Fe-C-Mn-Si钢中奥氏体共格孪晶界对贝氏体铁素体变体选择的影响

将C含量(质量分数)分别为0.05%和0.4%的Fe-C-Mn-Si钢进行等温处理得到贝氏体组织,采用EBSD技术对奥氏体共格孪晶界上形成的贝氏体铁素体变体进行分析.结果表明,2种钢中的贝氏体铁素体与母相奥氏体均成近似K-S取向关系.奥氏体孪晶界两侧形成取向相同的变体对.此变体对形成后,孪晶界基本不再显现.晶体学分析表明,共格孪晶界两侧可能出现的变体对最多不超过3组,且这3组变体对的惯习面均与孪晶界平行,因此,贝氏体铁素体变体都将沿孪晶界生长.含C量为0.05%的Fe-C-Mn-Si钢中奥氏体孪晶界上只观察到一组贝氏体铁素体变体对的形成,这是因为C含量较低,贝氏体铁素体生长速度较快,消除了其它变体对的形核机会,先形核的变体对一旦形核就迅速覆盖整个孪晶面.而在含C量为0.4%的Fe-C-Mn-Si钢中,由于C含量较高,贝氏体铁素体生长速度较慢,3组变体对均有机会形核,因此,在孪晶界上可以观察到这3组变体对同时出现.     

Fe-C-Mn-Si钢中奥氏体共格孪晶界对贝氏体铁素体变体选择的影响

将C含量(质量分数)分别为0.05%和0.4%的Fe-C-Mn-Si钢进行等温处理得到贝氏体组织,采用EBSD技术对奥氏体共格孪晶界上形成的贝氏体铁素体变体进行分析.结果表明,2种钢中的贝氏体铁素体与母相奥氏体均成近似K-S取向关系.奥氏体孪晶界两侧形成取向相同的变体对.此变体对形成后,孪晶界基本不再显现.晶体学分析表明,共格孪晶界两侧可能出现的变体对最多不超过3组,且这3组变体对的惯习面均与孪晶界平行,因此,贝氏体铁素体变体都将沿孪晶界生长.含C量为0.05%的Fe-C-Mn-Si钢中奥氏体孪晶界上只观察到一组贝氏体铁素体变体对的形成,这是因为C含量较低,贝氏体铁素体生长速度较快,消除了其它变体对的形核机会,先形核的变体对一旦形核就迅速覆盖整个孪晶面.而在含C量为0.4%的Fe C Mn-Si钢中,由于C含量较高,贝氏体铁素体生长速度较慢,3组变体对均有机会形核,因此,在孪晶界上可以观察到这3组变体对同时出现.     

低碳合金钢变形奥氏体的相变研究

利用Gleeble-1500热模拟试验机对低碳合金钢进行了不同变形量、冷却速度的热模拟实验.经OM和TEM观察表明,当未变形奥氏体以10～30℃/s连续冷却时,贝氏体铁素体优先在奥氏体晶界处形核,然后呈板条状从奥氏体晶界向晶内长大,并且可以从最终的组织看到原奥氏体晶界.与未变形奥氏体相比,当奥氏体在880℃经过40%变形、并以10～30℃/s连续冷却时,由于变形增加了奥氏体晶粒的形变储存能,促进了先共析铁素体在奥氏体晶界位置优先形成,所以贝氏体铁素体只能在奥氏体晶内形成,从最终的室温组织不能看到原奥氏体晶界.     

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.     

一种贝氏体钢的性能及其界面结构原子像

研究了RE元素对一种贝氏体钢的强度和韧度的影响，结果表明，含微量RE比无RE的同一种贝氏体钢冲击韧度αk值提高1倍以上，抗拉强度也略有增加；上贝氏体铁素体－奥氏体之间的取向同时存在K－S和N－W关系和单独存在K－S关系。贝氏体铁素体－奥氏体高分辨像显示，两相界面不平直，α和γ两相内有系列刃型位错和结构小台阶，两相界面未显示出连续的严格共格关系。贝氏体铁素体亚片条宽度多为5.0-10nm范围。同时讨论了贝氏体铁素体－奥氏体间取向关系和RE元素提高强韧度的机制。     

贝氏体相变的形核与长大——贝氏体相变新机制(一)

研究贝氏体形核长大具有重要理论价值。实验观察了贝氏体的形核,从块状贝氏体形成机理研究起,延伸到各种碳含量钢的贝氏体相变机制,指出在超低碳钢中是γ→BF相变,在其他钢中是贫碳区(γ)→BF相变,本质上相同,仅仅组织形貌不同。奥氏体中存在贫碳区,依靠涨落形成贫碳区,贝氏体铁素体在贫碳区中形核。形核地点优先选择奥氏体晶界,仅下贝氏体可在晶内形核。计算了临界晶核尺寸和形核功。贝氏体形核-长大是界面上原子非协同热激活跃迁过程。超低碳贝氏体可呈块状、条片状,增加碳含量时,则以亚单元方式形成贝氏体铁素体(BF),形貌从块状向条片状演化。     

