平面或主軸平行的母相晶面稱為慣習(xí)面。相的主平面或主軸平行的母相晶面稱為慣習(xí)面。 晶體缺陷晶體缺陷 晶態(tài)固體中的空位、位錯、晶界等缺陷周圍因點陣晶態(tài)固體中的空位、位錯、晶界等缺陷周圍因點陣畸變而儲存一定的畸變能。新相極易在這些位置非畸變而儲存一定的畸變能。新相極易在這些

10、位置非均勻形核。它們對晶核的長大過程也有一定的影響。均勻形核。它們對晶核的長大過程也有一定的影響。 應(yīng)變能應(yīng)變能 彈性應(yīng)變能彈性應(yīng)變能 相界面原子排列的差異引起相界面原子排列的差異引起 新相形成時的體積變化新相形成時的體積變化 新相的幾何形狀對應(yīng)變能相對新相的幾何形狀對應(yīng)變能相對值的影響值的影響 新相的幾何形態(tài)與應(yīng)變能新相的幾何形態(tài)與應(yīng)變能有關(guān)。在新相與母相不共格有關(guān)。在新相與母相不共格的情況下，若兩相的比容差的情況下，若兩相的比容差固定，設(shè)新相為橢球體，長固定，設(shè)新相為橢球體，長軸為軸為a，短軸為，短軸為c，則新相形，則新相形態(tài)如下圖所示：態(tài)如下圖所示： 當(dāng)當(dāng)c/a=1時，新相為球狀；時，新

11、相為球狀；當(dāng)當(dāng)c/a1時，新相為針狀。時，新相為針狀。 1）共格界面）共格界面新相與母相在界面上原子匹配的很好，新相與母相在界面上原子匹配的很好，完全共格完全共格近似共格界面近似共格界面晶體結(jié)構(gòu)相同、晶格常數(shù)略有不同，導(dǎo)致彈性應(yīng)變能的產(chǎn)生！晶體結(jié)構(gòu)相同、晶格常數(shù)略有不同，導(dǎo)致彈性應(yīng)變能的產(chǎn)生！彈性應(yīng)變能（為參數(shù)錯配度、為參數(shù)錯配度、V V為新相體積）為新相體積）特定位向共格晶面特定位向共格晶面 晶體結(jié)構(gòu)不同，則只有在特定的結(jié)晶學(xué)平面和晶向上原子互相晶體結(jié)構(gòu)不同，則只有在特定的結(jié)晶學(xué)平面和晶向上原子互相匹配形成共格界面，而在其它晶面和晶相上則不能形成共格界面。匹配形成共格界面，而在其它晶面和晶相

12、上則不能形成共格界面。（111）（00010001） 11201120VGs2物體的彈性應(yīng)變在產(chǎn)生應(yīng)力主軸方向收縮（拉伸）物體的彈性應(yīng)變在產(chǎn)生應(yīng)力主軸方向收縮（拉伸）的同時還往往伴隨有垂直于主軸方向的橫向應(yīng)變，的同時還往往伴隨有垂直于主軸方向的橫向應(yīng)變，將橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比稱為泊松比。將橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變之比稱為泊松比。 2) 半共格界面半共格界面 通過失配位錯來調(diào)整原子的匹配，則這樣形成的界面為通過失配位錯來調(diào)整原子的匹配，則這樣形成的界面為半共格界面！半共格界面！ 此時在界面上引入此時在界面上引入失配位錯失配位錯，由，由錯配度錯配度而產(chǎn)生的彈性應(yīng)變能可而產(chǎn)生的彈性應(yīng)變能可以大大減少！在

13、界面上大部分區(qū)域原子都可以匹配的完好，只有在失以大大減少！在界面上大部分區(qū)域原子都可以匹配的完好，只有在失配位錯周圍才有彈性應(yīng)變。配位錯周圍才有彈性應(yīng)變。相比于共格界面，相比于共格界面，彈性應(yīng)變能降低，界面能增加彈性應(yīng)變能降低，界面能增加，此時界面能為：，此時界面能為：?ch為化學(xué)相對界面能的貢獻；為化學(xué)相對界面能的貢獻； ?st為結(jié)構(gòu)相的貢獻，與失配度成正比為結(jié)構(gòu)相的貢獻，與失配度成正比 stchst3）非共格界面）非共格界面 位錯失配度達到位錯失配度達到=0.25=0.25以后，位錯密度太高而致使以后，位錯密度太高而致使位錯彼此之間的應(yīng)力場互相重疊，應(yīng)變能也變高，半共格位錯彼此之間的應(yīng)力場

