关于Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ合金在Ｔ＿Ｎ以下马氏体转变问题的讨论马如璋，赵钟涛（北京科技大学材料 物理系，北京，１０００８３）摘要在Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ类型形状记忆合金中，奥氏体在高温是顺 磁性的，温度降低到奈耳点Ｔ＿Ｎ以下就转变为反铁磁性的。本文从理论和实验上说明，反铁磁状 态的奥氏体仍有可能转变为六方晶格的马氏体。关键词形状记忆合金；反铁磁性奥氏体；马氏体转 变ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅＰｒｏｂｌｅｍｏｆＭａｒｔｅｎｓｉｔｅＴｒａｎｓｆｏｒ ｍａｔｉｏｎｂｅｌｏｗＴ＿ＮｉｎＦｅ－Ｍｎ－ＳｉＡｌｌｏｙｓ￥ＭａＲｕｚｈａｎｇ；Ｚｈ ａｏＺｈｏｎｇｔａｏ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＰｈｙｓｉｃｓ，Ｕｎｉ ｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎ ｇ，１０００８３，Ｃｈｉｎａ）ＡＢＳＴＲＡＣＴＴｈｅａｕｓｔｅｎｉｔｅｉｎＦｅ－Ｍｎ－ Ｓｉｓｈａｐｅｍｅｒｎｏｒｙａｌｌｏｙｓｔｒａｎｓｆｏｒｍｓｆｒｏｍｐａｒａｍａｇｎｅ ｔｉｃｓｔａｔｅｔｏａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｗｈｉｌｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔ ｕｒｅｄｅｃｒｅａｓｅｓｄｏｗｎｔｏｂｅｌｏｗＴ＿Ｎ，Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｔｉｓｐ ｒｏｐｏｓｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｘｐ ｅｒｉｍｅｎｔａｌｆａｃｔｓｔｈａｔｔｈｅａｕｓｔｅｎｉｔｅｉｎｔｈｅａｎｔｉｆｅｒｒ ｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｔａｔｅｃａｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｔｏｔｈｅｍａｒｔｅｎｓｉｔｅｗｉ ｔｈｈｃｐｌａｔｔｉｃｅｂｅｌｏｗＴ＿Ｎ．ＫＥＹＷＯＲＤＳＳｈａｐｅＭｅｍｏｒｙＡｌｌ ｏｙ，ＡｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＡｕｓｔｅｎｉｔｅ，ＭａｒｔｅｎｓｉｔｅＴｒａ ｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ１引言在Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ类型形状记忆合金中，存在着两类相变：γ→ ε马氏体相变和顺磁性奥氏体到反铁磁性奥氏体的转变。依合金成分或热处理状态的不同，这两类 相变的温度范围可能互相远离，也可能互有重迭￣［１，２］。对后一情况，在反铁磁转变温度（ 奈耳点）Ｔ＿Ｎ以下，γ→ε相变是否能够进行，尚无一致看法，本文将对此进行一些介绍和讨论 。村上雅人等￣［１］曾研究Ｓｉ含量对Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ合金Ｔ＿Ｎ及形状记忆效应的影响，认 为在Ｔ＿Ｎ以下，反铁磁转变引起奥氏体稳定化，从而阻碍了γ→ε转变。这可用图１所示的自由 能Ｇ随温度Ｔ的变化曲线加以说明（图１是参照［１］的图绘制的，略有修改）。Ｔ＿０是γ相和 ε相的自由能相等的温度，Ｍ＿ｓ为马氏体相变起始温度，△Ｇ为发生γ→ε转变所需的化学驱动 力。Ｔ＿Ｎ为γ相的奈耳点。由于顺磁态自由能中的熵项比反铁磁态的大，所以顺磁奥氏体γ＿（ ｐｍ）的Ｇ－Ｔ曲线斜率比反铁磁奥氏体γ＿（ａｍ）的曲线斜率大，在Ｔ＿Ｎ以下γ＿（ａｍ） 的自由能较低，如图中虚线所示。