奥氏体析出相激发形核的原位TEM研究

利用原位透射电镜(TEM)观察双相不锈钢中奥氏体析出相变过程,发现了端-面连接的奥氏体激发形核现象。定量表征结果表明,激发形核奥氏体和先驱奥氏体与母相铁素体的位向关系都接近N-W,但属于不同的位向关系,且在不同的Bain环上。基于弹性相互作用能和界面能解释了激发形核奥氏体的择优晶体学取向,计算结果表明,先驱奥氏体与不同Bain环上激发形核奥氏体的弹性相互作用能为负值,且相邻奥氏体之间可以形成孪晶取向关系及共格孪晶界。     

金属热处理原理研究的新进展(二)

4.3贝氏体铁素体(BF)临界晶核及形核功[4] 依据观察,贝氏体铁素体在奥氏体晶界上形核,贝氏体铁素体片由亚单元组成,二维形状为四边形,立体形态似一个长方体.据此设贝氏体铁素体晶核为长方体,如图10所示,表示该晶核由若干个体心立方晶胞堆垛而成.晶核尺寸为a×a×b.该晶核由若干个bcc晶胞堆垛而成,小于亚单元尺度,并与母相奥氏体保持K-S位向关系,晶核在相界面MNKL上形成,与γ1具有半共格关系,即长方体的5个面与γ1保持共格连接,但晶核与γ2不可能存在共格关系,即DEFG面上不共格.     

钢中贝氏体长大方式的TEM研究

利用ＴＥＭ考察了钢中贝氏体铁素体／奥氏体相界面台阶结构及奥氏体精细结构。用ＴＥＭ温台发现在贝氏体增厚过程中新形成的贝氏体中存在奥氏体预存孪晶；在贝氏体铁素体／奥氏体相界面存在台阶结构，但台阶阶面可对应于母相奥氏体中孪晶面或层错面，表明台阶的阶面为共格的滑移界面。因而贝氏体铁素体／奥氏体相界面可通过界面台阶沿面缺陷进行保守滑移，贝氏体长大具有滑移切变特征。根据实验结果提出了贝氏体二次层错切变模型及组织形貌示意图。     

先共析渗碳体上形核的珠光体晶体学研究

利用SEM和EBSD技术表征了Fe-1.29C-13.9Mn (质量分数,%)钢中先共析渗碳体上形核珠光体的形貌和晶体学。大多数珠光体内铁素体与奥氏体之间接近K-S位向关系,与渗碳体之间则可出现多种择优位向关系。分析表明,魏氏渗碳体旁珠光体的形核领先相是铁素体,未观察到珠光体中渗碳体从魏氏渗碳体分支生长,或它们之间存在择优取向。晶界渗碳体旁珠光体存在2种可能:晶界渗碳体可延续为珠光体的渗碳体,同时铁素体往往与背靠奥氏体接近K-S位向关系,渗碳体可视为领先相,不排除铁素体为领先相的可能;同时也观察到晶界渗碳体与珠光体内渗碳体呈现不同取向,此时领先相是铁素体。珠光体团初期形貌不规则,生长后期两相基本保持平行片层结构,同一铁素体片层会存在取向变化甚至分层。     

INFLUENCE OF HOT DEFORMATION ON CONTINUOUS COOLING BAINITIC TRANSFORMATION IN A LOW CARBON STEEL

1.IntroductionRecently,greatprogresshasbeenmadeintheresearchofthebainiticmicrostructuralcharacteristicsandtransformationbehaviorfor(ultra)lowcarbonsteel,especiallyoncontinuouslycoolingtransformatio.[ll.Itisknownthatthemorphologyofbainiticstructurefromcontinuouslycoolingtransformationisverydifferentfromthatfromisothermalheatt...t...t[2--v].Fromtheviewpointofindustrialapplicationthattheultralowcarbonbainiticsteelareproduc,gdbythermomechanicalcontrolledprocess(TMCP),thestudyofcontinuouscoolingt…     

新型准贝氏体钢的开发与应用

准贝氏体钢是在贝氏体钢合金化的基础上添加适量的硅而组成的。准贝氏体是含碳过饱和的贝氏体铁素体板条和以不同形式分布的富碳奥氏体的复合组织。应用实践证明 ,准贝氏体钢具有高强、高韧、耐磨等特性 ,而且工艺性能良好 ,在许多工业部门有广阔的应用前景。准贝氏体是高强度超级钢的一种理想的基体组织。     