14、互相重疊，應(yīng)變能也變高，半共格界面無法維持而形成界面無法維持而形成非共格界面非共格界面。與半共格相比，應(yīng)變能大大降低，界面能相對升高與半共格相比，應(yīng)變能大大降低，界面能相對升高從共格到半共格以至非共格，界面能依次升高，而應(yīng)從共格到半共格以至非共格，界面能依次升高，而應(yīng)變能依次降低變能依次降低體積應(yīng)變能與新相形狀體積應(yīng)變能與新相形狀新相形狀新相形狀 新相呈碟盤狀時應(yīng)變能最小，新相呈碟盤狀時應(yīng)變能最小，呈球形時最大，呈針狀時次之。呈球形時最大，呈針狀時次之。但是對于體積相等的新相來說，但是對于體積相等的新相來說，盤狀的表面積比其它兩種都大。盤狀的表面積比其它兩種都大。因此，應(yīng)變能和表面能對新相形因

15、此，應(yīng)變能和表面能對新相形狀的影響是互相矛盾的。究竟哪狀的影響是互相矛盾的。究竟哪一個起支配作用，要視具體情況一個起支配作用，要視具體情況而定。一般來說，表面能大而應(yīng)而定。一般來說，表面能大而應(yīng)變能小的新相常呈球狀；應(yīng)變能變能小的新相常呈球狀；應(yīng)變能大而表面能小的新相呈盤狀或片大而表面能小的新相呈盤狀或片狀；當(dāng)兩個因素的作用相近時，狀；當(dāng)兩個因素的作用相近時，新相往往呈針狀。新相往往呈針狀。 2、均勻形核與非均勻形核、均勻形核與非均勻形核1）均勻成核）均勻成核固態(tài)相變時，均勻形核總的自由能變化為：固態(tài)相變時，均勻形核總的自由能變化為：sVGVAGVGSVGrrGrG32334434體積自由能體

16、積自由能界面能界面能 彈性應(yīng)變能彈性應(yīng)變能維持共格的彈性應(yīng)變能維持共格的彈性應(yīng)變能（相界面原子排列差異引起）（相界面原子排列差異引起）兩相比體積差產(chǎn)生的兩相比體積差產(chǎn)生的體積應(yīng)變能體積應(yīng)變能234)(34rGGrVS令令dG/dr=0即即08)(42rGGrVS所以，臨界晶核半徑為所以，臨界晶核半徑為)/(2SVkGGr成核位壘（成核功）成核位壘（成核功）臨界晶核尺寸臨界晶核尺寸rk 為：為：)(2svkGGr臨界晶核形成功：臨界晶核形成功：23)( 316svkGGG為了有利于形核，最小的為了有利于形核，最小的界面能是最有效的辦法！界面能是最有效的辦法！與母相保持共格界面與母相保持共格界面的

17、晶核容易形成！的晶核容易形成！例如：淬火例如：淬火-時效時效的鋁合金，在轉(zhuǎn)變的初期形成的的鋁合金，在轉(zhuǎn)變的初期形成的GP區(qū)區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶庀鄷r，共格形核多不多見，因為相變驅(qū)動力轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶庀鄷r，共格形核多不多見，因為相變驅(qū)動力GvGv小小vkGr2時效處理：時效處理：附：附： 將淬火后的金屬工件置於室溫或較高溫度下保持適當(dāng)時間，將淬火后的金屬工件置於室溫或較高溫度下保持適當(dāng)時間，以提高金屬強度的金屬熱處理工藝。室溫下進行的時效處理以提高金屬強度的金屬熱處理工藝。室溫下進行的時效處理是自然時效；較高溫度下進行的時效處理是人工時效。是自然時效；較高溫度下進行的時效處理是人工時效。 GP區(qū)：原子偏聚區(qū)區(qū)：

