K-S切变模型与西山模型的比较

20世纪30年代初，库氏和Sachs确定了ωc=1.4%的钢中奥氏体与马氏体之间的K-S位向关系，据此设计了K-S切变模型。根据K-S关系，新旧相的密排原子面互相平行，可以认为在相变时，母相的{111}γ面将转变为新相的{011}α面。因此，首先需要弄清楚{111}γ和{011}α面的原子排列情况和堆垛顺序。如图15-12所示，底面为密排面{111}γ。堆垛次序为ABCABCAB…。•表示底层原子A，⊗表示中间层（第二层）原子B，O表示顶层（第三层）原子C。

图15-12　{111}γ面原子堆垛示意图

图15-13（a）是ωc=1.4%的Fe-C马氏体的原子排列情况和堆垛顺序，为体心正方结构（bct），底面为{011}α。图15-13（b）是体心立方结构的α-Fe的原子排列情况和堆垛次序，底面为{011}α。

图15-13　体心正方马氏体（a）和体心立方α-Fe（b）原子堆垛图

切变分3步进行：

1）第一切变

图15-14的底面{111}γ是菱形，菱形角为60°。在{111}γ面上，沿着方向移动0.057mm，O层原子移动0.114nm，此时切变角为19°28'；如果是ωc=1.4%的Fe-C马氏体（c/a=1.06，下同），切变角则为15°15'。

2）第二切变

在面上，沿着方向进行一次小的切变，使60°角变成69°角。如果不含碳，则使60°角变成70°32'，如图15-15所示。切变后即得到了菱形角合适的体心结构，但非真正的马氏体晶格。

3）必要的线性调整(www.xing528.com)

为使其符合实际的马氏体晶格的面间距等晶格参数，必须将其转变为bcc的马氏体，晶格参数调整量见表15-1。

图15-14　K-S第一切变示意图

图15-15　K-S第二切变示意图

表15-1　γfcc→αbcc马氏体时主要晶格参数

将原子的迁移情况投影在底面的菱形上，可以看到切变全过程。图15-16表示了K-S切变模型的平面投影。图15-16（a）表示{111}γ上原子的排列情况，图15-16（b）表示第一切变后的情况，图15-16（c）表示第二切变的情况，图15-16（d）表示经调整后的c/a=1.06的体心正方结构，图15-16（e）表示经过调整成体心立方α-Fe的{011}α面上的原子排列情况。

图15-16　K-S切变模型的平面投影

这个模型说明了新旧相存在K-S关系。但是，按此模型，惯习面应为{111}γ，而实际上Fe-C合金马氏体的惯习面为{557}γ、{225}γ、{259}γ，它也不能解释马氏体中孪晶、位错等亚结构、表面浮凸现象、马氏体组织形貌的变化规律。还有，此模型第一、二切变能量可达到达320J/mol，这是相变驱动力所不及的。

1934年，西山通过对Fe-30Ni合金马氏体单晶体的研究，测得又一种位向关系，即西山关系，提出了一个类似的切变模型。西山模型的切变过程与K-S模型的第一切变相同，即切变角为19°28'，但不进行第二次切变，而是进行晶格参数调整，如使轴收缩7.5%，{111}γ收缩1.9%，轴膨胀13.3%，使底面的内角由60°调整到70°32'（ωc=0%的奥氏体转变为马氏体，fcc变为bcc）。此模型的缺点与K-S模型相同，也与实际不符。