高碳钢马氏体正方度的演变机制研究

Tetragonality, as a unique characteristic of martensite in carbon steels and high carbon alloys steels, is closely associated with the mechanism of martensitic transformation and with the mechanical behavior of the martensite. According to the traditional physics model for tetragonality, the interstitial carbon atoms fall preferentially into one octahedral sublattice of bcc Fe, leading to the change of bcc to bct lattice and emerging tetragonality of martensite. Our recent preliminary investigation indicated that the martensite by quenching high carbon steel possesses significant tetragonality, in contrast to nontetragonality of the martensite formed in the same steel by strain or strain. This finding raise the our concerns for revisiting the origin for the tetragonality of martensite. In order to clarify the mechanism for the different structures of martensites with bcc and bct, intensive studies will be made of the structural features and mechanical behavior of bcc and bct martensites in high carbon steel and high carbon alloy steels. By the present study, we attempt to elucidate the mechanism for different structure of martensite formed by quenching and by stress or strain, deepening the research of martensitic transformation and laying foundation for understanding the mechanism of martensitic transformation in carbon steels.

正方度是碳钢及含碳合金钢马氏体组织的重要结构特征，并与马氏体相变的物理机制及马氏体的力学行为密切相关。根据传统的物理模型，马氏体相变过程中碳原子在体心立方晶格八面体间隙的择优分布，导致铁素体的体心立方晶格畸变体心正方结构，从而使得马氏体呈现正方度。但是我们最近的实验结果表明，高碳奥氏体经淬火形成的马氏体具有显著的正方度，而同一奥氏体在应力或应变作用下形成的马氏体则为体心立方结构，这促使我们对马氏体正方度的形成及演变机制进行再思考。本研究拟以高碳钢和高碳合金钢为对象，通过淬火和应力或应变诱发马氏体相变，深入研究高碳马氏体的体心立方及体心正方结构的形成、演变及其力学性质，揭示高碳钢的热致马氏体和应力或应变诱发马氏体具有不同正方度的物理机制，阐明体心立方及体心正方结构马氏体的形成与马氏体相变机制的关联性，深化马氏体相变学术研究，为理解钢中马氏体相变的物理机制奠定基础。

正方度是碳钢及含碳合金钢马氏体组织的重要结构特征，并与马氏体相变的物理机制及马氏体的力学行为密切相关。传统物理模型认为马氏体的正方度来自碳原子在体心立方晶格八面体间隙的择优分布。本项目的实验结果表明，高碳奥氏体经淬火形成的马氏体具有显著的正方度，而同一奥氏体在应力或应变作用下形成的马氏体则为体心立方结构。为了深入研究碳钢中马氏体正方度的形成机制及其与马氏体变的本质联系，本研究根据合金元素(C和Ni等)对钢铁中马氏体相变的影响规律，设计制备了具有不同马氏体相变开始温度(奥氏体具有不同稳定性)的高碳钢和高碳合金钢，并在此基础上表征了热致马氏体及应力和应变诱发马氏体的相变特征、晶体结构和亚结构特征，深入研究了应力作用下热致马氏体的正方度演变规律，确定了淬火马氏体和应力诱发马氏体的正方度与马氏体相变机制的关联性，揭示了体心立方和体心正方结构马氏体的形成机理；研究了淬火和应变条件下的形成的不同结构(体心立方和体心正方)马氏体的力学性质，阐明了马氏体的结构与力学性质的相关性；结合前人关于碳钢马氏体正方度的理论研究成果，如间隙碳原子的弹性相互作用以及碳原子有序-无序转变的物理机制，研究了并揭示了体心正方和体心立方马氏体的晶体结构及其演变与马氏体相变机制的本质联系，为进一步理解碳钢马氏体相变的微观机理奠定了理论基础。