相变扩散理论在低碳贝氏体钢中的应用

1、相变扩散理论在低碳贝氏体钢中的应用钢铁热处理理论的奠基者美国人贝茵（EC Bain）,在低合金钢的等温条件下获得了一种由高温转变至低温而产生的新的组织，于是他在1930年首先发表了这种转变产物的光学金相照片，后来人们把这种转变产物命名为贝氏体。由于贝氏体 具有很强韧的性能， 耐磨性和硬度明显优于其他材料，所以对它的研究转变规律很有必要。对于贝氏体的定义与转变机制目前有三种理解，其一是美国人阿洛申（H.LAaronson）和中国著名金属学家徐祖耀为代表的扩散学派，其二是中国人柯俊为代表的切变学派， 其三是介于两个学派之间的一种所谓转变机制转化连续性和阶段性理论。阿洛申（H.I.Aaronson）

2、及其合作者他们从合金热力学的研究结果认为，在贝氏体转变温 度区间，相变驱动力不能满足切变机制的能量条件，因而从热力学上否定了贝氏体转变的切变理论。他们认为贝氏体转变属于共析转变类型，以扩散台阶机制长大，属于扩散型转变。贝氏体相变的基本特征，它既有马氏体的相变特征又有珠光体转变特征。贝氏体相变是扩散型相变。有碳原子的扩散且碳的扩散速度控制着贝氏体相变速率，并影响其形貌，贝氏体相变无铁原子及其它合金元素原子的扩散。贝氏体转变温度范围较宽，且转变前有有孕育期。其转变也存在一个上限温度和下限温度。贝氏体不是层片状产物， 而是在不同下得到不同类型贝氏体。（如高速钢）中, M s温度以下形成贝氏体，或呈现

3、其他较复杂的情况。较高 温度形成的贝氏体如图1，C曲线鼻部温度以上形成的贝氏体 ）为上贝氏体，较低温度（如贝氏体C曲线鼻部温度以下）形成的贝氏体为下贝氏体。上贝氏体以羽毛状组织为典型组织， 其脆性较大；下贝氏体多呈片状具强韧性，为材料工作者所青睐。贝氏体的相变动力学，通过形核、长大方式进行；贝氏体即可等温形成，也可变温形成；贝氏体等温转变的动力学也是呈现C型。R1如）雌堰体与贝氏体腭点建填大体音井为同一no洙尤萍与驭氏体馬朋殆塩聊m廿鬲舲ht圈贝氏体是非层状共析反应的产物，即一种特殊的共析反应。 通过台阶机制来说明贝氏体是相变扩散。根据台阶，贝氏体相变与珠光体转变的主要不同点是转变时移动的界面

4、不同。 在奥氏体晶界处形 a相与一侧的奥氏体保持半共格关系，两者之间存在一定位向关系；而 与另外一侧的奥氏体界面则为非共格界面。半共格界面通过台阶机制推移得到贝氏体铁素 体，非共格界面通过扩散机制得到珠光体。我们可以通过台阶机制认为相变时的浮凸是由铁素体和奥氏体的比容不同造成的。1 11例如Mn-B-Cr-Mo-Nb低碳钢，在控制轧制时分为两个阶段，第一阶段为奥氏体再结晶区 轧制，此阶段粗轧开始温度为1050 C,在该温度下轧制可以使奥氏体晶粒发生动态再结晶而使晶粒细化。第二阶段为奥氏体未再结晶区轧制阶段，此阶段开始轧制温度为950C，该温度下轧制可以使奥氏体晶粒压扁，而且在被压扁的奥氏体晶粒

5、内部会形成高密度位错，使相变后的组织细化可以提高奥氏体晶粒的形变储存能，终轧温度为820C。钢板经过控制轧制后进入层流冷却区进行冷却，冷却速度为12 C /s，终冷温度分别为 500 C、450 C和300 C。图3终冷温度为300 C钢板的显微组织图3是终冷温度为300C热轧板的光学显微组织，由图3可以看出，该组织属于典型的板条贝氏体组织。由于终轧温度是 820C,属于未再结晶区轧制， 因此原奥氏体晶粒被压扁 成饼状（图2b），而且原奥氏体晶界依稀可见，并在压扁的奥氏体晶粒内部形成板条束。由 于贝氏体板条束是大角度界面，所以通过扫描电镜能够分辨出板条束的取向（图2b中的A区、B区是代表不同取