18、原子偏聚區(qū)1938年年A.Guinier和和G. D. Preston各自獨立地發(fā)現(xiàn)各自獨立地發(fā)現(xiàn)Al-Cu合金單晶經(jīng)自合金單晶經(jīng)自然時效后在勞厄照片上出現(xiàn)異常衍射條紋。他們認(rèn)為，這是在基體固溶然時效后在勞厄照片上出現(xiàn)異常衍射條紋。他們認(rèn)為，這是在基體固溶體晶體的體晶體的100面上偏聚一些銅原子，構(gòu)成富銅的蝶形薄片（約含面上偏聚一些銅原子，構(gòu)成富銅的蝶形薄片（約含90%Cu），其厚度為（），其厚度為（36）10-10m，直徑（，直徑（4080）10-10m。為。為紀(jì)念這兩位發(fā)現(xiàn)者，稱紀(jì)念這兩位發(fā)現(xiàn)者，稱Al-Cu合金中這種合金中這種“二維二維”溶質(zhì)原子偏聚區(qū)為溶質(zhì)原子偏聚區(qū)為GP區(qū)。區(qū)?，F(xiàn)在，

19、現(xiàn)在，GP區(qū)已用來稱呼所有合金中預(yù)脫溶的原子偏聚區(qū)?；蛘吒_切地區(qū)已用來稱呼所有合金中預(yù)脫溶的原子偏聚區(qū)?；蛘吒_切地說，說，GP區(qū)是合金中能用區(qū)是合金中能用X射線衍射法測定出的原子偏聚區(qū)。射線衍射法測定出的原子偏聚區(qū)。 2）非均勻形核）非均勻形核非均勻形核時，體系自由能的變化為：非均勻形核時，體系自由能的變化為：dsvGGVAGVG非AAGVGv非vkGr2Gd表示在缺陷處形核系統(tǒng)自由能降低的部分表示在缺陷處形核系統(tǒng)自由能降低的部分非共格形核時，應(yīng)變能可忽略：非共格形核時，應(yīng)變能可忽略：?臨界晶核尺寸：臨界晶核尺寸：2*)cos1)(cos2(21)(SGG均非非均勻形核功與均勻形核功相比，

20、非均勻形核功與均勻形核功相比，降低的程度決定于降低的程度決定于cos應(yīng)變能相比共格狀態(tài)小六、固態(tài)相變的晶體生長六、固態(tài)相變的晶體生長1、擴散控制長大、擴散控制長大 固態(tài)相變產(chǎn)生的新相生長決定于界面的遷移速率，必須在固態(tài)相變產(chǎn)生的新相生長決定于界面的遷移速率，必須在界面上不斷地獲得溶質(zhì)原子的供應(yīng)，要求母相源源不斷地把溶界面上不斷地獲得溶質(zhì)原子的供應(yīng)，要求母相源源不斷地把溶質(zhì)原子輸送到界面上，這種通過長程擴散使新相得以長大的方質(zhì)原子輸送到界面上，這種通過長程擴散使新相得以長大的方式即為式即為擴散控制長大擴散控制長大。新相形成時有成分的變化！新相形成時有成分的變化！XCC0CeLXCC0CevCBC

21、Bx簡化簡化1/201/20 x=()()()2()eeXDtxxxDvxxt新相的長大服從拋物線生長規(guī)律；新相的長大服從拋物線生長規(guī)律；在時間固定的情況下，長大速度正在時間固定的情況下，長大速度正比例于過飽和度；比例于過飽和度；生長速度與時間關(guān)系生長速度與時間關(guān)系exxx002、界面控制長大、界面控制長大 新相生長時，界面遷移速度很慢，母相中溶質(zhì)原子相新相生長時，界面遷移速度很慢，母相中溶質(zhì)原子相對地說，總是能隨時擴散到界面上保證溶質(zhì)原子的供應(yīng)！對地說，總是能隨時擴散到界面上保證溶質(zhì)原子的供應(yīng)！新相的長大最終取決于界面反應(yīng)速度。新相的長大最終取決于界面反應(yīng)速度。擴散控制擴散控制界面控制界面控

