25SiMn钢奥氏体等温相变过程的数值模拟

建立了25SiMn钢奥氏体.铁素体相变的二维元胞自动机介观模型.模拟结果显示,对于某一给定温度,铁素体的长大速度在相变过程中逐渐降低,当生长速度接近于0时,奥氏体相中相界面处平衡碳浓度为0.527 74%.此外,模拟结果也显示,由于奥氏体晶界上的碳原子扩散和奥氏体-铁素体相界面移动都较奥氏体晶内更快,奥氏体晶界上铁素体晶粒形貌为椭圆形.铁素体相的长大速度与奥氏体-铁素体相界面处的奥氏体相一侧碳原子浓度有关.     

低碳钢形变强化相变的特征

介绍了低碳钢形变强化相变的基本概念及主要特征．系统的研究工作证实了变形显著地加速了低碳钢过冷奥氏体向铁素体的相变过程．形变强化相变是一个以形核为主导的过程直到相变完成以前，形核始终存在于新相与原奥氏体相界面的高应变区．由于几何空间与成分条件上受到一定的限制，长大及各向异性都不太明显，铁素体晶粒超细化．实验工作还证实了转变动力学呈现明显的3个阶段，它们分别与相变铁素体在原奥氏体晶界上的形核，在铁素体／奥氏体相界前沿高畸变区的形核，及被铁素体晶粒所包围的残存奥氏体上的相变形核等过程相对应。     

碳含量对奥氏体等温相变影响的数值模拟

利用二维元胞自动机介观模型对不同碳含量影响下钢的奥氏体-铁索体等温相变过程进行了数值模拟.模拟结果显示,等温相变最终铁索体体积分数取决于相变初期铁素体生长速度.由于碳含量不同,15SiMn钢铁索体初始生长速度较25SiMn钢的快,因而,最终铁素体体积分数较大.此外,模拟结果也显示.铁索体相的长大速度取决于奥氏体-铁素体相界处奥氏体相一侧碳原子浓度.15SiMn钢奥氏体相的平衡碳浓度较25SiMn钢的低.     

铌、钛微合金化仿晶界型铁素体/粒状贝氏体复相钢的形变诱导铁素体相变的研究

以仿晶界型铁素体型/粒状贝氏体复相钢为对象,研究了铌、钛微合金化对其形变诱导铁素体相变的影响以及以仿晶界铁素体/粒状贝氏体为基本组织的复相钢形变诱导铁素体相变规律.研究表明,仿晶界铁素体/粒状贝氏体复相钢进行微合金化,会使其形变诱导铁素体相变受到抑制而推迟;同时因为微合金元素的加入,细化了相变中诱导析出的铁素体晶粒,有利于复相钢中粒状贝氏体的形成.形变参数对相变过程有着显著的影响,奥氏体化温度决定了奥氏体原始晶粒尺寸同样影响着形变诱导铁素体相变过程.采用合适的形变参数和奥氏体温度都可以促进形变诱导铁素体相变的进行从而细化铁素体晶粒.     

相场法模拟Fe-C合金中奥氏体-铁素体等温相变过程

运用相场法研究了Fe-C合金在临界区等温过程中发生的奥氏体-铁素体相变过程.通过分析铁素体生长过程中C的扩散行为,发现奥氏体-铁素体相变表现为混合控制生长的特征,奥氏体/铁素体相界面处于非平衡状态.进一步研究了不同等温温度(1010,1048和1087 K)下奥氏体-铁素体相变的微观组织和C浓度场的演化情况.结果表明,随着等温温度的降低,铁素体形核率增加,铁素体相变平衡体积分数增加,但奥氏体内部C浓度分布的不均匀程度加剧,1010 K等温时的微观组织呈现为不规则细小铁素体晶粒围绕分散分布的残余奥氏体的两相结构.随着等温温度的降低,奥氏体-铁素体相变过程表现出由扩散控制生长模式向界面控制生长模式转化的趋势.     

低碳钢中晶界铁素体/原奥氏体界面对贝氏体转变的影响

采用电子背散射衍射 (EBSD) 研究了低碳Fe--C--Mn--Si钢中晶界铁素体/原奥氏体界面对贝氏体形核的影响. 通过两阶段等温热 处理, 获得了晶界铁素体和贝氏体的混合组织. 结合金相观察和取向测量, 发现晶界铁素体与贝氏铁素体之间的界面分为两种, 一种界面不清晰, 一种界面清晰. 分析表明, 在晶界铁素体/贝氏体界面不清晰一侧, 晶界铁素体与原奥氏体保持取向关系, 贝氏体在这类界面形 核生长, 且取向与晶界铁素体保持一致; 在晶界铁素体/贝氏体界面清晰一侧, 晶界铁素体与原奥氏体无取向关系, 且贝氏体与晶界铁素体之间取向差较大.     