预相变马氏体对超级贝氏体钢组织热稳定性的影响

为明确超级贝氏体组织失稳机制以及探索提高超级贝氏体钢中残余奥氏体热稳定性的方法,通过预相变马氏体工艺,即在等温贝氏体相变前引入预相变马氏体,制备了中碳超级贝氏体钢。对比分析了回火前后中碳超级贝氏体钢显微组织和力学性能的变化,研究了预相变马氏体对中碳超级贝氏体钢中贝氏体组织及残余奥氏体热稳定性的影响。结果表明：预相变马氏体的存在能够细化贝氏体铁素体板条,提高残余奥氏体含量和热稳定性。预相变马氏体的引入及其对超级贝氏体组织的细化作用使得试验钢的屈服强度超过1 000 MPa,伸长率大于20%;300～600℃回火1 h后,高碳薄膜状残余奥氏体首先发生分解,形成细小的碳化物,然后贝氏体铁素体板条发生回复和再结晶,形成沿原板条方向的铁素体晶粒;600℃回火后试验钢的屈服强度仍与回火前相当,主要是预相变马氏体周围的薄膜状残余奥氏体未发生明显分解,能够抑制相邻贝氏体铁素体板条的回复。     

Carbon supersaturation of ferrite in a nanocrystalline bainitic steel

The extremely slow transformation kinetics of a nanocrystalline bainitic steel allows the carbon content of the bainitic ferrite away from any carbon-enriched regions such as dislocations and boundaries to be determined by atom probe tomography as the bainite transformation progresses at 200 °C. A high level of carbon, well above that expected from para-equilibrium with austenite, has been detected in solid solution in bainitic ferrite at the early stage of transformation. Results provide strong evidence that bainite transformation is essentially displacive in nature so that the newly formed bainitic ferrite retains much of the carbon content of the parent austenite.     

C-1.5Mn-2.5Ni-0.5Cr-0.5Mo合金焊缝组织的演化机制

利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了C-1.5Mn-2.5Ni-0.5Cr-0.5Mo合金系焊缝金属的微观组织,并通过Thermal-calc软件计算焊缝金属Fe-Ni相图,进而研究了焊缝金属从液相凝固到室温组织整个相变过程。此外还测试了焊缝金属的基本力学性能。研究表明:液态金属初生相为δ-铁素体,并以柱状方式生长,形成δ-铁素体柱状晶。温度下降,δ-铁素体开始向奥氏体转变,奥氏体晶粒也以柱状方式生长,形成柱状奥氏体晶粒。温度继续下降,在奥氏体晶界处最先发生相变形成贝氏体,而奥氏体内部最后发生相变转变成马氏体。原奥氏体晶界形核以及贝氏体侧向形核导致贝氏体呈交织状分布。焊缝金属具有良好的低温韧性,这是因为组织中含有大量交织状贝氏体。     

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。     

热模拟Q890高强钢焊接过程中组织转变的原位观察

采用高温激光共聚焦显微镜对6 mm厚Q890高强钢板进行了焊接热模拟试验。通过原位观察研究了不同焊接热输入条件下钢板显微组织的形核和核长大过程。结果表明:焊接后在t_8/5为300 s的条件下冷却的钢板奥氏体晶界析出块状铁素体,室温组织为先共析铁素体、粒状贝氏体和少量板条贝氏体;在t_8/5为60 s的条件下冷却的钢板,贝氏体转变从奥氏体晶界开始,室温组织主要为针状铁素体、板条贝氏体和粒状贝氏体;在t_8/5为30 s的条件下冷却的钢板,板条贝氏体呈缠结互锁状,室温组织主要为板条贝氏体和板条马氏体;在t_8/5为15 s的条件下冷却的钢板室温组织为板条马氏体及少量板条贝氏体。通过采用高温激光共聚焦显微镜进行焊接热模拟试验并结合组织转变的原位观察来判定高强钢钢焊接性能是可行的。     

Interpretation of the strengthening of steel with lower bainite and martensite mixed microstructure

A mixed microstructure consisting of lower bainite and martensite was introduced in an alloyed medium carbon steel (SCM 435) through an appropriate isothermal treatment and the variation in microhardness was measured as a function of lower bainite fraction. It was shown that a maximum hardness peak appeared when the steel contained about 20% lower bainite. A double etching technique using picric acid to reveal the prior austenite grain and Le Pera etchant to reveal the lower bainite phase showed that the microstructure became manifest through the partition of the prior austenite grain by the lower bainite plates. Based on such microstructural characteristics, a model interpreting the strengthening of the steel through the presence of lower bainite was constructed and shown to be well-fitted with the experimental results. The model took into consideration of three factors: the refinement of the martensitic substructure through the presence of lower bainite, the carbon shifting from bainitic ferrite into untransformed austenite during lower bainite transformation and the mixture rule.