可以看出，当Ｔ＜Ｔ＿Ｎ时，在相同温度下，γ＿（ａｍ）→ε 转变的驱动力△Ｇ比γ＿（ｐｍ）→ε的相应值要小，因此有可能使奥氏体稳定化，而不能实现γ →ε的转变。应当指出，村上等￣［１］提出了γ相由于反铁磁转变而稳定化的观点，但并未细致 讨论，没有说明是否对各种成分的合金都会因此而使马氏体相变完全被制止，而在所绘的Ｇ－Ｔ图 中，γ＿（ａｍ）线段似乎同ε相的Ｇ－Ｔ线是平行的，这样△Ｇ就不随Ｔ改变，一旦γ相稳定化 ，即使进一步降温也不能促使γ相向ε相的进一步转变。本文作者认为，不能排除在有些情况下有 下述可能性，即γ＿（ａｍ）的Ｇ－Ｔ线斜率比ε相的较大，如图１所示。这就意味着，△Ｇ会随 着Ｔ的下降而增大，从而促使γ→ε相变继续进行（如同普通结构钢中，由于碳原子再分布引起的 奥氏体稳定化，可以通过冷处理使马氏体相变恢复进行）。可见，Ｔ＿Ｎ并不一定就是马氏体相变 的终了温度Ｍ＿ｆ。顺磁到反铁磁态的转变是在Ｔ＿Ｎ以下很宽的温度范围内进行的，Ａ、Ｂ两种 亚点阵的自发磁化强度（磁有序度）随温度的变化￣［３］如图２所示，原则上说到绝对零度转变 才能完成，而马氏体相变是在Ｍ＿ｓ与Ｍ＿ｆ之间，因此，在Ｔ＿Ｎ以下若发生马氏体相变，就会 和反铁磁转变同时进行（顺便指出，一般认为反铁磁转变是二级相变，在Ｔ＿Ｎ以下不存在剩余的 顺磁性奥氏体）。上述观点可以用下列实验事实加以证明：１．马如璋和王世亮曾用热膨胀及电阻 等方法研究Ｆｅ－２０Ｍｎ合金的马氏体相变￣［４］。根据等的工作，该合金的Ｍ＿ｓ为８０℃ ，Ｔ＿Ｎ为６０℃￣［５］。马如璋等观察到γ→ε转变在０℃以下仍然激烈进行，而且在０～－ ７０℃之间可以有恒温马氏体产生。２．Ｆｅ－３０Ｍｎ－６Ｓｉ合金的Ｔ＿Ｎ约为０℃￣［１］ ，马如璋等观察到在Ｔ＿Ｎ以下仍有γ→ε转变进行￣［６］。３．Ｌｉ和Ｗａｙｍａｎ研究含少 量Ｎｂ和Ｃ的Ｆｅ－３２Ｍｎ－６Ｓｉ合金，观察到Ｔ＿Ｎ（８℃）以下出现的表面浮凸，而且在 －１９６～２５０℃之间测量电阻，注意到升温曲线和降温曲线在Ｔ＿Ｎ处不重合（图３），这都 表明在Ｔ＿Ｎ以下有ε马氏体产生￣［７］。正是由于降温到Ｔ＿Ｎ以下的γ→ε转变引起附加的 晶格缺陷，使得以后再升温时电阻值高于降温时的电阻值。综上所述，在Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ合金中 的反铁磁转变会使奥氏体稳定化而对马氏体相变有一定的抑制作用，但可能只是使马氏体量减少， 若增加过冷度，仍有可能使γ→ε转变继续进行。参考文献｜｜１村上雅人等，铁钢，１９８６， ７２（１３）：２８９，２９０２马如璋，赵钟涛，刘冠威等．金属热处理学报（待发表）．ｓＣ ｕｌｌｉｔｙＢＤ．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏＭａｇｎｅｔｉｃＡ１ａｔｅｒｉａｌｓ．Ｌ ｏｎｄｏｎ，Ａｄｄｉｓｏｎ－ＷｅｓｌｅｙＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，１９７２， Ｐ．１６２，Ｆｉｇ５、４４马如璋，王世亮．金属热处理学报，１９８２，２：２７～４９５１ ９８２，ＣＴＰ．５１，２３６马如璋，赵钟涛，刘冠威等．材料研究学报，１９９４，８（２） ：１２８～１３３７ＬｉＪ，ＷａｙｒｎａｎＣＭ．ＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚ ａｔｉｏｎ，１９９４，３２（３）：２１５～２２７马如璋１９５０年毕业于唐山交通大学，１ ９５５年在前苏联莫斯科钢铁学院获得技术科学副博士学位。回国后一直在北京科技大学（原北京 钢铁学院）任教并从事科学研究工作。主要的研究领域为穆斯堡尔谱学、磁学和磁性材料，非晶态 、纳米晶、形状记忆合金等功能材料，固体中的相变等。发表论文百余篇。主要著作有《穆斯堡尔 谱学》、《穆斯堡尔谱学手册》等。