新型鐵磁馬氏體相變材料研究取得新進展(鋼中的回火轉變之馬氏體的分解)
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新型鐵磁馬氏體相變材料研究取得新進展
中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）磁學國家重點實驗室吳光恒研究組多年致力于磁性馬氏體相變材料的探索和物性研究，先后發現了3種Heusler型鐵磁形狀記憶合金體系，并在其中多種材料中實現了磁驅相變。
最近，該研究組基于以往研究積累，在六角結構MM'X合金（M和M'為兩種磁性過渡金屬，X為主族元素）中，以新的思路和材料設計方法，獲得了一種在寬溫域內結構相變強制順磁-鐵磁轉變的新材料體系。
更寬的溫度窗口，意味著材料適用于更多的應用場合。
為了進一步拓寬居里溫度窗口，他們選擇了高溫相居里溫度和馬氏體相奈爾溫度相隔140K的MM'X合金MnNiGe。
但是，在這個體系中獲得大M必須同時解決三個問題：調控相變進入溫度窗口，將馬氏體相的反鐵磁態轉變成鐵磁態，以及降低高溫相的居里溫度以最大限度地擴寬溫度窗口。
由于上述原子空位的方法不能滿足這樣復雜的要求，他們采用了巧妙的等結構合金化方法：將MnFeGe和FeNiGe兩種等結構體分別同MnNiGe合金化，合成了MnNi1-xFexGe和Mn1-xFexNiGe兩種材料體系。
利用含鐵合金高溫相無相變的特點調制MnNiGe母合金的相穩定性，把馬氏體相變調控至溫度窗口區間。
而磁性Fe原子對零磁矩Ni和磁性Mn的分別替代也同步地將馬氏體的螺旋反鐵磁態轉變為鐵磁態。
而在Mn1-xFexNiGe體系中，利用了FeNiGe的順磁性將窗口寬度進一步從90K擴大到280K，在其中實現了馬氏體結構相變與磁相變的穩定耦合，獲得了順磁高溫相向強鐵磁馬氏體相的轉變（60emu/g），實驗觀察到了寬溫域內連續可調的磁驅動馬氏體相變和大磁熱效應。
這種順磁-鐵磁型馬氏體相變避免了以往鐵磁-順磁（反鐵磁）型相變中所表現出的熱效應抵消行為，更有利于磁制冷的實際應用。
這一研究工作提出了以居里溫度窗口調控相變的新思路，采用單一而有效的等結構合金化方法，同步實現了材料設計的多個目標，獲得了具有優異性能的新型鐵磁馬氏體相變材料。
在350K至液氮溫度（70K）這一居里溫度窗口內，新材料所表現出的相變相關的低熱滯后、窄轉變溫區、強磁轉換、磁驅動效應等特性，使之在磁驅動形狀記憶、應力-磁性復合傳感器、熱磁發電等領域具有潛在的應用可能，而其大磁熱效應及同號的晶格熵變和磁熵變特性也使得這種Mn基非稀土合金成為固態磁制冷技術的候選體系。
該結果已于近期發表在《自然-通訊【NatureCommunications3,873(2012)】雜志上。
圖1.基于居里溫度窗口的鐵磁馬氏體相變設計思路示意圖。
圖2.MnNi1-xFexGe（a）和Mn1-xFexNiGe（b）體系的相圖和相應的相變熱滯（c,d）。
圖3.MnNi1-xFexGe體系在超寬居里溫度窗口內的可調磁共結構耦合相變。
圖4.MnNi0.77Fe0.23Ge（a,c）和Mn0.82Fe0.18NiGe（b,d）體系的磁驅動馬氏體相變（a,b）和大磁熵變（c,d）。
鋼中的回火轉變之馬氏體的分解
