Acta Mater.:多态性fccγ→hcpε→bctα马氏体相变

【背景介绍】

材料的热机械处理改变材料微观结构，从而可以改善材料性能，固体晶体结构的多晶型变化称为固相转变。马氏体转变（MT）是一类固体-固体置换相变，其中原子的集体运动发生在通常小于一个原子间距的距离上。马氏体相变（MT）具有极大的科学价值和工程意义。然而，由于缺乏直接的实验证据，从面心立方结构（fcc-γ）奥氏体向体心四方结构（bct-α）马氏体的转变的潜在置换原子集体运动尚未被揭示。

【成果简介】

近日，来自上海大学的张统一和香港理工大学的SanQiang Shi（共同通讯）等人通过高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）在AISI 304不锈钢中研究了从fcc-γ到bct-α的塑性变形诱导马氏体相变（PDIMT）。HRTEM观察显示出多态性fcc-γ→hcp-ε→bct-αPDIMT机制，其进一步通过分子动力学（MD）模拟证实， 从fcc-γ到hcp-ε的转变是通过在（111）γ平面上产生位错实现的。相关研究以题为“Shear and shuffling accomplishing polymorphic fccγ→hcpε→bct α martensitic phase transformation"发表在了Acta Materialia上。

【图文导读】

图1 多态γ（fcc）→ε（hcp）→α（bct）马氏体转变

（a）原始非SMAT样品的TEM图像和相关的面积衍射（SAD）图案

（b-f）TEM图像和与中心深度（b）不同深度的相关衍射图案

图2γ→ε相变

（a-b）HRTEM和（c）沿[110] /（1120）γε方向投影的MD模拟图像

图3 α/ε界面

（a,b）α/ε界面区域沿着[1120] / / [001]εα方向投影HRTEM（a）和原子MD模拟（b）图像

（c）部分位错在从γ到ε和最终α晶格的晶格演化中的作用示意图

图4 原子间距的测量结果

在ε/α扩散界面区域沿[1100]ε方向从ε到α的几个代表性原子位置处的原子间隔的测量结果，表明原子间隔的逐渐减小由原子改组完成。

图5 原子运动程序的比较

多态性（a，b）fcc-γ→hcp-ε→bcc-α'和（c）fcc-γ→hcp-ε→bct-αPDIMT的原子运动程序的比较

【总结】

本研究的新型模型预测了三个γ，ε和α晶格中任何两个之间界面区域的原子排列和晶体缺陷。这些新发现将激发关于多态固相转变和工程实践的学术研究，以及如何通过利用和控制相变来进一步提高材料性能。

文献链接：Shear and shuffling accomplishing polymorphic fccγ→hcpε→bct α martensitic phase transformation（Acta Mater., 2017, DOI:10.1016/j.actamat. 2017.07.016）

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