MIDDLE TEMPERATURE TRANSFORMATION OF MASSIVE FERRITE IN LOW OR MEDIUM CARBON ALLOY STEELS

在低、中碳合金钢的中温区内,除板条状铁素体转变外还存在块状铁素体转变。中温块状铁素体的三维形态呈不规则的或等轴的块状,系由较高密度位错的块状亚结构所组成,它可在晶内或晶界形核,非共格长大。在相变时,γ/α间不具有固定的位向关系、惯析面与长大取向。随着形成温度的降低,在块内可出现不同分布方式的碳化物,它们与基体间各具有一定的位向关系和惯析面。在块内、块间或沿晶界可形成富碳的岛状组织,常温下它是由M或M+A所组成,其中马氏体与母相间有K-S和N-W位向关系。初步认为,中温块状铁素体组织的形成是铁原子短程扩散的γ→α转变与碳原子长程扩散并以富碳岛状组织或碳化物的方式出现的综合结果。     

碳含量对铬钼钢贝氏体组织形貌的影响

取超低碳的高纯钢和12CrMo、20CrMo、35CrMo、9Cr2Mo和GCr15等工业用钢,淬火时发生中温转变．然后应用QUANTA-400型环境扫描电镜观察贝氏体组织形貌的变化。发现,随着碳含量的增加,过冷奥氏体在中温区的转变,由块状相变到低、中碳无碳化物贝氏体转变,演化到高碳羽毛状上贝氏体和竹叶状下贝氏体。表明含碳量对贝氏体形貌产生显著的影响。探讨了影响机制,认为：（1）块状转变与贝氏体相变有亲缘关系。贝氏体相变时由成分涨落形成贫碳区,并且在贫碳区中形核（BF）,它与块状转变的γ→α没有本质上的区别,属于非协同型的无扩散相变。依靠原子的热激活跃迁进行界面移动的过程,新相可连续长大。（2）随着碳含量的增加,在贝氏体铁素体片条之间留下富碳的奥氏体薄膜,铁素体片条之间不能融合时,则得到无碳贝氏体;如果BF片条之间的富碳奥氏体中析出碳化物,则形成羽毛状上贝氏体;如果在BF／γ相界面上析出碳化物,将贝氏体片分割成许多细小的亚单元,则得到竹叶状下贝氏体。     

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.     

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.     

贝氏体相变机制与块状转变

应用JEM-2010高分辨电镜和Quanta-400型环境扫描电镜,运用试验与综合分析的方法,研究了纯铁的块状转变和钢中的贝氏体相变.通过对相变的形核、长大,贝氏体亚单元和组织的形成的综合研究和分析,认为贝氏体相变与块状转变存在亲缘关系.依靠随机涨落,形成贫碳区,贝氏体铁素体在贫碳的奥氏体中形核.Fe原子和替换原子通过热激活跃迁、界面扩散或切变等方式,重复产生亚单元.在亚单元边界处的富碳奥氏体中析出碳化物,或成为残留奥氏体.贝氏体相变机制具有过渡性,即切变-扩散整合机制.     

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。     

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.     

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.     

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。     

Fe-C-Mo合金中温转变后期的研究

本文研究了Fe-C-Mo合金在其动力学B_s点附近(海湾区)长时期等温转变过程形成的组织.发现合金在转变后期贝氏体铁素体片块长大的同时,以形成一种粒状形态的共析产物而完成其中温转变.透射电镜研究确定粒状共析组织中的碳化物是(FeMo)_3C,不同于片块贝氏体铁素体内的碳化物Mo_2C.     

20MnCrNi2MoRE钢贝氏体回火过程

针对20MnCrNi2MoRE低合金耐磨铸钢,采用洛氏硬度计、扫描电镜和透射电镜观察分析其在200~650℃范围内的回火转变过程。结果表明,20MnCrNi2MoRE钢铸态组织为粒状贝氏体,200℃回火时,贝氏体铁素体条首先发生变化,500℃回火时,在贝氏体铁素体条内、晶界及位错处观察到有碳化物析出。300℃回火时观察到(M/A)岛发生分解,650℃回火时(M/A)岛已经完全分解。低于500℃回火时,硬度变化不大,500℃以上回火时,由于位错密度降低和碳化物聚集长大,使硬度显著降低。     

K477合金热暴露的组织稳定性研究

采用扫描电镜和图像分析软件,对K477合金在不同温度(900、940、980和1020℃)下分别热暴露200 h后的组织稳定性进行了研究。结果表明:K477合金的主要强化相γ'相随热暴露温度的升高而粗化,但体积分数随热暴露温度升高而降低,晶界分布的片状γ'相长大并连接起来。晶内和晶界处的块状MC碳化物转变成M23C6碳化物,并且在表面形成γ'包膜。γ'相对碳化物和晶界的包裹阻止了碳化物的长大,同时对晶界起到了强化作用,随热暴露温度的升高,K477合金的硬度有所提高。     

