钢的共析分解理论研究的进展

珠光体是共析铁素体和共析渗碳体（或碳化物）构成的整合组织而不是机械混合物。珠光体的形核长大是以界面扩散为主进行的。过冷奥氏体中会出现贫碳区和富碳区的涨落,加上随机出现的结构涨落、能量涨落,三者非线性的因果正反馈相互作用,导致贫碳区和富碳区分别建构铁素体和渗碳体（或碳化物）的核坯,组成珠光体晶核（F+Fe₃C）。铁素体和渗碳体是共析共生、台阶式协同长大,不存在领先相计算表明,珠光体临界晶核半径为70～152 nm,临界形核功△G^*=155～292 J/mol。"相间沉淀"是殊光体转变产物,应用共析分解的新理论解释了"相间沉淀"过程。珠光体片间距与奥氏体过冷度的关系是非线性的。发现珠光体表面也有浮凸现象,是新旧相比体积不同所致。     

珠光体转变理论研究的新进展

本文综合近年来的研究成果,阐述了钢中共析分解的新机制,对于"相间沉淀"机理做了新的解释,重申了珠光体的新概念.认为:珠光体是共析铁素体和共析渗碳体(或碳化物)构成的整合组织,不是机械混合物.珠光体的形核-长大是以界面扩散为主进行的相变.过冷奥氏体在一定过冷度下,将出现贫碳区和富碳区的涨落.加上随机出现的结构涨落、能量涨落,非线性的因果正反馈相互作用,同时在贫碳区和富碳区分别建构铁素体核坯和渗碳体(或碳化物)核坯,共同组成珠光体的晶核(F Fe,C).铁素体和渗碳体两相是共析共生,协同长大,不存在领先相."相间沉淀"是珠光体转变的一个特例,应用共析分解的新理论解释了"相间沉淀"机理.珠光体转变临界点、片间距、力学性能等的变化都是非线性的.     

珠光体转变新机制——珠光体转变研究之二

过冷奥氏体在孕育期内,在贫碳区建构铁素体核胚的同时,在富碳区也建构渗碳体(或碳化物)的核胚,共同组成珠光体的晶核(F+Fe_3C)。铁素体和渗碳体两相是同时同步、共析共生的,不存在领先相。珠光体的形核-长大是以界面扩散为主的扩散性一级相变。珠光体在奥氏体界面等处形核。计算表明,在700~650℃,临界晶核尺寸为150~70 nm,临界形核功为155~292 J/mol。共析铁素体和共析渗碳体两相与母相奥氏体的相界面是由连续的长大台阶所耦合,F/A、C/A相界面具有半共格结构。铁素体和渗碳体两相依靠共享台阶的侧向迁移而长大,共析共生、协同生长。     

Mn-Si-Cr系中碳钢在过冷奥氏体状态下变形时的显微组织演变

将Mn-Si-Cr系中碳钢在过冷奥氏体状态下进行低速率变形, 变形促进先共析铁素体转变, 但未见层状珠光体形成. 铁素体在奥氏体晶界和晶内形核, 以近似等轴状长大、交联, 并分割奥氏体, 形成富碳奥氏体区. 随着变形量的增大, 铁素体可在富碳奥氏体区内部继续形核长大并交联, 导致富碳奥氏体区不断被分割且碳浓度升高, 当碳浓度足够高时, 一次析出球状碳化物可在富碳奥氏体区边界处形成, 尺寸为0.5-1 μm; 变形过程中铁素体的动态回复和再结晶导致碳原子从Cottrell气团中逸出, 在铁素体内部形成几十纳米的二次析出球状碳化物.     

贝氏体碳化物的形成机理—贝氏体相变新机制

研究贝氏体碳化物的形成规律具有重要理论意义。实验观察表明,在有碳化物贝氏体中只有θ-渗碳体和ε-Fe_(2.4)C,没有特殊合金碳化物。贝氏体碳化物呈短棒状,沿着BF的长轴方向分布(上贝氏体)或与贝氏体铁素体片呈角度分布(下贝氏体),分布于贝氏体铁素体片条内部,即贝氏体碳化物(BC)被贝氏体铁素体包围。贝氏体碳化物来源于贝氏体铁素体片条之间的富碳奥氏体或贝氏体亚单元间的富碳奥氏体。碳化物在BF/γ相界面上形核,并且向奥氏体内部长大。贝氏体碳化物的形核-长大是依靠界面原子非协同热激活迁移实现位移,铁原子和替换原子在BC/BF相界面和Bc/γ相界面上热激活跃迁,BC向奥氏体内长大,也可以向铁素体内长大。     

