新型铁磁马氏体相变材料研究取得新进展(钢中的回火转变之马氏体的分解)

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本文导读目录：

1、新型铁磁马氏体相变材料研究取得新进展

2、钢中的回火转变之马氏体的分解

3、马氏体时效钢的特性与应用

新型铁磁马氏体相变材料研究取得新进展

　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）磁学国家重点实验室吴光恒研究组多年致力于磁性马氏体相变材料的探索和物性研究，先后发现了3种Heusler型铁磁形状记忆合金体系，并在其中多种材料中实现了磁驱相变。

　　最近，该研究组基于以往研究积累，在六角结构MM'X合金（M和M'为两种磁性过渡金属，X为主族元素）中，以新的思路和材料设计方法，获得了一种在宽温域内结构相变强制顺磁-铁磁转变的新材料体系。

　　更宽的温度窗口，意味着材料适用于更多的应用场合。

　　为了进一步拓宽居里温度窗口，他们选择了高温相居里温度和马氏体相奈尔温度相隔140K的MM'X合金MnNiGe。

　　但是，在这个体系中获得大M必须同时解决三个问题：调控相变进入温度窗口，将马氏体相的反铁磁态转变成铁磁态，以及降低高温相的居里温度以最大限度地扩宽温度窗口。

　　由于上述原子空位的方法不能满足这样复杂的要求，他们采用了巧妙的等结构合金化方法：将MnFeGe和FeNiGe两种等结构体分别同MnNiGe合金化，合成了MnNi1-xFexGe和Mn1-xFexNiGe两种材料体系。

　　利用含铁合金高温相无相变的特点调制MnNiGe母合金的相稳定性，把马氏体相变调控至温度窗口区间。

　　而磁性Fe原子对零磁矩Ni和磁性Mn的分别替代也同步地将马氏体的螺旋反铁磁态转变为铁磁态。

　　而在Mn1-xFexNiGe体系中，利用了FeNiGe的顺磁性将窗口宽度进一步从90K扩大到280K，在其中实现了马氏体结构相变与磁相变的稳定耦合，获得了顺磁高温相向强铁磁马氏体相的转变（60emu/g），实验观察到了宽温域内连续可调的磁驱动马氏体相变和大磁热效应。

　　这种顺磁-铁磁型马氏体相变避免了以往铁磁-顺磁（反铁磁）型相变中所表现出的热效应抵消行为，更有利于磁制冷的实际应用。

　　这一研究工作提出了以居里温度窗口调控相变的新思路，采用单一而有效的等结构合金化方法，同步实现了材料设计的多个目标，获得了具有优异性能的新型铁磁马氏体相变材料。

　　在350K至液氮温度（70K）这一居里温度窗口内，新材料所表现出的相变相关的低热滞后、窄转变温区、强磁转换、磁驱动效应等特性，使之在磁驱动形状记忆、应力-磁性复合传感器、热磁发电等领域具有潜在的应用可能，而其大磁热效应及同号的晶格熵变和磁熵变特性也使得这种Mn基非稀土合金成为固态磁制冷技术的候选体系。

　　该结果已于近期发表在《自然-通讯【NatureCommunications3,873(2012)】杂志上。

　　图1.基于居里温度窗口的铁磁马氏体相变设计思路示意图。

　　图2.MnNi1-xFexGe（a）和Mn1-xFexNiGe（b）体系的相图和相应的相变热滞（c,d）。

　　图3.MnNi1-xFexGe体系在超宽居里温度窗口内的可调磁共结构耦合相变。

　　图4.MnNi0.77Fe0.23Ge（a,c）和Mn0.82Fe0.18NiGe（b,d）体系的磁驱动马氏体相变（a,b）和大磁熵变（c,d）。

钢中的回火转变之马氏体的分解

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　　1、1钢中的回火转变之马氏体的分解这是一个什么过程呢。

　　（课本）“回火温度在80250之间，富集区的碳原子将发生有序化，继而转变为碳化物而析出，即马氏体发生分解。

　　2一.高碳马氏体的分解高碳马氏体的分解，有碳化物的析出。

　　在回火温度低于125时，会出现双相分解的情况。

　　3双相分解理论的提出：1：在温度较低时，碳化物的扩散难以被激活，不能作远距离扩散，因此高碳区和低碳区之间的浓度差不易消失，已析出的碳化物就不能继续长大；最后大概会是什么样子。

　　1：双相分解4双向分解过程，会持续至高碳区消失。

　　2、不高时会有两个正方度正方度，而正方度又和点阵中的碳的含量有关，因此就说明了此时马氏体有两种不同的组成；（亮点是绿色框中的数据）62：单相分解与双相分解相比，单相分解的不同点在于：温度更高的情况下，碳原子能够长程扩散，因此已析出的碳化物可以从较远区域获得碳原子而长大，相中的碳浓度梯度也会因此而消除，也就是单相分解。

　　7在分解过程中，不再存在两种不同碳含量的相，其碳含量和正方度不断下降，当温度达到300时，正方度c/a接近1。

　　此时相中的碳含量已基本接近平衡状态，马氏体脱溶分解过程基本上结束。

　　个人感觉，双向分解时马氏体中碳化物的长大被抑制了，因此双向分解时马氏体的形核更多，更可能获得分布均匀、细腻。

　　3、的碳化物，或许性能也会更好8二.低碳、中碳马氏体的分解低碳马氏体与高碳马氏体相比，其更不容易析出碳化物，其碳原子在时几乎完全偏聚在位错线附近(生成位错气团）。