22、制擴散控制：擴散控制：C接近于兩接近于兩相在界面上相在界面上的平衡濃度，的平衡濃度，從界面到母從界面到母相始終保持相始終保持著較大的濃著較大的濃度梯度度梯度界面控制：界面控制：C很接近合很接近合金的平均成金的平均成分分C0七、擴散型相變七、擴散型相變 擴散型相變擴散型相變：在形核與長大的各個階段都需要通過原：在形核與長大的各個階段都需要通過原子的擴散過程來實現(xiàn)，原子需要被熱激活后克服能壘障礙子的擴散過程來實現(xiàn)，原子需要被熱激活后克服能壘障礙才能進入新相。相變時，相界面的移動是通過原子近程或才能進入新相。相變時，相界面的移動是通過原子近程或遠程擴散而進行。遠程擴散而進行。只有當(dāng)溫度足夠高時，原子

23、活動能力足夠強時，才能發(fā)生擴散型相變！只有當(dāng)溫度足夠高時，原子活動能力足夠強時，才能發(fā)生擴散型相變！如：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、脫溶性轉(zhuǎn)變、共析型轉(zhuǎn)變、調(diào)幅分解等如：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、脫溶性轉(zhuǎn)變、共析型轉(zhuǎn)變、調(diào)幅分解等平衡脫溶沉淀平衡脫溶沉淀在緩慢冷卻下，由過飽和固溶體中析出過剩相的過程。在緩慢冷卻下，由過飽和固溶體中析出過剩相的過程。特點：母相特點：母相不消失，但隨著新相不消失，但隨著新相析出，母相的成分析出，母相的成分和體積分?jǐn)?shù)不斷變化，新相的結(jié)構(gòu)和成分與舊相不同，和體積分?jǐn)?shù)不斷變化，新相的結(jié)構(gòu)和成分與舊相不同，且新相的成分一般也發(fā)生變化。且新相的成分一般也發(fā)生變化。調(diào)幅分解調(diào)幅分解 某些過飽和固溶體，

24、由于某些過飽和固溶體，由于成分漲落所造成成分漲落所造成的熱力學(xué)不的熱力學(xué)不穩(wěn)定性而產(chǎn)生的一種擴散型相變，它的特點是不存在形核穩(wěn)定性而產(chǎn)生的一種擴散型相變，它的特點是不存在形核勢壘，因而分解速度很快，新相的整個形成過程是連續(xù)不勢壘，因而分解速度很快，新相的整個形成過程是連續(xù)不斷的，新舊兩相完全共格，在開始階段兩相點陣連續(xù)，沒斷的，新舊兩相完全共格，在開始階段兩相點陣連續(xù)，沒有明顯的界面！有明顯的界面！ 在轉(zhuǎn)變初期，形成的兩個微區(qū)之間并無明顯的界面和成分突變，在轉(zhuǎn)變初期，形成的兩個微區(qū)之間并無明顯的界面和成分突變，但是通過但是通過上坡擴散上坡擴散最終使原來的均勻固溶體變成不均勻固溶體。最終使原來的

25、均勻固溶體變成不均勻固溶體。八、無擴散相變八、無擴散相變馬氏體轉(zhuǎn)變的發(fā)展過程馬氏體轉(zhuǎn)變的發(fā)展過程 早在戰(zhàn)國時代人們已經(jīng)知道可以用淬火早在戰(zhàn)國時代人們已經(jīng)知道可以用淬火(即將鋼加熱到高溫即將鋼加熱到高溫后淬入水或油中急冷后淬入水或油中急冷) 的方法可以提高鋼的硬度，經(jīng)過淬火的的方法可以提高鋼的硬度，經(jīng)過淬火的鋼制寶劍可以鋼制寶劍可以“削鐵如泥削鐵如泥”。 十九世紀(jì)未期，人們才知道鋼在十九世紀(jì)未期，人們才知道鋼在“加熱和冷卻加熱和冷卻” 過程中內(nèi)部過程中內(nèi)部相組成發(fā)生了變化，從而引起了鋼的性能的變化。為了紀(jì)念在相組成發(fā)生了變化，從而引起了鋼的性能的變化。為了紀(jì)念在這一發(fā)展過程中做出杰出貢獻的德國冶