变形温度对形变强化相变完成时临界应变量的影响

利用“形变强化相变”机制研究了低碳钢过冷奥氏体在740℃和780℃,10s-1变形时的变形温度对相变完成时临界应变量εc的影响。结果表明,变形温度对εc和组织演变的影响很大。在740℃和780℃变形时,εc分别为0.96和1.39,变形温度降低明显促进了相变。变形温度对εc的影响在组织演变上主要表现为铁素体形核地点的不同。740℃变形时,铁素体由奥氏体晶界形核过渡到以形变带形核为主,形核速率极高;780℃变形时,铁素体由奥氏体晶界形核过渡到在铁素体/奥氏体相界面前沿高畸变区快速形核。     

Fe-C-Mn三元合金中奥氏体-铁素体相变的相场模拟

采用相场法研究了Fe-C-Mn三元合金在临界区等温过程中发生的奥氏体-铁素体相变。基于Gibbs自由能守恒理论,在相场模型中考虑了替换型元素Mn在奥氏体/铁素体相界面内扩散所导致的自由能耗散,描述了Fe-C-Mn三元合金中因Mn在相界面偏聚所导致的相变停滞和相变不完全现象。利用相场模型研究了Mn含量对奥氏体-铁素体相变微观组织转变和相变动力学的影响。结果表明,随着Mn含量的增加,铁素体相的转变速率和体积分数降低,Mn在奥氏体/铁素体相界面内扩散所导致的溶质拖曳现象越明显,相变不完全程度加剧。     

低碳微量铌钢形变过程中动态相变的特点

用热模拟变形实验研究了低碳微量铌钢形变中的动态相变以及形变后冷却中的相变行为,透射电镜观察了Nb（CN）的析出及对铁素体晶粒截径和体积转变量的影响。结果表明：含Nb钢动态相变中铁素体形核位置依次为原奥氏体晶界、铁素体,奥氏体的相界前沿直至奥氏体晶内,随着细小的应变诱导Nb（CN）析出在基体上弥散分布,铁素体的转变量大幅增加并且其相变长大趋势得到有效抑制,使得铁素体的长大在时间和空间上均受到限制,是一个以形核为主的过程,相变完成后铁素体晶粒截径约为2舯;而形变后冷却相变工艺中铁素体的形核位置主要为奥氏体晶界以及形变带,而大量弥散分布的Nb（CN）析出对细化铁素体晶粒的作用并不明显,是一个形核长大的过程,最终得到的铁素体晶粒截径约为7μm。     

低碳含铌细晶双相钢的组织控制

利用热模拟压缩变形实验研究了低碳含铌钢基于过冷奥氏体动态相变细晶双相钢的组织控制.相变前的奥氏体状态(再结晶奥氏体或形变奥氏体组织)及Nb的存在状态对动态相变有较大的影响.结果表明,由于铌在再结晶奥氏体中主要以固溶状态存在,其固溶拖曳作用延迟了铁素体动态相变,要求在动态相变中施以大的应变量才能获得细小马氏体岛弥散分布于细晶铁素体中的双相组织;形变奥氏体中,大部分铌在奥氏体未再结晶区形变中应变诱导析出,动态相变中固溶铌拖曳作用的降低以及未再结晶区形变对奥氏体有效晶界面积(Sv)的提高均有利于铁素体在动态相变中快速形核,在小应变量下即可获得铁素体晶粒为1～2μm,马氏体岛＜1μm的超细晶双相组织.     

Fe－Ni合金贝氏体长大原位观察

利用透射电镜观察了Ｆｅ—３０ｗｔ—％Ｎｉ合金贝氏体铁素体／奥氏体界面结构，并利用透射电镜高温样品台对贝氏体铁素体台阶长大进行了原位动态观测。结果表明，铁素体呈台阶长大形态，在铁素体／奥氏体宽面上存在Ｂｕｒｇｅｒｓ矢是为［１１１］ｂ型的刃型错配位错，铁素体台阶的增厚速率与按Ｚｅｎｅｒ—Ｈｉｌｌｅｒｔ方程计算结果相符。为关于贝氏体生长台阶长大机制提供实验证据。     

Modeling austenite decomposition into ferrite at different cooling rate in low-carbon steel with cellular automaton method

The austenite decomposition into ferrite during continuous cooling in low-carbon steel has been investigated with a two-dimensional cellular automaton (CA) approach. In this model, the growth of ferrite grain is controlled by both carbon diffusion and γ–α interface dynamics. In order to predict the growth kinetics of ferrite grain, the coupled carbon diffusion behavior in untransformed austenite and γ–α interface dynamics are numerically resolved. The simulation provides an insight into the carbon diffusion process in retained austenite and microstructure evolution during the transformation. The predicted ferrite growth kinetics and average grain size at different cooling rates are compared with experimental results in the literature and the simulated results show that the final grain size and newly formed ferrite fraction vary with cooling rate. The γ–α interface is stable in the studied cooling rate range (up to 58 °C s⁻¹) in this work, so the simulated morphology of ferrite grain is almost equiaxed, which is not influenced by the anisotropy of the hexagonal mesh in this CA model.     