关于Fe－Mn－Si合金在T_N以下马氏体转变问题的讨 论@马如璋，赵钟涛$北京科技大学材料物理系形状记忆合金；反铁磁性奥氏体；马氏体转变在Ｆ ｅ－Ｍｎ－Ｓｉ类型形状记忆合金中，奥氏体在高温是顺磁性的，温度降低到奈耳点Ｔ＿Ｎ以下就 转变为反铁磁性的。本文从理论和实验上说明，反铁磁状态的奥氏体仍有可能转变为六方晶格的马 氏体。１村上雅人等，铁钢，１９８６，７２（１３）：２８９，２９０２马如璋，赵钟涛，刘冠 威等．金属热处理学报（待发表）．ｓＣｕｌｌｉｔｙＢＤ．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏＭａ ｇｎｅｔｉｃＡ１ａｔｅｒｉａｌｓ．Ｌｏｎｄｏｎ，Ａｄｄｉｓｏｎ－ＷｅｓｌｅｙＰｕｂｌｉ ｓｈｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，１９７２，Ｐ．１６２，Ｆｉｇ５、４４马如璋，王世亮．金属热处 理学报，１９８２，２：２７～４９５１９８２，ＣＴＰ．５１，２３６马如璋，赵钟涛，刘冠威 等．材料研究学报，１９９４，８（２）：１２８～１３３７ＬｉＪ，ＷａｙｒｎａｎＣＭ．Ｍａ ｔｅｒｉａｌｓＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，１９９４，３２（３）：２１５～２２７曲 线和降温曲线在Ｔ＿Ｎ处不重合（图３），这都表明在Ｔ＿Ｎ以下有ε马氏体产生￣［７］。正是 由于降温到Ｔ＿Ｎ以下的γ→ε转变引起附加的晶格缺陷，使得以后再升温时电阻值高于降温时的 电阻值。综上所述，在Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ合金中的反铁磁转变会使奥氏体稳定化而对马氏体相变有 一定的抑制作用，但可能只是使马氏体量减少，若增加过冷度，仍有可能使γ→ε转变继续进行。 参考文献｜｜１村上雅人等，铁钢，１９８６，７２（１３）：２８９，２９０２马如璋，赵钟涛 ，刘冠威等．金属热处理学报（待发表）．ｓＣｕｌｌｉｔｙＢＤ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔ ｏＭａｇｎｅｔｉｃＡ１ａｔｅｒｉａｌｓ．Ｌｏｎｄｏｎ，Ａｄｄｉｓｏｎ－ＷｅｓｌｅｙＰｕ ｂｌｉｓｈｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ，１９７２，Ｐ．１６２，Ｆｉｇ５、４４马如璋，王世亮．金 属热处理学报，１９８２，２：２７～４９５１９８２，ＣＴＰ．５１，２３６马如璋，赵钟涛， 刘冠威等．材料研究学报，１９９４，８（２）：１２８～１３３７ＬｉＪ，ＷａｙｒｎａｎＣＭ ．ＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，１９９４，３２（３）：２１５～２ ２７马如璋１９５０年毕业于唐山交通大学，１９５５年在前苏联莫斯科钢铁学院获得技术科学副 博士学位。回国后一直在北京科技大学（原北京钢铁学院）任教并从事科学研究工作。主要的研究 领域为穆斯堡尔谱学、磁学和磁性材料，非晶态、纳米晶、形状记忆合金等功能材料，固体中的相 变等。发表论文百余篇。主要著作有《穆斯堡尔谱学》、《穆斯堡尔谱学手册》等。关于Fe－M n－Si合金在T_N以下马氏体转变问题的讨论@马如璋，赵钟涛$北京科技大学材料物理系形 状记忆合金；反铁磁性奥氏体；马氏体转变在Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ类型形状记忆合金中，奥氏体在高 温是顺磁性的，温度降低到奈耳点Ｔ＿Ｎ以下就转变为反铁磁性的。本文从理论和实验上说明，反铁磁状态的奥氏体仍有可能转变为六方晶格的马氏体。１村上雅人等，铁钢，１９８６，７２（１３）：２８９，２９０２马如璋，赵钟涛，刘冠威等．金属热处理学报（待发表）．ｓＣｕｌｌｉｔｙＢＤ．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏＭａｇｎｅｔｉｃＡ１ａｔｅｒｉａｌｓ．Ｌｏｎｄｏ
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