贝氏体相变研究的某些进展

简要地评述了铜基合金中贝氏体相变研究的某些进展，总结了作者们近年来的主要工作，支持贝氏体切变形成机制。     

贝氏体相变理论进展近况

近年来贝氏体相变理论三个学派的研究工作均有明显进展，有些观点渐趋接近，有些观点依然存在严重分岐，各自都有亟待澄清的难题。各派间学术上的批判反批判旨在指明探索方向和途径，发展理论，这已充分为当今相变理论研究事实所证明。     

贝氏体相变理论进展近况

近年来贝氏体相变理论三个学派的研究工作均有明显进展，有些观点渐趋接近，有些观点依然存在严重分歧，各自都有亟待澄清的难题。各派间在学术上的批判反批判旨在指明探索方向和途径，发展理论，这已充分为当今相变理论研究进展事实所证明。     

材料的相变研究及其应用

Fe-C和Fe-X-C合金马氏体相变热力学的研究成果使结构钢的Ms温度能以热力学预测。建立铜基合金及Fe-Mn-Si基合金马氏体相变热力学，为铜基和铁基形状记忆合金的成分和工艺设计提供基础。提出含ZrO2陶瓷Ms温度的热力学计算方法，以及其母相晶粒大小影响Ms的正确表达式，对陶瓷的生产和工业应用都具有意义。修正马氏体变温相变动力学方程，显示低碳钢中影响碳扩散系数的合金元素影响残余奥氏体量，这有利于低碳马氏体组织钢的开发。GCr15轴承钢中残余奥氏体→马氏体的等温动力谠研究提高钢件的尺寸稳定性达34％。对Ni-Ti,Cu-Zn-Al,Fe-Mn-Si基合金及ZrO2陶瓷中马氏体相变及其逆相变特征的研究，揭示不同形状记忆材料中，影响形状记忆效应（SME）的一些重要因素，并由此获得改善SME的途径，有利于这些材料的开发应用。对Fe-C、钢、Cu-Zn,Cu-Al,Cu-Zn-Al及Ag-Cd合金贝氏体相变的热力学研究，观察到生长台阶，母相强化对相变影响的研究以及内耗测量结果，均显示贝氏体相变属扩散型机制。Cu-Zn-Al中加入贝氏体相变，并与其出现脆性有关。三元合金spinodal分解判据的建立，对借spinodal分解呈现高阻尼或高强度合金的开发可能具有价值。群论在相变晶体学成功地获得应用。由群论导出呈现晶体学可逆性的条件为形成单变体马氏体。应用孤粒子相变的形核－长大模型初见成效。随着功能材料的发展，二级相变理论在材料工程中将得到应用。纳米金属和合金常显示与大块晶体异常的晶体结构。初步揭示纳米材料在马氏体相变和扩散型相变中的一些特征：如高温相的稳定化，不同纳米度和不同制备方法呈现不同的相变产物，晶界偏聚引起脱溶临界温度的降低，以及过渡相的消失等。纳米材料的相变及其对性能的影响是纳米材料开发、应用的一项基础工作，值得重视。     

Cu-Al合金贝氏体相变热力学

对x_(Al)=0.24合金贝氏体相变的两种机制的相变驱动力ΔG~(p_1→a’)及ΔG~(β_1→β_2~(+a))进行了热力学计算,结果表明,在贝氏体相变温度范围680—750K内,ΔG~(β_1→α’)>0,这说明贝氏体相变的开始不可能按β_1→α’的切变型机制进行,在700K只产生5%的α时,α的成分至少降到x_(Al)~α=0.204,才能使ΔG~(β_1→β_2~(+α))<0,而在750K,则至少需满足x_(Al)~α≤0.209,才有ΔG~(β_1→β_2~(+α))<0,说明贝氏体相变须按β_1→β_2+α扩散型机制进行,且转变温度不同,所需扩散量也不同。     

Cu-Zn-Al合金贝氏体相变的动力学特征

以膨胀及金相测定确立了Cu-Zn-Al合金由马氏体态加热和经高温母相冷却时,其贝氏体形成的TTT图和动力学曲线.证明贝氏体相变的动力学特征符合Austin-Rickett方程,由马氏体加热形成贝氏体时n值为2.25,经高温冷却时n为1.80;形成贝氏体的激活能约为110kJ·mol~(-1),与溶质原子的扩散激活能相当.     

贝氏体相变简介

钢、有色合金和一些陶瓷材料中都存在贝氏体相变。贝氏体钢正成为有益的工程材料。总结评述切变学派和扩散学派作者们以形貌、动力学或晶体学对贝氏体相变机制所持的论点。钢中贝氏体相变以过饱和铁素体开始形成之说迄未得到支持。一些实验已发现替代（置换）型合金元素在相界面上的偏聚,并以此所呈现的拖曳效应说明相变的不完全现象,切变学者以切变机制来解释这个现象,但此现象不是钢中贝氏体相变的普遍情况。贝氏体形成时呈现帐篷形浮突,不具不变平面应变特征;有时马氏体相变晶体学表象理论能近似地应用于贝氏体相变晶体学,但不能以此来判定其相变机制为扩散或切变。溶质拖曳效应以及高分辨电镜对相界面结构实验、热力学研究、磁场和应力场对贝氏体相变影响以及一些预相变现象都确证贝氏体相变籍扩散机制进行。本文作者定义贝氏体为：在Ms温度以上,经扩散相变的产物,多呈片状,形成时会在自由表面上呈现帐篷形浮突。提出贝氏体相变机制进一步研究和应用的展望。     

贝氏体中脊形貌特征研究

利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜较详细地研究了中碳低合金铸钢铸态具有中脊的贝氏体形态和中脊特征,探讨了中脊贝氏体的相变机制;中脊是与基体贝氏体衬度不同的单相贝氏铁素体,类似片状马氏体切变形核、快速长大,第一片中脊可贯穿整个晶粒.     