钢中珠光体相变机制的研究进展

简要总结了钢中珠光体相变的机制，特别是珠光体形核的晶体学和长大的动力学。基于形核时的最小形核能和渗碳体与铁素体“合作”生长的要求，珠光体通常在奥氏体晶界形核并只向某一晶粒内生长，因而晶界珠光体与相邻晶粒存在特定取向关系而与生长进入的晶粒无特定取向关系。晶体学研究表明，珠光体形核的领先相与碳浓度及渗碳体与铁素体间的取向关系(分别为Pitsch-Petch、Bagaryatsky或lsaichev)无关。最近的研究发现，具Bl结构的非共格杂质粒子界面是过共析钢中晶内珠光体形核的有效位置，初步的结果表明，晶内珠光体形核的原因在于杂质粒子生长造成的局部区域碳贫化及低能的珠光体，杂质界面取代高能的奥氏体，杂质界面。特定过冷度下的层片间距与正向界面推移速率的关系是珠光体生长动力学的主要问题。基于珠光体与奥氏体间的无序界面假设和稳态扩散方程分别发展了以体扩散控制和以界面扩散控制为主的动力学理论。两种理论均与实验结果符合较好，但后者似更合理。最近的实验在珠光体中发现了生长台阶与结构台阶，表明生长动力学方程需要修正。     

Atomic scale observations of bainite transformation in a high carbon high silicon steel

A fine-scale bainitic microstructure with high strength and high toughness has been achieved by transforming austenite at 200 °C. X-ray diffraction analysis showed the carbon concentration of these bainitic ferrite plates to be higher than expected from para-equilibrium. Atom-probe tomography revealed that a substantial quantity of carbon was trapped at dislocations in the vicinity of the ferrite–austenite interface. These results suggest that the carbon trapping at dislocations prevents the decarburization of super-saturated bainitic ferrite and therefore alters the carbide precipitation sequence during low-temperature bainite formation.     

Phase field simulation of the carbon redistribution during the quenching and partitioning process in a low-carbon steel

Phase-field modelling is used to simulate the quenching and partitioning process in a low-carbon transformation-induced plasticity (TRIP) steel, in order to understand the carbon redistribution in the microstructure during the heat treatment. The simulations show that, depending on local characteristics of the microstructure, including phase distributions and carbon-concentration gradients, different features in the carbon evolution during the partitioning step occur that are physically and practically relevant, but are not accessible for experimental observation. The overall carbon partitioning from martensite to austenite occurs not only by direct diffusion from martensite to austenite, but also through the bulk ferrite grains. The simulations also show interface migration driven by the free-energy difference between austenite and martensite, which affects the fractions of phases and the dimensions of the austenite grains. The carbon content of individual austenite, martensite and ferrite grains as well as average values are analysed, showing that the carbon concentration within the austenite grains is strongly inhomogeneous at short partitioning times, which contributes to a variable mechanical stability of individual austenite grains, affecting the occurrence of TRIP.     

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.     

低碳钢SS400形变强化相变组织演变的动力学

采用Gleeble 1500热模拟机进行压缩实验,研究了Q235级别低碳钢SS400在750和780℃形变强化相变组织演变及动力学的定量特征．过冷奥氏体形变过程的形变强化相变按照其转变动力学的特征可分为3个阶段：前2个阶段的转变动力学方程形式与J-M-A方程的形式相符,而第3阶段的转变动力学与J-M-A方程的形式不相吻合．第1阶段符合Cahn的“位置饱和”机制,动力学参数n值为4,对应于铁素体在原奥氏体晶界及三叉界的形核及快速长大．第2阶段不符合Cahn的“位置饱和”机制,n值在1．0—1．5之间,对应于晶内奥氏体／铁素体前沿畸变区的大量形核．第3阶段对应于剩余少量形核位置时的转变变缓过程．变形提高了晶粒的形核率,同时促进了晶粒的长大速率;形变强化相变铁素体晶粒转变初期的长大速率随应变速率的增加而增大。     

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。     

硼在超低碳钢铁素体相变中的行为

用显微组织与硼的自射线径迹显微照相（ＰＴＡ）定位对照方法,研究了超低碳钢铁素体相变中微量硼的行为。发现在等温铁素体相变发生前,硼已偏聚在奥氏体晶界上。沿晶界长出的小块铁素体中硼浓度明显高于奥氏体,但随铁素体长大,其硼含量逐渐与母相持平。在铁素体／奥氏体,铁素体／铁素体边界上没有形成明显的硼偏聚。这些现象表明,铁素体长大不受硼在奥氏体中扩散的控制。