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1、1鋼中的回火轉變之馬氏體的分解這是一個什么過程呢。
（課本）“回火溫度在80250之間，富集區的碳原子將發生有序化，繼而轉變為碳化物而析出，即馬氏體發生分解。
2一.高碳馬氏體的分解高碳馬氏體的分解，有碳化物的析出。
在回火溫度低于125時，會出現雙相分解的情況。
3雙相分解理論的提出：1：在溫度較低時，碳化物的擴散難以被激活，不能作遠距離擴散，因此高碳區和低碳區之間的濃度差不易消失，已析出的碳化物就不能繼續長大；最后大概會是什么樣子。
1：雙相分解4雙向分解過程，會持續至高碳區消失。
2、不高時會有兩個正方度正方度，而正方度又和點陣中的碳的含量有關，因此就說明了此時馬氏體有兩種不同的組成；（亮點是綠色框中的數據）62：單相分解與雙相分解相比，單相分解的不同點在于：溫度更高的情況下，碳原子能夠長程擴散，因此已析出的碳化物可以從較遠區域獲得碳原子而長大，相中的碳濃度梯度也會因此而消除，也就是單相分解。
7在分解過程中，不再存在兩種不同碳含量的相，其碳含量和正方度不斷下降，當溫度達到300時，正方度c/a接近1。
此時相中的碳含量已基本接近平衡狀態，馬氏體脫溶分解過程基本上結束。
個人感覺，雙向分解時馬氏體中碳化物的長大被抑制了，因此雙向分解時馬氏體的形核更多，更可能獲得分布均勻、細膩。
3、的碳化物，或許性能也會更好8二.低碳、中碳馬氏體的分解低碳馬氏體與高碳馬氏體相比，其更不容易析出碳化物，其碳原子在時幾乎完全偏聚在位錯線附近(生成位錯氣團）。
回火溫度高于200時，才有可能析出碳化物（直接析出平衡相滲碳體）。
中碳馬氏體則是兼有低碳馬氏體和高碳馬氏體分解的特征。
（中碳馬氏體在200以下回火時，形成碳原子的位錯氣團和弘津氣團【由于晶格彈性應力場的非對稱性導致的偏聚】，在攝氏度之間形成碳化物）9由此圖可以看出，相對低碳馬氏體而言，高碳馬氏體的分解更早開始，且在高于大約125時它們的馬氏體中的碳含量一致。
這或許是因為在高于這個溫度后碳原子可以長程擴散，使得平。
10總結對于鋼中的回火轉變，馬氏體分解是回火第一階段轉變(T1)，發生在80250之間；這一階段以碳化物的析出為開始的標志，在完全獲得立方馬氏體以及亞穩的碳化物后結束；馬氏體的分解，是一個“脫溶”過程；11總結溫度對于分解過程的影響，主要體現在影響碳原子的擴散能力以及改變馬氏體中碳原子的平衡濃度兩方面；馬氏體中的碳原子含量越高，馬氏體的過飽和程度越高，碳化物的析出就更容易.就是這樣。
12疑惑有一本書上說雙相分解是不會有的它說，在100下，馬氏體中只有碳原子偏聚團，尚未析出碳化物；碳化物開始析出時，碳原子已經可以遠程擴散。
因此雙向分解是一個錯誤的、不會存在的東西。
13疑惑另一本書上說生成的不是碳化物，而是碳化物“過渡相碳化物是20世紀50年代初測定的，直到70年代人們也未加懷疑。
后來認為Fe2.4C就是Fe2C，出現爭論，目前尚不能得出確切結論”謝謝大家。
馬氏體時效鋼的特性與應用
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1、馬氏體時效鋼的特性與應用18%Ni馬氏體時效鋼屬于鐵基合金，具有極高的強度同時而又不失好的延展性。
鐵的基體與以高含量鎳為主進行合金化，獲得非常特殊的熱處理材料。