26、金學(xué)家這一發(fā)展過程中做出杰出貢獻的德國冶金學(xué)家Adolph Martens，法國著名的冶金學(xué)家法國著名的冶金學(xué)家Osmond建議將鋼經(jīng)淬火所得高硬度相稱為建議將鋼經(jīng)淬火所得高硬度相稱為“馬氏體馬氏體”，并因此將得到馬氏體相的轉(zhuǎn)變過程稱為并因此將得到馬氏體相的轉(zhuǎn)變過程稱為馬氏體轉(zhuǎn)變。馬氏體轉(zhuǎn)變。 Martensite M馬氏體馬氏體馬氏體相變馬氏體相變 十九世紀(jì)未到二十世紀(jì)初主要局限于研究鋼中的馬氏體轉(zhuǎn)變十九世紀(jì)未到二十世紀(jì)初主要局限于研究鋼中的馬氏體轉(zhuǎn)變及轉(zhuǎn)變所得產(chǎn)物及轉(zhuǎn)變所得產(chǎn)物馬氏體。馬氏體。 二十世紀(jì)三十年代，人們用二十世紀(jì)三十年代，人們用X射線結(jié)構(gòu)分析的方法測得鋼中射線結(jié)構(gòu)分析的方法測

27、得鋼中馬氏體是碳溶于馬氏體是碳溶于-Fe而形成的過飽和固溶體，而形成的過飽和固溶體，馬氏體中的固溶碳馬氏體中的固溶碳即原奧氏體中的固溶碳，即原奧氏體中的固溶碳，因此，曾一度認(rèn)為因此，曾一度認(rèn)為“所謂馬氏體即碳在所謂馬氏體即碳在Fe中的過飽和固溶中的過飽和固溶”。 曾經(jīng)有人認(rèn)為曾經(jīng)有人認(rèn)為“馬氏體轉(zhuǎn)變與其它轉(zhuǎn)變不同，是一個由快冷造馬氏體轉(zhuǎn)變與其它轉(zhuǎn)變不同，是一個由快冷造成的內(nèi)應(yīng)力場所引起的切變過程成的內(nèi)應(yīng)力場所引起的切變過程” 。 四十年代前后，在四十年代前后，在FeNi、FeMn合金以及許多有色金屬合金以及許多有色金屬及合金中也發(fā)現(xiàn)了馬氏體轉(zhuǎn)變。不僅觀察到冷卻過程中發(fā)生的馬及合金中也發(fā)現(xiàn)了馬氏

28、體轉(zhuǎn)變。不僅觀察到冷卻過程中發(fā)生的馬氏體轉(zhuǎn)變；同時也觀察到了在加熱過程中所發(fā)生的馬氏體轉(zhuǎn)變。氏體轉(zhuǎn)變；同時也觀察到了在加熱過程中所發(fā)生的馬氏體轉(zhuǎn)變。由于這一新的發(fā)現(xiàn)，人們不得不把馬氏體的定義修定為：由于這一新的發(fā)現(xiàn)，人們不得不把馬氏體的定義修定為：“ 在冷在冷卻過程中所發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變所得產(chǎn)物統(tǒng)稱為馬氏體卻過程中所發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變所得產(chǎn)物統(tǒng)稱為馬氏體 ”。 近年來，由于實驗技術(shù)的近年來，由于實驗技術(shù)的進一步發(fā)展，使人們對馬氏體進一步發(fā)展，使人們對馬氏體的結(jié)構(gòu)以及馬轉(zhuǎn)變的特征又有的結(jié)構(gòu)以及馬轉(zhuǎn)變的特征又有了進一步的了解，對許多現(xiàn)象了進一步的了解，對許多現(xiàn)象的認(rèn)識也有了很大的進步，并的認(rèn)識也有了很大的

