巨型台阶的透射电镜观察及其可动性探讨

用透射电镜观察了下贝氏体铁素体宽面上三维形态的巨型台阶，发现巨型台阶可在异相前沿堆积而成尺寸更大的巨型台阶，导致巨型台阶堆积的相为另一片下贝氏体铁素体或下贝氏体碳化物。实验观察到下贝氏体碳化物在巨型台阶前沿奥氏体内分析出，而并非在下贝氏体铁素体内析出，有关巨型台阶的堆积与下贝体碳化物来源的实验结果为下贝氏体铁素体扩散控制台阶长大机制提供了重要的实验证据。     

200Cr12钢下贝氏体碳化物来源及形成机制

通过本文实验用钢的研究，证明了下贝氏体碳化物的来源。用透射电镜（ＴＥＭ）证实下贝氏体碳化物在下贝氏体铁素体宽面上巨型台阶前沿析出，且呈楔状形态，楔根（较粗的一端）源于巨型台阶前沿，楔尖指向奥氏体基体内部；随着离α／γ界面距离的增加，楔状碳化物截面逐渐变细，最后演变为楔尖状。实验表明：下贝氏体碳化物优先在α／γ界面上巨型台阶阶面前沿形核，或在界面附近奥氏体侧形核，也可在贝氏体铁素体亚片条间奥氏体内形     

贝氏体相变理论研究进展

总结了国内外贝氏体相变理论研究领域的主要研究成果，急论焦点和重大分歧，涉及贝氏体相变过程伴随的表面浮凸效应，相变产物晶体学，贝氏体铁素体的“中脊”和“边脊”，下贝氏体碳化物的析出形态等，研究了贝氏体碳化物的不同特殊析出形态和α／γ相界面的巨型台阶，提出贝氏体铁素体可能按置换型原子体扩散控制台阶机制长大。     

贝氏体相变理论研究进展

总结了国内外贝氏体相变理论研究领域的主要研究成果、争论焦点和重大分歧，涉及贝氏体相变过程伴随的表面浮凸效应、相变产物晶体学、贝氏体铁素体的“中脊”和“边脊”、下贝氏体碳化物的析出形态等；研究了贝氏体碳化物的不同特殊析出形态和α／γ相界面的巨型台阶；提出贝氏体铁素体可能按置换型原子体扩散控制台阶机制长大。     

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.     

下贝氏体铁素体宽面上的台阶结构

采用透射电镜技术研究高碳钢下贝氏体铁素体与母相奥氏体界面结构,发现铁素体宽面上存在可移动的生长台阶、巨型台阶以及它们的三维形态;在下贝氏体铁素体宽面上还存在结构台阶,生长台阶也可以由结构台阶演变而来,为下贝氏体的台阶生长机制提供了实验证据。     

贝氏体巨型台阶和界面结构

使用ＴＥＭ和ＨＲＥＭ分别对贝氏体铁素体和Ｃｕ－Ｚｎ－Ａｌ合金贝氏体台阶形貌和界面结构进行了观察。钢中贝氏体铁素体和Ｃｕ－Ｚｎ－Ａｌ合金贝氏体宽面上存有单台阶、多台阶、系列台阶和三维台阶。贝氏体铁素体台阶高度为６～１６０ｎｍ，相当于｛１１１｝晶面１０００个原子层厚度。Ｃｕ－Ｚｎ－Ａｌ合金台阶高度为几个至几十个纳米。贝氏体铁素体有与马氏体不同的丰富的精细结构。贝氏体铁素体和Ｃｕ－Ｚｎ－Ａｌ合金中有丰富的台阶和巨型台阶。文中讨论了贝氏体的相变机制。     

下贝氏体碳化物源的高温电镜观察

在JEM-1000超高压透射电镜高温台中对40CrMnSiMoV钢310℃等温所得下贝氏体进行定点动态观察的结果表明,原先无碳化物的贝氏体铁素体内,在高于等温转变温度经一定时间回火后,析出了典型下贝氏体碳化物。这说明下贝氏体铁素体是过饱和碳的。奥氏体中也可析出碳化物,但不具备下贝氏体碳化物的典型特征。     

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矢量为［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。     

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。     

LEDGE STRUCTURE ON BROAD FACES OF FERRITE PLATES IN LOWER BAINITE

The ferrite/austenite interfacial structure in lower bainite has been studied in ahypereutectoid steel by means of electron microscopy.It is found that the mobile growthledges and superledges and their three-dimensional morphologies exist on the broad faces offerrite plates.Structural ledges were also observed on the broad faces of lower bainite.Basedon TEM observations,the viewpoint that the growth ledges can also evolve from structuralledges is proposed.These observations provide evidences to the ledge growth mechanism oflower bainite.     

Application of interrupted cooling experiments to study the mechanism of bainitic ferrite formation in steels

New interrupted cooling experiments have been designed to study the kinetics of bainitic ferrite formation starting from a mixture of austenite and bainitic ferrite. It is found that the kinetics of bainitic ferrite formation during the cooling stage is determined by the isothermal holding time. The formation rate of bainitic ferrite at the beginning of the cooling decreases with increasing prior isothermal holding time. An unexpected stagnant stage during the cooling stage appears when the isothermal holding time increases to a critical point. There are two reasons for the occurrence of the stagnant stage: (i) a solute spike in front of the interface; and (ii) kinetic transition. A so-called Gibbs energy balance approach, in which the dissipation of Gibbs energy due to diffusion inside the interface and interface friction is assumed to be equal to the available chemical driving force, is applied to theoretically explain the stagnant stage. A kinetics transition from a fast growth mode without diffusion of Mn and Si inside the austenite–bainitic ferrite interfaces to a slow growth mode with diffusion inside the interface is predicted. The stagnant stage is caused by the transition to a slow growth mode. The Gibbs energy balance approach describes the experimental observations very well.     

准下贝氏体的孪晶及形成机制

透射电镜实验证实在含硅钢准下贝氏体组织中存在孪晶亚结构,贝氏体中脊亦存在孪晶。中脊与残余奥氏体孪晶是贝氏体铁素体切变共格长大时协调均匀切变形成的变形挛晶。     

IN SITU OBSERVATION OF LOWER BAINITIC CARBIDES PRECIPITATION

The lower bainitic carbides precipitation in 40CrMnSiMoV steel previously austempered at310℃ was observed in situ by employing a high temperature stage of an ultra high voltageTEM(JEM-1000).The typical lower bamitic carbides were found to have precipitated fromwithin the carbide-free bainitic ferrite after tempering for certain period at a temperaturehigher than that of the isothermal transformation.This revealed that the lower bainitic ferriteis supersaturated with carbon to some extent.The carbide may also precipitate from austenite,but they have no typical morphological features of lower bainitic carbide.     

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.     

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。     

低碳微合金钢中针状铁素体的形成与控制

低碳微合金钢连续冷却时都会产生多种类型的中温转变组织,低冷速下主要得到粒状贝氏体组织,高冷速下主要得到板条贝氏体组织．连续冷却时,在较高中温转变温度范围可形成针状铁素体,其转变受冷却速度和过冷温度影响．通过控冷可以在低碳微合金钢中得到贝氏体和针状铁素体多相组织,利用针状铁素体能改善高强度低碳微合金钢的综合力学性能．