　　回火温度高于200时，才有可能析出碳化物（直接析出平衡相渗碳体）。

　　中碳马氏体则是兼有低碳马氏体和高碳马氏体分解的特征。

　　（中碳马氏体在200以下回火时，形成碳原子的位错气团和弘津气团【由于晶格弹性应力场的非对称性导致的偏聚】，在摄氏度之间形成碳化物）9由此图可以看出，相对低碳马氏体而言，高碳马氏体的分解更早开始，且在高于大约125时它们的马氏体中的碳含量一致。

　　这或许是因为在高于这个温度后碳原子可以长程扩散，使得平。

　　10总结对于钢中的回火转变，马氏体分解是回火第一阶段转变(T1)，发生在80250之间；这一阶段以碳化物的析出为开始的标志，在完全获得立方马氏体以及亚稳的碳化物后结束；马氏体的分解，是一个“脱溶”过程；11总结温度对于分解过程的影响，主要体现在影响碳原子的扩散能力以及改变马氏体中碳原子的平衡浓度两方面；马氏体中的碳原子含量越高，马氏体的过饱和程度越高，碳化物的析出就更容易.就是这样。

　　12疑惑有一本书上说双相分解是不会有的它说，在100下，马氏体中只有碳原子偏聚团，尚未析出碳化物；碳化物开始析出时，碳原子已经可以远程扩散。

　　因此双向分解是一个错误的、不会存在的东西。

　　13疑惑另一本书上说生成的不是碳化物，而是碳化物“过渡相碳化物是20世纪50年代初测定的，直到70年代人们也未加怀疑。

　　后来认为Fe2.4C就是Fe2C，出现争论，目前尚不能得出确切结论”谢谢大家。

马氏体时效钢的特性与应用

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　　1、马氏体时效钢的特性与应用18%Ni马氏体时效钢属于铁基合金，具有极高的强度同时而又不失好的延展性。

　　铁的基体与以高含量镍为主进行合金化，获得非常特殊的热处理材料。

　　同时也加入其它合金元素如钼、铝、铜和钛，这些元素形成金属间析出物。

　　钴也添加到合金中去，加入量最多达到12%，用于加速析出反应并保证获得大量、均匀的析出物。

　　马氏体时效钢本质上说是不含碳的，这是区别该钢与大多数其他类型钢种最明显的特征。

　　马氏体时效钢性能特点为：室温下具有超高强度简单热处理，保证最小的热处理变形与处于同一强度水平的淬火钢相比具有优异的疲劳韧性低碳含量，从而消除脱碳问题截面尺寸是硬化过程中一个重要的影响因素易于加。

　　2、工好的焊接性能具有高强度与高韧性易切削加工，低的加工变形量热处理过程中收缩均匀稳定易渗氮具有好的抗腐蚀与裂纹扩展能力抛光光洁度高这些特性说明马氏体时效钢能被用作轴，长而细的渗碳或渗氮部件以及冲击疲劳环境下工作的零件，如打印头或离合器等。

　　马氏体时效钢的回火处理回火作为一种热处理工艺从中世纪时代就开始应用，用于淬火马氏体合金的处理。

　　而目前回火工艺仅用于对钢进行处理，因为钢占所有马氏体硬化合金中的绝大多数。

　　马氏体时效钢是不含碳的Fe-Ni合金，并添加了钴、钼、钛与其它一些元素。

　　典型的钢种如铁基中含17%19%Ni，7%9%Co，4.5%5%Mo和0.6%0.9%Ti。

　　在回火过程中，由于合金元素在马氏体中过饱和，从而从马氏体中沉淀析出形成金属间析出物，导致强的沉淀强化效果。

　　根据铝、铜以及其它非铁合金的沉淀强化类推，可将该工艺过程称作时效处理。

　　并且由于最初的组织为马氏体，因此该类钢被称作马氏体时效钢。

　　商业化马氏体时效钢在最大的硬化处理阶段，组织中可含有部分中间过渡亚温相Ni3Mo与Ni3Ti的共生析出物。

　　Ni3Ti相类似于碳钢中的六边形-碳化物。

　　在马氏体时效钢中，这些中间过渡金属间析出物颗粒由于在位错处析出，因而分布极其弥散，这一组织特点具有特别的实际应用价值。

　　马氏体时效钢的组织具有高密度位错，在板条（非孪生）。

　　4、马氏体中，位错密度达到/cm2数量级，也就是与强应变硬化金属处于同一范围。

　　在这方面，马氏体时效钢（硬化态）的亚结构明显不同于铝、铜和其它合金，它们在淬火时不会出现多态性变化。

　　假设马氏体时效钢在回火过程中，中间相的析出是由于合金元素的原子在位错线上的偏聚，则在位错上形成的产物可以作为合金元素在过饱和马氏体中的富集分层。

　　马氏体时效钢在马氏体转变过程中形成的位错结构，在随后的加热过程中保持非常稳定，实际上在回火温度范围内（）未发生变化。

　　在整个的回火过程中，出现如此高密度的位错，很可能在很大程度上是由于弥散分布的析出物钉扎住位错。

　　5、火时间可能会导致析出物粗化，并增大颗粒间距，而位错密度同时也在下降。

　　在长的保温时间下，就不出现半共生的中间过渡金属间析出物，取而代之的是稳定相如Fe2Ni或Fe2Mo形成的粗大共生析出物。

　　将回火温度提高到超过500，马氏体时效钢可能会发生马氏体向奥氏体分解转变，于是在奥氏体形成的过程中出现金属间化合物的溶解。

　　马氏体时效钢的性能特征和所有析出强化合金一样，马氏体时效钢的力学性能与回火温度有关，即强度增加到峰值后，发生软化过程。

　　根据时效的概念类推，在回火过程中，硬化与软化回火过程可能独立进行。

　　硬化效应是由在位错处形成偏聚而引起的，而中间过渡相如Ni3Mo与Ni3Ti形成的部分共生析出物对硬。

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