5.5贝氏体相变热力学.ppt

5.5贝氏体相变热力学 1 贝氏体相变的驱动力 贝氏体相变的驱动力是两派论争的焦点问题。贝氏体相变的阻力比马氏体小，但比珠光体转变大。贝氏体相变能量消耗比马氏体相变低。 进行切变需要较大的驱动力，相变驱动力的不足,被用来否定贝氏体切变过程的存在。 切变学派的贝氏体相变热力学模型： 1962年Kaufman，Radcliffe和Cohen首先提出了Fe-C合金贝氏体相变热力学模型，即KRC模型。 后来，Lacher等提出了LFG模型和Mclellan等提出了MD模型。 Fe-C合金贝氏体相变驱动力计算 按三种可能的相变机制进行相变驱动力计算。一是先共析转变，即由奥氏体中析出先共析铁素体，余下的是残留奥氏体，反应式为：γ→α＋γ1； 第二种是奥氏体分解为平衡浓度的渗碳体和铁素体，反应式为γ→α＋ Fe3C； 第三，奥氏体以马氏体相变方式转变为同成分的铁素体，然后，过饱和铁素体中析出渗碳体，自身成为过饱和碳含量较低的铁素体，即γ→α′ →α′′＋ Fe3C。 此三种模型均列出了供计算的数学表达式（略）。  按先共析铁素体转变计算，即由奥氏体中析出先共析铁素体，余下的是残留奥氏体，反应式为：γ→α＋γ1，这相当于亚共析钢在Ar3以下的析出过程，如图。 按第2种机制计算（按照共析分解计算）也是错误的，上已叙及，贝氏体相变绝非共析分解。 按第3种机制计算也不正确，因为，贝氏体相变是首先形成贫碳区，贫碳区中产生BF，而不是切变产生为同成分的α相。 计算结果： 0.1～0.5wt%含碳量的Fe-C合金，在Bs温度，γ→α＋γ1转变驱动力为-178～－227J/mol（KRC模型）和-196～-237J/mol（LFG模型）。 按γ→α′ →α′′＋ Fe3C机制计算， 0.8wt%含碳量的Fe-C合金在550℃时驱动力为-390J/mol （KRC模型）；和-181J/mol （LFG模型）。 不同钢种奥氏体与珠光体的自由能之差与相变温度的关系（实测值） 计算的贝氏体相变驱动力偏小 即使是作为共析分解的驱动力，在相同温度下，也比实测值小得多。 显然这些计算值并不是贝氏体相变的驱动力。而是A1～Bs之间某一温度下的先共析铁素体和共析分解的驱动力，即将铁素体-珠光体转变的驱动力当做了贝氏体相变驱动力。 KRC等模型的适应性 应用KRC模型计算钢中共析分解的驱动力是可取的，但该模型不适用于贝氏体相变，因为贝氏体相变绝非共析分解。 因此，将此计算值用来否定切变学说不具备说服力。扩散学派不认账。 关于切变应变能Wε的计算： 切变学派认为相变驱动力足够 切变学派认为：在贝氏体相变孕育期内，奥氏体中会形成贫碳区。在贫碳区，马氏体点升高，贝氏体铁素体可以切变方式形核，贝氏体的长大是切变—碳扩散的过程。 康沫狂的计算模型 奥氏体贫碳区以马氏体型的切变形核机制转变为贝氏体铁素体（BF），可用下式表示： 康沫狂计算的几种钢的相变阻力和驱动力 刘宗昌等人的贝氏体相变阻力计算模型 阻力因子： 1）膨胀畸变能Nj （BF和碳化物的膨胀应变能）； 2）BF亚单元的界面能Ns； 3）BF亚单元内部形成位错（或孪晶）所需要的能量Nd（或Nt）； 4）在BF亚单元周围的奥氏体中（γ1）也会形成位错所需要的能量Nd； 5）母相γ中的晶体缺陷为新相形成贡献的能量Nm； 以切变方式进行相变时，阻力太大 如果BF的形成是以切变方式进行，需要增加阻力项： （1）切变能Nq； （2）奥氏体协作变形产生切应变所需要的能量为Nx 。 这两项能量数值很大，这时，如果不采用切变方式，而有其他消耗能量较小的方式，那么，系统自组织功能将不以切变方式进行。 马氏体相变不是切变过程，当然贝氏体相变也不是的切变机制。 * 内蒙古科技大学 刘忠昌教授 在A F温度区和 A B温度区，转变性质不同。 650℃ΔG A－p= －448J/mol； 550℃ ΔG A－p= －896J/mol 温度越低，驱动力越大。 应用KRC模型计算值偏小。 扩散学派Aaronson等人认为：500℃时，切变应变能计算值约为1500J/mol。比相变驱动力大。 相变驱动力不能抵偿切变应变能 。 －贫碳区 计算结果表明，切变驱动力能够克服阻力。 贝氏体相变模型： 形成贝氏体铁素体的阻力计算式： 估算得贝氏体铁素体亚单元形成时的相变阻力约为 905J/mol。 由于在临界点处相变驱动力在数值上等于相变阻力，即此刻的贝氏体铁素体形核驱动力约为－905J/