同時也加入其它合金元素如鉬、鋁、銅和鈦，這些元素形成金屬間析出物。
鈷也添加到合金中去，加入量最多達到12%，用于加速析出反應并保證獲得大量、均勻的析出物。
馬氏體時效鋼本質上說是不含碳的，這是區別該鋼與大多數其他類型鋼種最明顯的特征。
馬氏體時效鋼性能特點為：室溫下具有超高強度簡單熱處理，保證最小的熱處理變形與處于同一強度水平的淬火鋼相比具有優異的疲勞韌性低碳含量，從而消除脫碳問題截面尺寸是硬化過程中一個重要的影響因素易于加。
2、工好的焊接性能具有高強度與高韌性易切削加工，低的加工變形量熱處理過程中收縮均勻穩定易滲氮具有好的抗腐蝕與裂紋擴展能力拋光光潔度高這些特性說明馬氏體時效鋼能被用作軸，長而細的滲碳或滲氮部件以及沖擊疲勞環境下工作的零件，如打印頭或離合器等。
馬氏體時效鋼的回火處理回火作為一種熱處理工藝從中世紀時代就開始應用，用于淬火馬氏體合金的處理。
而目前回火工藝僅用于對鋼進行處理，因為鋼占所有馬氏體硬化合金中的絕大多數。
馬氏體時效鋼是不含碳的Fe-Ni合金，并添加了鈷、鉬、鈦與其它一些元素。
典型的鋼種如鐵基中含17%19%Ni，7%9%Co，4.5%5%Mo和0.6%0.9%Ti。
在回火過程中，由于合金元素在馬氏體中過飽和，從而從馬氏體中沉淀析出形成金屬間析出物，導致強的沉淀強化效果。
根據鋁、銅以及其它非鐵合金的沉淀強化類推，可將該工藝過程稱作時效處理。
并且由于最初的組織為馬氏體，因此該類鋼被稱作馬氏體時效鋼。
商業化馬氏體時效鋼在最大的硬化處理階段，組織中可含有部分中間過渡亞溫相Ni3Mo與Ni3Ti的共生析出物。
Ni3Ti相類似于碳鋼中的六邊形-碳化物。
在馬氏體時效鋼中，這些中間過渡金屬間析出物顆粒由于在位錯處析出，因而分布極其彌散，這一組織特點具有特別的實際應用價值。
馬氏體時效鋼的組織具有高密度位錯，在板條（非孿生）。
4、馬氏體中，位錯密度達到/cm2數量級，也就是與強應變硬化金屬處于同一范圍。
在這方面，馬氏體時效鋼（硬化態）的亞結構明顯不同于鋁、銅和其它合金，它們在淬火時不會出現多態性變化。
假設馬氏體時效鋼在回火過程中，中間相的析出是由于合金元素的原子在位錯線上的偏聚，則在位錯上形成的產物可以作為合金元素在過飽和馬氏體中的富集分層。
馬氏體時效鋼在馬氏體轉變過程中形成的位錯結構，在隨后的加熱過程中保持非常穩定，實際上在回火溫度范圍內（）未發生變化。
在整個的回火過程中，出現如此高密度的位錯，很可能在很大程度上是由于彌散分布的析出物釘扎住位錯。
5、火時間可能會導致析出物粗化，并增大顆粒間距，而位錯密度同時也在下降。
在長的保溫時間下，就不出現半共生的中間過渡金屬間析出物，取而代之的是穩定相如Fe2Ni或Fe2Mo形成的粗大共生析出物。
將回火溫度提高到超過500，馬氏體時效鋼可能會發生馬氏體向奧氏體分解轉變，于是在奧氏體形成的過程中出現金屬間化合物的溶解。
馬氏體時效鋼的性能特征和所有析出強化合金一樣，馬氏體時效鋼的力學性能與回火溫度有關，即強度增加到峰值后，發生軟化過程。
根據時效的概念類推，在回火過程中，硬化與軟化回火過程可能獨立進行。
硬化效應是由在位錯處形成偏聚而引起的，而中間過渡相如Ni3Mo與Ni3Ti形成的部分共生析出物對硬。
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