奥氏体形成机制

以T8等钢为例研究并综合分析了珠光体逆共析转变为奥氏体的过程和机制,指出,奥氏体是碳或各种化学元素溶入γ-Fe中所形成的固溶体。奥氏体在铁素体／渗碳体相界面形核,也可在珠光体领域交界处和原奥氏体晶界上形核。奥氏体以体扩散形式长大。奥氏体形核及长大过程中可同时吞噬铁素体和渗碳体,或只吞噬铁素体片长大,或吞噬铁素体较快,而吞噬渗碳体较慢,完成逆共析转变,最后剩下部分渗碳体。为减少相变积累的畸变和缓和应变能,而调整生长方向,形成了孪晶。奥氏体中存在未溶碳化物,需继续溶解和均匀化。     

20Mn2SiVB钢在两相区加热贝氏体区等温过程中的组织与性能

采用光学显微镜、扫描电镜和x射线衍射仪对20Mn2SiVB钢在两相区加热贝氏体区等温不同时间所获得的组织形态和相结构进行了研究,并进行了拉伸试验.结果表明,20Mn2SiVB钢经760℃两相区加热后在420℃贝氏体区等温过程中,首先在奥氏体晶界析出贝氏体铁素体,随着等温时间的延长,铁素体板条增多,分割奥氏体晶粒,形成贝氏体铁素体和其板条间的富碳奥氏体小岛.所获得组织为先共析铁素体、无碳化物贝氏体、粒状贝氏体、残留奥氏体和马氏体.拉伸试验表明,在760℃加热420℃等温5 min后,试样可获得较好的综合性能,其抗拉强度σb≈970 MPa,伸长率δ6≈14.9%.     

T7钢在奥珠转变中富碳的分布研究

综合运用全自动相变仪,扫描电镜及电子探针技术研究了成分已均匀化的Ｔ７钢在珠光体转变温度范围等温所形成的先共析铁素体周围奥氏体中的碳分布。发现先共析铁素体周围存在有富碳奥氏体薄层,且此富碳奥氏体薄层中的碳分布并非都是 ;此一富碳奥氏体薄层的特征与随后转变所变形成的珠光体及马氏体形态相关。     

金属热处理原理研究的新进展(一)

研究过冷奥氏体转变规律具有重要理论意义和应用价值。本文综述了过冷奥氏体转变产物的形成规律。应用QUANTA-400型扫描电镜、JEM-2100透射电镜等仪器观察各种相变的形核情况。发现:珠光体、贝氏体、马氏体相变均优先在奥氏体晶界处形核。珠光体晶核由共析铁素体+共析渗碳体两相组成,共析共生,不存在领先相。珠光体转变是扩散型的共享台阶长大机制;贝氏体相变是界面原子非协同热激活跃迁机制;马氏体相变是所有原子集体协同位移机制,非切变过程。在700～650℃,珠光体临界晶核尺寸r*=150～70 nm;临界形核功△G*=155～292 J/mol。贝氏体在贫碳区形核,晶核是单相(BF),其临界尺度a*=16.7～25 nm,形核功△G*=270 J/mol。马氏体的临界晶核尺寸为7～20 nm,形核功约为200～600 J/mol。过冷奥氏体转变产物的形核是一个逐渐演化的过程,符合相变形核的一般规律。     

贝氏体碳化物的形貌及形成机制

通过对多种工业用钢贝氏体碳化物的电镜观察和理论分析,结果表明:贝氏体碳化物呈短棒状、层片状、纤维状、楔形等形形色色的形貌.在贝氏体铁素体(BF)内部不具备形成碳化物的条件.贝氏体碳化物在BF/γ相界面上形核,并沿着相界面长大.上贝氏体的θ(Fe,M),C与铁素体片条大体上平行排列;下贝氏体碳化物以楔形长人铁素体亚单元之间,或长人富碳奥氏体中,并且与铁素体主轴方向呈现交角分布.上、下贝氏体中碳化物停止长大后均可被铁素体包围,表现在形态上是分布在贝氏体铁素体中.贝氏体碳化物形成过程中,碳原子长程扩散,而铁原子和置换原子以热激活跃迁的方式,沿着界面位移,实现晶格改组.     