29、進步，并因此而推動了熱處理新工藝及因此而推動了熱處理新工藝及新材料的發(fā)展，新材料的發(fā)展，其中最為膾炙其中最為膾炙人口的是在熱彈性馬氏體基礎(chǔ)人口的是在熱彈性馬氏體基礎(chǔ)上發(fā)展起來的形狀記憶合金。上發(fā)展起來的形狀記憶合金。1）是一種無擴散的相變）是一種無擴散的相變 馬氏體轉(zhuǎn)變只有點陣改組而無成分變化，轉(zhuǎn)變時原子做馬氏體轉(zhuǎn)變只有點陣改組而無成分變化，轉(zhuǎn)變時原子做有規(guī)律的整體遷移，每個原子移動的距離不超過一個原子間有規(guī)律的整體遷移，每個原子移動的距離不超過一個原子間距，且原子之間的相對位置不發(fā)生變化。距，且原子之間的相對位置不發(fā)生變化。 1、一些具有有序結(jié)構(gòu)的合金發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變后有序結(jié)構(gòu)、一些具有有序結(jié)

30、構(gòu)的合金發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變后有序結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化；不發(fā)生變化； 2、Fe-C合金奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變后，合金奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變后，C原子的間隙位原子的間隙位置保持不變；置保持不變； 3、馬氏體轉(zhuǎn)變可以在相當(dāng)?shù)偷臏囟确秶鷥?nèi)進行，且轉(zhuǎn)、馬氏體轉(zhuǎn)變可以在相當(dāng)?shù)偷臏囟确秶鷥?nèi)進行，且轉(zhuǎn)變速度極快。例如：變速度極快。例如：Fe-C、Fe-Ni合金，在合金，在-20-196之間一之間一片馬氏體形成的時間約片馬氏體形成的時間約510-5510-7 秒。秒。是非熱的現(xiàn)象，可以在很低的溫度下發(fā)生，即原子不是靠熱運動進入新相；是非熱的現(xiàn)象，可以在很低的溫度下發(fā)生，即原子不是靠熱運動進入新相；軍隊式的轉(zhuǎn)變軍隊式的轉(zhuǎn)變（一排原

31、子可以有很大位移，但相鄰原子的相對位移很?。ㄒ慌旁涌梢杂泻艽笪灰?，但相鄰原子的相對位移很?。┬孪嗯c母相的成分完全相同新相與母相的成分完全相同（但是不可以把成分不轉(zhuǎn)變的擴散都稱（但是不可以把成分不轉(zhuǎn)變的擴散都稱為無擴散）為無擴散）不能以非基本的擴散來否定基本的無擴散實質(zhì)不能以非基本的擴散來否定基本的無擴散實質(zhì)非基本擴散非基本擴散：馬氏體相變過程中伴生或附加有的擴散現(xiàn)象：馬氏體相變過程中伴生或附加有的擴散現(xiàn)象例如，低碳鋼在快速淬火后得到低碳馬氏體例如，低碳鋼在快速淬火后得到低碳馬氏體還需注意還需注意2）是一種發(fā)生均勻點陣變形的轉(zhuǎn)變）是一種發(fā)生均勻點陣變形的轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變必需要產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變必需

32、要產(chǎn)生 均勻的點陣變形，產(chǎn)生較大的形狀變化！均勻的點陣變形，產(chǎn)生較大的形狀變化！對馬氏體的精確定義應(yīng)該包含四個方面：對馬氏體的精確定義應(yīng)該包含四個方面：無擴散的無擴散的點陣畸變式；點陣畸變式；以切變分量為主；以切變分量為主；動力學(xué)和形態(tài)是受應(yīng)變能控制的。動力學(xué)和形態(tài)是受應(yīng)變能控制的。 只有同時符合這四個條件才能稱之為馬氏體相變，否則可能只有同時符合這四個條件才能稱之為馬氏體相變，否則可能是無擴散相變，但不是馬氏體相變是無擴散相變，但不是馬氏體相變!3）存在一個無畸變面（均勻點陣變形）存在一個無畸變面（均勻點陣變形）相變前后該面既無畸變也無轉(zhuǎn)動，面上的原子間距不變。相變前后該面既無畸變也無轉(zhuǎn)動，面上的原子間距不變。慣習(xí)面慣習(xí)面母相母相母相母相母相母相正常馬氏體相變結(jié)果正常馬氏體相變結(jié)果界面失去共格界面失去共格母材有彈性畸變母材有彈性畸變 在馬氏體轉(zhuǎn)變部分原先是直線的仍舊轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€，原先是平在馬氏體轉(zhuǎn)變部分原先是直線的仍舊轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€，原先是平面的仍舊轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫?！面?/p>