6、向的板条束 ）。同时，板条束中的铁素体板条很细而且是小角 度界面，所以在光学显微镜下只能隐约观察到板条轮廓，但是在透射电镜下能够比较清晰地观察到铁素体板条（图2c）。另外，板条贝氏体的一个重要特征是，M/A岛颗粒细小而且排列有序，其排列方向大体与板条铁素体平行（图2b）。图4终冷温度为500 C钢板的显微组织终冷温度为500 C热轧板时由于终冷温度相对较高，因此热轧板在层流冷却及空冷过程中，过冷奥氏体全部转变为粒状贝氏体组织。与板条贝氏体相比， 粒状贝氏体的形成温度稍高，因此粒状贝氏体中的铁素体能够在较高温度下发生回复，导致其板条特征不如板条贝氏体明显。由图4c可见，粒状贝氏体中的铁素体亚结构

7、不呈板条状，而是近似呈等轴状，另 外，粒状贝氏体中的 M/A岛无序地分布在铁素体基体上 （图4a、4b），由于形成温度高于板 条贝氏体，所以粒状贝氏体中的M/A岛颗粒也更为粗大（图4b）。因为粒贝铁素体尺寸大、位错密度低，所以粒状贝氏体钢的强度明显低于板条贝氏体钢，屈服强度只有670 MPa，抗拉强度只有 815 MPa。但是，这种近等轴状且位错密度低的铁素体具有良好的塑性，而 且粒状贝氏体中的M/A岛呈无序排列，可以延缓裂纹的快速扩展。所以粒状贝氏体钢在 3个试验钢板中的塑性、低温韧性最好。图5终冷温度为450 C钢板的显微组织当热轧板的终冷温度为 450 C,介于500C、300C之间时，

8、其显微组织为粒状贝氏体 +板条贝氏体的混合组织（图5a、5b），表明过冷奥氏体在冷却过程中同时经过了粒状贝氏体 和板条贝氏体两个转变区域。因为材料的组织决定着材料的性能，所以，这个既有粒状贝氏体组织又有板条贝氏体组织的热轧板，其屈服强度、抗拉强度、塑性和韧性必然居于板条贝氏体钢与粒状贝氏体钢之间。终冷温度对热轧钢板最终的显微组织和力学性能影响很大，其中，板条贝氏体组织可以显著地提高钢的强度，而粒状贝氏体组织的韧性和塑性要强于板条贝氏体。低碳贝氏体钢中相变产物的类型、各相变组织的比例、组织细化等因素对钢的性能都有直接影响。 通过控制终冷温度， 调整钢中的板条贝氏体和粒状贝氏体组织所占的比例， 进

9、而 可以获得综合力学性能更加优良的高强钢板。 通过弛豫 一 析出 一 控制相变技术， 在终轧 后弛豫 (空冷) 阶段, 利用变形奥氏体中缺陷的回复及位错网上的应变诱导析出, 得到完整、强化的位错胞状结构或亚晶 , 这些类似小晶粒的位错胞状结构在中温转变时，能促进晶 内的铁素体或不规则粒状贝氏体的形成， 以及贝氏体在原奥氏体晶内形核 , 进而限制贝氏体 板条的长大 , 起到细化相变产物的作用。通过相变扩散理论可以给贝氏体的获得带来帮助， 因此我们要对贝氏体获得的方法要更深入的研究。学号： S1713W1061姓名：李果参考文献1. 徐祖耀，贝氏体相变简介 ;热处理 2006 年第 21 卷第 2

10、 期2. 于庆波 ,孙莹,倪宏昕 ,张凯锋 ;不同类型的贝氏体组织对低碳钢力学性能的影响;机械工程学报 2009 年 12 月第 45 卷第 12 期3. 尚成嘉 ,王学敏 ,杨善武 ,贺信 ;高强度低碳贝氏体钢的工艺与组织细化;金属学报 2003年 10 月 第 10 期第 39 卷4. 陈忠伟，张玉柱，杨林浩；低碳贝氏体钢的研究现状与发展前景；材料导报 2006 年 10 月 第 20 卷 第 10 期5. Yongli Chen， Liqing Chen， Xuejiao Zhou ； Effect of Continuous Cooling Rate on Transformation Characteristic in Microalloyed Low Carbon Bainite Cr