含少量钼、钛18/8Cr-Ni不锈钢中δ-铁素体的恒温分解

用金相方法研究了含少量钼、钛18/8 Cr-Ni不锈钢中δ-铁素体在900°—550℃恒温分解的过程。观察到在分解产物中没有σ-相。δ-铁素体分解形态及其机构随分解温度而有所不同。当分解温度高于750℃时,先析出奥氏体γ′,继之在未转变的铁素体中,才沉淀出碳化物。分解温度低于650℃时,则先析出碳化物,随后才出现有奥氏体γ′。介乎750°—650℃之间,δ-铁素体通过共析转变方式分解为碳化物及γ′。共析分解未能进行到底,在残留的铁素体中,有奥氏体γ′析出,由于合金元素分配的关系,δ→γ′的转变不久亦停止。在试验过程中,观察到电解磨光后,在碳化物未全部溶解或δ-铁素体已发生分解的样品表面上,出现有马氏体。用同佯手续制备1300℃固溶处理(碳化物全部溶解)的样品,则没有出现马氏体。初步认为马氏体的出现是由于电解磨光过程中产生自由表面所引起的。但是这种表面马氏体的形成似亦与奥氏体的含碳量有关,其形成机构尚待进一步的研究。     

THE DECOMPOSITION OF δ-FERRITE IN A 18/8 STAINLESS STEEL CONTAINING 0.34% Ti AND 0.24% Mo

用金相方法研究了含少量钼、钛18/8 Cr-Ni不锈钢中δ-铁素体在900°—550℃恒温分解的过程。观察到在分解产物中没有σ-相。δ-铁素体分解形态及其机构随分解温度而有所不同。当分解温度高于750℃时,先析出奥氏体γ′,继之在未转变的铁素体中,才沉淀出碳化物。分解温度低于650℃时,则先析出碳化物,随后才出现有奥氏体γ′。介乎750°—650℃之间,δ-铁素体通过共析转变方式分解为碳化物及γ′。共析分解未能进行到底,在残留的铁素体中,有奥氏体γ′析出,由于合金元素分配的关系,δ→γ′的转变不久亦停止。 在试验过程中,观察到电解磨光后,在碳化物未全部溶解或δ-铁素体已发生分解的样品表面上,出现有马氏体。用同佯手续制备1300℃固溶处理(碳化物全部溶解)的样品,则没有出现马氏体。初步认为马氏体的出现是由于电解磨光过程中产生自由表面所引起的。但是这种表面马氏体的形成似亦与奥氏体的含碳量有关,其形成机构尚待进一步的研究。     

形变对超高碳钢组织细化的影响

研究了超高碳钢(1.58%C)的控制轧制工艺,控制轧制包括在奥氏体加渗碳体两相区连续轧制、在共析转变温度以下较高温度(750～800℃)大变形轧制.轧后空冷的组织为超细等轴铁素体基体上均匀分布球状碳化物.在共析温度以下变形累积的形变储能引发形变诱导相变,直接析出等轴铁素体和粒状渗碳体.通过控制轧制可以同时实现超高碳钢晶粒超细化、碳化物球化.     

不同冷却方式对20Mn2SiVB钢组织和性能的影响

对20Mn2SiVB钢在两相区不同温度加热后经不同的冷却方式进行处理,并研究了该钢的组织和性能。结果表明,该钢在冷却过程中组织均为未溶的先共析铁素体、从奥氏体中析出的共析铁素体、少量的无碳化物贝氏体、粒状贝氏体和马氏体。拉伸试验表明,20Mn2SiVB钢在800℃奥氏体化后经风冷可取得最佳的力学性能。     

不同碳含量贝氏体合金钢等温淬火后的组织与性能

研究了3种碳含量(0.22C、0.34C、0.45C)的贝氏体钢在960℃奥氏体化+Ms点以上10～50℃等温淬火工艺下碳含量对贝氏体组织转变和力学性能的影响。结果表明,3种试验钢经过等温淬火处理后均获得由贝氏体铁素体和残留奥氏体相间分布组成的无碳化物贝氏体组织;随着碳含量的降低,贝氏体相变时间显著缩短,贝氏体铁素体板条变厚,硬度和抗拉强度呈下降趋势,但冲击性能显著提高,这主要是与低碳钢贝氏体转变温度更高,贝氏体铁素体板条粗大但高碳含量的大块状残留奥氏体减少有关。     