我国低碳贝氏体钢的发展

随着人们对国民经济可持续发展战略认识的深入,在有限的资源面前,人们越来越意识到合理利用自然资源的重要性。为满足国民经济发展的需要,须开发和推广高强、高韧的节能型钢铁材料。本文综述了低碳贝氏体钢在我国的发展。展现了低碳贝氏体钢广泛的应用前景。     

新型Mn系空冷贝氏体钢的创制与发展

扼要阐述了新型Mn系空冷贝氏体钢的由来及发展,该系列贝氏体钢的合金化及合金设计思路,强韧化途径,组织与性能特点,优越性及发展前景。     

硅对Mn-B系空冷贝氏体钢组织与性能的影响

研究了硅对中低碳和中碳ＭｎＢ系空冷贝氏体钢的组织和强韧性的影响。结果表明，硅含量为１４％～１８％时，钢中的贝氏体组织是由残余奥氏体和贝氏体铁素体所组成的无碳化物贝氏体。冷却后的贝氏体／马氏体复相组织具有良好的强韧性。高硅中低碳钢和中碳钢的断裂韧度分别达到１１９ＭＰａ·ｍ１／２和７３ＭＰａ·ｍ１／２，显著高于硅含量低的钢。     

应力对钢中贝氏体相变的影响

外加应力使贝氏体相变形核率增大,等温孕育期缩短,即使所加应力远低于母相的屈服强度．由于钢中γ→α γ′的形核驱动力较大(约为kJ／mol数量级),贝氏体相变的嘭胀应变能很小,过小的外加应力对形核率的影响甚微．考虑在外加应力的影响下,会使界面能量有所下降,也可能发生碳原子的再分布,偏聚在晶界或其它缺陷,甚至碳化物析出都会显著地增大形核率和缩短孕育期,有待进一步实验给予证明．无应力下,贝氏体相变动力学可以用Avrami的等温相变方程来表述;应力下则符合应力下铁索体及珠光体相变的动力学模型(经修改的Avrami方程)．形变奥氏体促发贝氏体相变,但随后会发生奥氏体的力学稳定化,其机制可能和马氏体相变时的奥氏体力学稳定化不完全相同,仅形变形成的位错阻碍贝氏体以一定位向长大,使相变动力学迟缓．贝氏体相变时奥氏体力学稳定化的模型有待建立。     

贝氏体转变过程的阶段性及类调幅分解

含有阻碍碳化物析出的合金元素的钢，贝氏体转变过程可以分为二个阶段：准贝氏体阶段和典型贝氏体阶段，准贝氏体阶段组织为贝氏体铁素体和残余奥氏体，典型贝氏体阶段组织为贝氏体铁素体和碳化物。用透射电子显微镜分析表明间隙型65Si2MnMo合金及置换型Ni28Mn合金贝氏体转变过程存在间隙原子(C)和置换原子(Ni)的类调幅分解现象。典型贝氏体转变过程中碳化物的析出源来自过饱和的贝氏体铁素体及残余奥氏体。     

高纯度Fe－C－Mo合金贝氏体相变和形貌特征

研究了高纯度Ｆｅ－０．０６％Ｃ－１．８％Ｍｏ和Ｆｅ－０．１９％Ｃ－１．８１％Ｍｏ合金恒温贝氏体转变。结果表明，５５０～５８０℃转变是完全的。两种合金分别在６００℃和５８５℃左右保温时，转变中途会出现暂时停滞现象，而后恢复并加快转变。两合金ＴＴＴ图均有一明显稳定区（称为河湾或Ｔ_ｂ）。７５０℃保温形成铁素体和平行于奥氏体晶界的片状或杆状碳化物沉淀，７００～６００℃保温在较高碳量和用量形成少量节瘤状贝氏体，７００℃保温转变后可观察到珠光体，Ｔ_ｂ温度上下铁素体形貌明显不同，ｔ_ｂ以下形成的贝氏体铁素体为变异型，在晶内生成。     

低碳Mn-Nb-V和Mn-Mo-Nb-V钢中的贝氏体转变

大森等和Habraken曾分别研究了低碳低合金钢中出现的B_Ⅰ型、B_Ⅱ型、B_Ⅲ型贝氏体和粒状贝氏体的特点和形态。我们对低碳Mn-Nb-V和Mn-Mo-Nb-V钢中的贝氏体进行光学显微镜和透射电子显微镜观察,研究贝氏体形态和转变。试验用钢用感应炉冶炼,锻成直径15 mm的圆棒,经退火加工成直径12mm厚2mm的片试样。其化学成分如下(wt-%):