退火保温时间对温轧后中碳Cr-Mo钢组织转变的影响

通过对温轧后中碳Cr-Mo钢在650℃退火保温不同时间,研究了保温时间对组织演变的影响。结果表明:保温时间越长,铁素体、碳化物长大越明显,当保温4 h时,铁素体平均尺寸为0.897μm。随着保温时间由1 h延长至4h,小角度晶界的相对比例由54.9%减小至50.8%,其织构由旋转立方织构及{111}112织构向{100}490织构转变。     

“相间沉淀”的实质——珠光体转变研究之三

所谓"相间沉淀",其产物是铁素体基体上分布着弥散的碳化物颗粒,多数是特殊碳化物(MC),有时为渗碳体。碳化物颗粒极为细小,只有几个纳米大小,一般呈不规则分布,有时呈点列状规则分布。"相间沉淀"的机制是:过冷奥氏体在孕育期通过涨落形成贫碳区和富碳区,在奥氏体晶界处形成新相晶核。晶核由铁素体和碳化物两相构成,共析共生,本质上是以伪共析形式完成的珠光体转变。     

钒、钛元素对Fe-C合金等温转变动力学和形成组织的影响

研究了含钒、钛元素的Ｆｅ－Ｃ合金等温转变动力学和组织转变。等温相变时,铁素体以激发形核方式成核,以扩散型的台阶侧向生长而长大,岛状组织（Ｍ＋Ａ）是中间相变产物,最终产物为铁素体与碳化物。分析了钒、钛元素的碳（氮）化物析出的相形貌、结构和化学组成的关系,提出了碳（氮）化物析出相的在奥氏呈立方形态析出,在铁素体中呈片状形态析出,延长等温转变时间、上两种碳（氮）化物发生球化。讨论了硅、锰元素对Ｆｅ－Ｃ合     

钢中贝氏体预相变过程的研究

用扫描俄歇显微探针（ＡＥＳ）分析了６５Ｓｉ２Ｍｎ钢中温转变孕育期内碳原子的成分变化。结果表明，在中温转变孕育期等温时，奥氏体晶界附近及晶内均形成可稳定存在的贫碳区。贝氏体预相变的实质是碳原子向晶界及其他晶体缺陷扩散偏聚而形成贫碳区的过程。中温转变孕育期内形成贫碳区具有热力学及动力学可能性。     

等温淬火球墨铸铁精细结构分析

借助SEM和TEM探索了不同等温淬火温度下等温淬火球墨铸铁(ADI)基体组织的精细结构特征。结果表明,当等温淬火温度为280℃、330℃和380℃时,对应的ADI基体组织分别由奥铁体、奥铁体+条状奥氏体、奥铁体+条状奥氏体+块状奥氏体组成。随着等温淬火温度的升高,奥铁体组织发生粗化,块状高碳奥氏体数量增多,且在奥氏体化温度为920℃时,铁素体针随着奥氏体化保温时间的延长而增长。同时,在普通光镜下观察到的奥铁体组织实则由位向大体平行或位向角约呈20°～25°的高碳奥氏体片和铁素体片交错组成,且在较低温度下等温转变得到的ADI基体中存在有一簇簇由位向大体平行的纳米级高碳奥氏体薄片和纳米级铁素体薄片相互交错组成的极细奥铁体组织,其数量随着等温转变温度的降低而增多,在纳米级高碳奥氏体薄片/针状铁素体薄片晶界处未有碳化物的生成,并且在相邻两簇极细奥铁体之间又夹含有位向角约呈20°～25°的奥铁体组织。此外,在ADI基体组织中的铁素体薄片两侧的奥氏体中碳含量较高,且在沿垂直于铁素体针生长方向上,奥氏体中碳含量随离开铁素体/奥氏体晶界距离的增大逐渐减小,而在块状奥氏体内部,碳含量则呈"U"型分布。     

钢中贝体预相变过程的研究

用扫描俄歇显微探针（ＡＥＳ）分析了６５Ｓｉ２Ｍｎ钢中温转为孕育期内碳原子的成变变化。结果表明，在中温转变孕育期等温时，奥氏体晶界附近及晶内均形成可稳定的贫碳区。贝氏体预相变的实质是碳原子向晶界及其他晶体缺陷扩散偏聚而形成贫碳区的过程。中温转变孕育期内形成贫碳区具有热力学及动力学可能性。     

热加工过程中Ni基变形高温合金析出相的演变规律

变形高温合金在热加工过程中的相析出行为是影响合金抗拉强度的重要因素之一。本实验对GH4738合金在热加工过程中不同阶段的 MC,M23C6,γ′相三种析出相进行跟踪研究。析出相在热加工过程中不同阶段的表现：（1）合金坯料中的主要析出相为初生MC碳化物和初生γ′相。（2）合金经热变形后,初生MC碳化物发生部分分解并析出纳米级晶内次生MC碳化物和少量晶界次生M23C6碳化物,同时析出次生γ′相。（3）合金经热处理后,初生MC碳化物进一步分解直至完全溶解,进而纳米级晶内次生MC碳化物转变为大量酒瓶状晶内次级M23C6碳化物,同时γ′相接近于完全析出,但γ′相会有小幅度的长大。