Ti-Mo微合金钢连续冷却过程中纳米碳化物的析出行为

利用透射电镜对Ti-Mo微合金钢热轧后冷却过程中的析出相分布、形貌和尺寸进行了分析。结果表明:热轧试验钢的基体组织主要由铁素体和少量贝氏体组成,较高的屈服强度主要得益于铁素体基体上形成的高体积分数的相间沉淀颗粒;这些粒子形成于热轧后的连续冷却过程中,主要是(Ti,Mo) C,尺寸约5～10 nm,对铁素体基体产生明显的沉淀强化作用。铁素体在相变初期由于较快的生长速度导致晶粒内很少形成相间沉淀,这类析出主要形成于相变中后期的铁素体基体内。      

贝氏体铁素体形核机理求索

应用试验和综合分析的方法,研究了贝氏体铁素体的晶核尺度及其形成机理.认为过冷奥氏体中,存在并且能够形成贫碳区.依靠成分涨落、结构涨落和能量涨落,及其非线性的正反馈作用使奥氏体点阵瓦解,建构α核坯,铁原子和替换原子以热激活跃迁方式转入α核坯中,以界面过程控制方式成长为贝氏体铁素体晶核.从贝氏体亚单元和精细孪晶的实测尺寸推测晶核的尺度为在长度和宽度上应当小于1nm,有几个原子层厚,呈片状.     

下贝氏体中碳化物的析出

通过3组实验证实了下贝氏体碳化物是在α/γ界面的奥氏体一侧析出,并向奥氏体中生长,同时也在贝氏体亚单元之间析出.在形态上,碳化物存在于铁素体内,也可跨越α/γ或α/α界面;在整个相变过程中,铁素体与碳化物的长大呈相互竞争机制,碳化物从α/γ界面的γ一侧析出,但铁素体的长大速度远高于碳化物,二者长大的结果是铁素体将碳化物包围,导致碳化物似乎是由铁素体中析出的假象;用热力学及台阶理论对实验结果做了分析,在实验证据及理论分析的基础上,提出了下贝氏体碳化物的析出及长大模型;下贝氏体碳化物是由富碳残余奥氏体中析出而不是由碳过饱和的铁素体中析出,其实质是确定新形成的贝氏体铁素体中是否含有过饱和碳,这直接涉及贝氏体相变机制的类型.     

FORMATION OF PRECIPITATED AUSTENITE IN 9％ Ni STEEL AND ITS FUNCTION AT CRYOGENIC TEMPERATURE

研究了9％Ni钢在两相区温度保温时沉淀奥氏体的析出过程及其对低温冲击韧性的影响。结果表明:在两相区保温由于C,N及Ni的重新分布,形成富Ni,Mn及C,N的奥氏体富集区及相对纯化的铁素体富集区,两者呈深浅相间的条带状组织。中温转变的奥氏体冷却到室温时部分转变成马氏体。这种第二代马氏体与奥氏体高度细化,并交织在一起形成复杂的组织。而奥氏体中高度富集C,N及Ni,它在极低温度下仍很稳定。低温冲击断口的撕裂岭都是沉淀奥氏体密集的,它们沿撕裂方向拉长。说明细碎的马氏体与奥氏体交织的组织既保持一定的强度也提高了低温韧性,这同回转奥氏体吸收杂质纯化基体密切相关。     

含钼复相不锈钢中X-相的形成

17/5/6 Cr-Ni-Mo不锈钢经1100℃水淬后含40%的δ-铁素体。高温保留下来的铁素体极为不稳定,加热至550°—1000℃在δ—铁素体内发生了一系列的变化。δ-铁素体分解产物的性质视加热温度而定,在700°—1000℃主要为X-相,在550°—700℃主要为Fe_3No_3C及(Cr,Fe,Mo)_(23)C_6。X-相形成的形态及其机构亦随加热温度而有所不同。在900°—1000℃δ-铁素体通过共析转变方式分解为X-相及奥氏体γ′δ-共析组织先在γ/δ,δ/δ相界成核然后逐渐向铁素体内部推进。在1000℃粒状的δ-共析组织居多,温度稍低则出现较多的层状组织。在700°—900℃X-相成核后,奥氏体γ′未能及时成核,因而当X-相的沉淀进行到一定阶段后,δ→γ′的转变才开始。在600℃保温观察到在奥氏体基体有马氏体的形成,这个现象可能与碳化物在低温的沉淀有关。