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第9章 相 变

              9.3 固态相变(6)

   2 马氏体型相变
    马氏体(Martensite)是钢在淬火时得到的一种高硬度产物的名称,马氏体转变是固态相变的基本形式之一。马氏体转变发生在很大的过冷情况下,转变速率极高,原子间的相邻关系保持不变,故称作切变型无扩散相变,即“协同型”转变。在过去几十年的研究中,人们发现在一些超导体、纯金属(Zr,Li,Co)、有色金属(如Ni-Ti, Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni等)、聚合物、陶瓷(ZrO2)和生物材料中也有马氏体相变。现已把材料中具有这种特性转变过程通称为马氏体转变。这种转变在热力学和动力学上都有其特点,但最重要的特征体现在结晶学上。

    马氏体转变与相变孪生有相似之处。当一片马氏体与基体的自由表面交截时,表面会产生浮凸,如图9-16所示,这是马氏体转变的重要特征。若在任意截取的抛光表面上划一直线标记,这一直线在相变时的变形可能有三种情况,见图9-17。图中(a)是经常能观察到的,而图(b)和图(c)未能观察到。由直线标记观察结果可知,在相界面处划痕改变方向,但仍然保持连续,而不发生弯曲。由此可以肯定,母相中任一直线在转变后仍为直线,平面仍保持为平面,这种性质反映了转变产生的形变是均匀的。产生一个具有不变平面的均匀形变的应变为不变平面应变,这种类型的应变中,任一点的位移与该点距离此不变平面(惯习面)的距离成正比,孪生变形的简单切变就是不变平面应变的简单例子。而马氏体转变涉及到更为复杂的不变平面应变,见图9-18。它的位移与不变平面成一定角度,可把它分解成为一个简单切变叠加上一个垂直于不变平面的单向拉伸和压缩。
    ZrO2基陶瓷中的t-m转变也是马氏体相变,四方相到单斜相是通过无扩散剪切变形实现的,这种马氏体相变具有前述马氏体相变的一般特征,其晶体学位向关系为(100)m∥(110)t,[010]m∥[001]t
3有序-无序相变
    某些合金在高温状态时溶质、溶剂原子在点阵中无规分布,而在低温时会出现有序分布,溶质、溶剂原子各自分布在特定的点阵位置上。由无序状态变到有序状态是一个原子交换位置的过程,被称为有序化转变。有序化的推动力是固溶体中原子混合能参量Em, 即要求
                                 (9-49)
式中:EAB、EAA、EBB分别表示AB、AA、BB原子间的交互作用能。
    要达到稳定的有序化,必须是异类原子间的吸引力大于同类原子原子间的吸引力,以便降低系统的自由能。有序化的阻力是组态熵,升温使其对自由能下降的贡献(-T△S)增加,当达到某个临界温度以后,紊乱无序的固溶体更为稳定, 有序固溶体消失。
    具有短程有序的固溶体,当其成分接近于一定的原子比且从高温缓冷至某一临界温度以下时,两种原子就可能在大范围内呈规则排列,亦即转变为长程有序结构。这便是有序固溶体。有序固溶体在X射线衍射图上会出现附加的线条,称为超结构,见图9-19。所以有序固溶体又称为超结构或超点阵。
 (本节完)

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