相变能及相变诱发塑性的实验测定方法张旺峰2 朱金华2 ，曹春晓1( 1 北京航空材料研究院，北京1 0 0 0 9 5 ：2 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室，西安7 l 0 0 4 9 )研究应变诱发马氏体相变，除了揭示相变机理及规律外，还直接导致了相变诱发塑性钢( T R I P 钢) 的诞生，但如何设计高性能的T R I P 钢需要解决三个问题：( 1 ) 相变能的大小及其测定计算方法( 2 ) 单位体积分数的马氏体转变可诱发多大的塑性，( 3 ) 添加什么类型合金元素容易相变并诱发较大的塑性。到目前为止，针对相变能的确定，无论是淬火马氏体还是应变诱导马氏体相变，不同材料的马氏体相变能数值除在理论上利用均匀形核等模型作过估算外，至今还未见过精确的实验测定报道，因而无法对相关的理论进行验证。而对相变诱发塑性仍停留在定性的研究水平上，无法对其进行实验测定计算。本文将围绕上述问题作探索性研究，试图利用拉伸曲线的特点解决相变能和相变诱发塑性的实验测定方法。试验材料为具有应变诱发马氏体转变的C r N i 系奥氏体不锈钢，采用真空熔炼制得1 0 k g钢锭，然后锻造轧制成直径为1 2 m m 的棒材，加二 成直径5x 2 5 m m4 的比例试样。材料的化学成分、热处理条件列于表l 。将试样加热到所需温度后，淬入室温水中得到单一奥氏体组织。拉伸试验在I N S T R O N1 3 4 2 电液伺服试验机上进行，为产生充分的相变，在1 9 6 0 C液氮中进行拉伸试验。马氏体转变量通过测量试样横截面X 射线衍射线( 2 1I ) M 和( 3 11 ) A 的强度确定。表1 试验材料的化学成分( _ - - t ) 及热处理条件，奥氏体不锈钢在1 9 6 。C 温度下拉伸曲线如图l 中c 2 线，研究表明：e p h 之前没有国家自然科学基金资助项目( 5 9 7 71 0 4 8 、5 9 8 3 1 0 3 0 ) 及国家重点基础研究专项经费资助( G 1 9 9 9 0 6 5 0 ) 本文联系人：张旺峰，男，E m a i l ：w 卸g f e n g 棚g b i a m a c c n9 相变，e p h 之后产生了应变诱发马氏体转变，可以认为e p I I 即是产生诱发马氏体的最小应变。曲线段e o 2 e 岫则是奥氏体的硬化曲线，回归分析表明它符合H o l l o m o n 关系o ：k n 。如果随后没有马氏体转变则应力应变曲线应为e o t 2 e p h 的延长线，即按o = k n 外推( o 、e 分别为真实应力、应变) ，见图l 中c 1 线，但由于马氏体相变使实际拉伸曲线成为图l 中c 2 线。从热力学角度来分析，可以认为，曲线l 的奥氏体应力应变曲线为相变的初始状态，而曲线c 2 则为相变过程的终了状态。丽初始、终了状态的能量著，即图示中的阴影部分面积w( 用数值积分求得) 。它表示庶变能消耗导致了戍变诱发马氏体相变的产生，由于这一过程是能量降低过程，故相变可以进行。令产生应变e 时的马氏体体积分数为f ，则产生单位马氏体的相变能E p lE 矿W ，f o同样，也可进行相变诱发塑性的测定。尽管不能利用e o 2 - e p l 拉伸曲线局部均匀应变片段求得“不发生应变诱发马氏体相变”直至断裂时的延伸率6 a ，但却可求得其均匀变形的最大均匀变形量且最大均匀变形量岫等于硬化指数1 1 。若对产生应变诱发相变的实际拉伸曲线也取颈缩前的最大均匀变形量。作为比较依据，则可求得由应变诱发马氏体相交所产生的塑性增餐= 1 1 e ，如幽1 所示。结合X 射线衍射技术，可以测得实际拉伸曲线最人均匀变形时的马氏体转变量的体积分数f 则单位马氏体体积分数可诱发的平均塑性增量可表达为：P - - - ( I I - e = ) fe图1 材料 的应力应变曲线及相变能和相变诱发塑性实验测定原理图依据上述原理所建立的测试方法求得在1 9 6 “ C 试验温度下相变能和相变诱发塑性列于表2 。三种材料的相变能数值不同，其中材料C 的相变能最高，材料B 次之，材料A 最低；三种材料应变诱发1 0 0 马氏体转变可使塑性增加1 7 2 0 ，其中材料A 相变诱导塑性能1 0 力最高，材料C 次之，而材料B 则最差。表2 三种材料的相变能已、相变诱发塑性量P