固态相变研究新观.pdf

固态相变研究 固态相变研究 新观察、新发现、新理论 新观察、新发现、新理论 刘宗昌 内蒙古科技大学 2014.06.07 摘要 本报告简介21世纪以来内蒙古科技大学 应用SEM、TEM、STM、XRD 、SLCM等设 备研究观察金属固态相变，发现的许多新的试 验现象，如：珠光体表面浮凸，钢中马氏体层 错亚结构，低碳马氏体中的孪晶，位向关系偏 差，形核长大的新观察，动力学测定，等等。 这些新发现，新观察具有重要理论意义或 工程价值。 1.珠光体表面浮凸的试验发现 共析钢真空退火时，过冷奥氏体转变为珠光体组织， 在抛光的试样表面上观察发现了表面浮凸现象。 图1 （a ）未经浸蚀的真空处理后的珠光体表面浮凸，SEM （b ）浮凸形貌与浮凸尺度的对应图形，STM 观察表明：表面浮凸呈帐蓬形（∧）形 表面浮凸的成因及理论意义 表面浮凸的成因是奥氏体与其转变产物之间存在比 体积差所致。 奥氏体的比体积： 0.1212+0.0033( ％C) 珠光体的比体积： 0.1271+0.0005( ％C ） 20世纪20年代发现马氏体表面浮凸，被认为是切变所 致，并且作为马氏体相变的主要特征和切变的试验依据。 50年代发现贝氏体相变也有表面浮凸现象。作为贝氏体 相变切变机制的依据。 21世纪我们发现珠光体表面浮凸，认为是相变体积膨胀 的结果，属于热处理畸变，是一种表面应变现象。此为否定 切变价值提供了线索。 2.贝氏体铁素体形核的观察 （a ）34CrNi3MoV钢的上贝氏体在晶界形核并长大 （b ）Q 235钢的羽毛状贝氏体 贝氏体亚单元 呈四边形 60Si2CrV钢贝氏体铁素体在晶界形核向晶内长大SEM） 渗碳后的18CrNiW钢的下贝氏体在晶界形核（SEM） 下贝氏体在铸铁石墨球表面上形核（SEM ） 可见：下贝氏体优先在界面形核向晶内长大。 3.贝氏体形核长大的直接观察 （看视频） 长大速度测定 直接观察贝氏体形核长大情景，并且直接测定了贝 氏体长大线速度约为69~86 μm/s 。 Aaronson等电镜观察测定在400℃等温时贝氏体铁 素体的长大速度为14 μm/s 。 刘宗昌等人SEM测出20CrMo钢530℃等温时贝氏体 铁素体的长大速度为14.6 μm/s 。 这些测量值大体上相等，在同一数量级。 若用体扩散理论计算贝氏体长大速度所得数值极小 ，按照晶界扩散系数进行计算贝氏体铁素体长大速度得 V=0.0019 μm/s，也太小。而实测的长大线速度要快4个 数量级。这说明贝氏体相变不属于扩散机制。是界面原 子非协同热激活跃迁的过程。（详见《贝氏体与贝氏体 相变》） 贝氏体转变比珠光体转变快的C 曲线 一些钢的贝氏体相变孕育期和珠光体孕育期的统计比较 23MnNiCrMo煤机链条 钢 的TTT图 很多合金结构钢的贝氏体转变动力学曲线在珠光体C 曲 线的偏左方。也说明贝氏体相变不同于共析分解。 3.马氏体相变的新观察 3.1超低碳马氏体中也有孪晶亚结构 3.2马氏体中脊的新观察 3.3发现钢中马氏体存在层错亚结构 3.4马氏体相变的直接观察 3.5 马氏体相变形核地点新观察 3.6马氏体中的位向关系 3.1超低碳马氏体中也