鋼的中溫轉(zhuǎn)變與中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物

1、中溫相變與中溫組織北京科技大學(xué)材料物理與化學(xué)系楊善武主要內(nèi)容n中溫相變的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、晶體學(xué)與轉(zhuǎn)變機(jī)制n貝氏體鋼的顯微組織與力學(xué)性能熱力學(xué)基礎(chǔ) 對(duì)于除壓強(qiáng)外不受其他外力作用的體系 dUTdS-PdV式中U為內(nèi)能，T為絕對(duì)溫度，S為熵，P為壓強(qiáng)，V為體積定義自由焓 G=U+PV-TS，則有 dG VdP-SdT體系一般處于恒溫恒壓（dT=0，dP=0）條件下，則有 dG 0，即平衡態(tài)為G取最小值的狀態(tài)定義自由能 F=U-TS，對(duì)于常壓下的固、液體系，PV遠(yuǎn)小于G中的其他相，可略去，故可用F代替G，即認(rèn)為恒溫恒壓下的平衡態(tài)為F取最小值的狀態(tài)鐵的特殊相變規(guī)律n如果一種金屬存在面心立方和體心立方兩種

2、原子排列方式，則一般在高溫會(huì)呈現(xiàn)體心立方結(jié)構(gòu)以增熵，低溫則會(huì)呈現(xiàn)面心立方結(jié)構(gòu)以降低內(nèi)能。n純鐵在結(jié)晶時(shí)呈體心立方結(jié)構(gòu)，隨著溫度降低會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎浇Y(jié)構(gòu)，但是繼續(xù)降溫至910以下，由于磁性作用，又會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)。n純鐵在910以上的面心立方結(jié)構(gòu)，有利于對(duì)其進(jìn)行熱加工，在常溫呈體心立方結(jié)構(gòu)保證了它的強(qiáng)度性能。鐵與碳，不是冤家不聚頭n恨鐵不成鋼，有碳才成鋼。n用碳還原被氧化的鐵，導(dǎo)致碳自然溶入鐵晶格中，實(shí)現(xiàn)了最有效、廉價(jià)的強(qiáng)化。n碳在面心立方的奧氏體中的溶解度比在體心立方的鐵素體中的溶解度高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，這是一切熱處理技術(shù)的基礎(chǔ)。鐵碳相圖中溫相變的基本特征n中溫相變，又稱貝氏體相變，是過冷奧氏體

3、在介于共析轉(zhuǎn)變溫度與馬氏體相變溫度之間發(fā)生的一種轉(zhuǎn)變。n該類轉(zhuǎn)變需要借助于熱激活，并以形核、長(zhǎng)大的方式進(jìn)行。n中溫轉(zhuǎn)變可使樣品的拋光表面產(chǎn)生浮凸。n中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物包含貝氏鐵素體及與其伴生的殘余奧氏體（或其相變產(chǎn)物）。n貝氏鐵素體不跨越原奧氏體晶界，存在慣析面，與原奧氏體之間存在一定的取向關(guān)系。n貝氏鐵素體內(nèi)包含較高的位錯(cuò)密度，是典型的非平衡組織。n目前對(duì)中溫轉(zhuǎn)變機(jī)制尚無統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，有碳擴(kuò)散控制的切變、自回火馬氏體轉(zhuǎn)變和臺(tái)階機(jī)制等不同看法并存。貝氏體組織實(shí)用化的困難n上貝氏體組織容易得到，但力學(xué)性能不佳n下貝氏體組織性能優(yōu)良，但只能在分級(jí)淬火與等溫過程中得到n在連續(xù)冷卻過程中得到性能優(yōu)良的貝氏體是貝

4、氏體組織實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵An illustration of the growth of bainite and the development of upper and lower bainite熱影響區(qū)冷裂紋敏感性 19501990年不同級(jí)別鋼的發(fā)展變化情況如何做到既降碳，又提高強(qiáng)度？n結(jié)構(gòu)鋼主要分三大類，即：鐵素體珠光體鋼、回火馬氏體鋼和貝氏體鋼n鐵素體珠光體鋼與回火馬氏體鋼的強(qiáng)度均明顯依賴于碳含量n貝氏體鋼的強(qiáng)度與碳含量關(guān)系不大n貝氏體鐵素體的碳含量與多邊形鐵素體的碳含量接近低碳情況下如何得到貝氏體n增加鋼中擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素n增加鋼中限制碳擴(kuò)散的元素n添加抑制鐵素體形核的元素低碳貝氏體

5、鋼中常用合金元素nC、Mn、Ni、Cu：擴(kuò)大奧氏體區(qū)nNb、Ti、Mo、V、Cr：碳化物形成元素，處于固溶狀態(tài)時(shí)推遲轉(zhuǎn)變nB：偏聚于奧氏體晶界，抑制鐵素體形核nSi：抑制鋼中滲碳體形成微合金元素交互作用對(duì)Ts的影響微合金元素B、Nb、Ti對(duì)Fs和Bs的影響The TTT diagram of low alloy steel (Aaustenite; PFpolygonal ferrite; Ppearlite; MFmassive ferrite; BFbainite ferrite).Continuous cooling transformation curve of low alloy s

6、teel. 準(zhǔn)多邊形鐵素體 貝氏鐵素體（板條狀貝氏體）Optical micrograph of quenched-inWidmanstatten platesSEM observations of (a) the incipient period of IGF nucleation on MnS inclusions and (b) grown-up AF on MnS inclusions (inversed image) (c) EDX analysis of inclusions indicated by arrows in (b).3D reconstructed image of

7、a group of acicular ferrite in the specimen isothermally reacted at 570 C for 1 s. The inclusion is indicated by an arrow.(a) Optical micrograph and (b) TEM observation of microstructure after 420 s at 400 C (RA and BF show retained austenite and bainitic ferrite, respectively).Scanning electron mic

8、rographs showing the microstructure of the specimens obtained from various deformation parameter (deformation temperature, deformation amount): (a) without austenite deformation; (b) 30% deformation at 780 C. BF: bainitic ferrite; MA: martensiteaustenite island.SEM micrograph of the bulk CMnSiAl car

9、bide-free bainite phase.低碳貝氏體鋼優(yōu)良綜合性能的起源n板條型顯微組織造成的實(shí)質(zhì)性細(xì)化n貝氏鐵素體的低碳含量n多種界面（板條間界面、板條束界面與原奧氏體界面）共存n多種顯微組織的共存n高密度位錯(cuò)為第二相彌散析出強(qiáng)化提供了形核位置Schematic of different stages of the development of bainite transformation(a) TEM image showing a group of laths with alternating black/white contrast. (b) Examples of Kikuchi patterns taken in the laths, A, B, C and D marked in (a) illustrating the alternating changes in orientation from lath to lath.優(yōu)化中溫組織的措施n微合金化與控制軋制，目的在于通過促進(jìn)形核、限制長(zhǎng)大來細(xì)化貝氏體板條束n控制冷卻，目的在于得到合適的組織構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)最佳的軟硬組織搭配n熱處理，進(jìn)一步改善強(qiáng)韌匹配再結(jié)晶再結(jié)晶- -析出析出- -溫度溫度- -時(shí)間（時(shí)間（RPTT）關(guān)系圖）關(guān)系圖析出與再結(jié)晶的相互作用 軋后加速冷卻的主要控制參數(shù)n開冷溫度：決定鋼中多邊形鐵素