.贝氏体相变机制.ppt

贝氏体相变机制自1952年柯俊提出以来，已进行了大量的研究工作。学者们主要提出： （1）切变机制（柯俊等人）； （2）扩散-台阶机制（ H.I.Aaronson 等人）； （3）界面原子热激活跃迁机制（刘宗昌等人）。 “切变”机制和台阶-扩散机制等学说各有短长。整合其优点，摒弃其错误。 提出了新机制。 5.8.1以往的学说 （1）切变学说 柯俊等在抛光的试样表面观察到贝氏体表面浮凸现象，将此作为贝氏体相变切变机制的重要依据，提出了贝氏体相变的切变学说。被Hehemann等人接受，发展成为切变学说。我国学者康沫狂等支持这种学说，并且做了大量研究工作。 主要内容是：在贝氏体相变时，首先形成过饱和的贝氏体铁素体，铁原子和替换原子不发生扩散，贝氏体铁素体以马氏体相变方式形核长大。随后，碳原子析出，形成碳化物。形成下贝氏体、上贝氏体。 康沫狂认为：在贝氏体相变孕育期内，碳原子扩散向晶体缺陷处聚集，从而在奥氏体中形成贫碳区和富碳区。贫碳区为贝氏体切变形核提供场所，贝氏体在贫碳区形核。贝氏体铁素体亚单元在贫碳区以切变形核－长大方式形成，贝氏体铁素体条片中含有过饱和的碳原子。 （2）扩散学说 60年代末，美国冶金学家H.I.Aaronson及其合作者提出贝氏体台阶-扩散机制。其核心内容是： （1）贝氏体是过冷奥氏体的非层片状共析分解的产物。在贝氏体相变过程中，存在碳原子、铁原子和替换原子的扩散过程。 （2）贝氏体铁素体是通过台阶的激发形核-台阶长大机制进行的，长大过程受碳原子扩散控制。 （3）贝氏体碳化物在奥氏体/铁素体晶界形核并且向奥氏体内部长大。 徐祖耀、方鸿生等学者支持扩散学说。 该学说的功绩是从能量上否定了切变学说（尽管缺乏说服力）。 该学说的要害是将贝氏体相变混同于共析分解，与实际不符。 扩散学派则认为：碳原子、铁原子和替换原子均进行台阶-扩散位移。 此观点错误，也不符合实际。 需要澄清扩散的概念： 各种书刊中，扩散一词的定义有所区别，列举如下： （1）“固态中的扩散本质是在扩散力（浓度，电场、应力场等的梯度）作用下，原子定向、宏观的迁移”[13]。这里指出扩散造成原子的宏观迁移。 （2）“通过原子（分子）的无规运动，导致宏观传质，这种过程称为扩散[14]。 （3）“原子迁移的微观过程以及由于大量原子的迁移而引起物质的宏观流动，称为扩散”[15]。 （4）“扩散是物质内部由于热运动而导致原子或分子迁移的过程[16]。 （5）“扩散的本质是粒子不规则的布朗运动”[17]。 （6）原子在固体中从高浓度区域向低浓度区域的运动，称为扩散[18]。 扩散的确切定义： 根据各名家的定义，综合起来考虑，将扩散重新定义为： 在金属和合金中，原子（分子）的无规则的定向运动导致的传质过程，称为扩散。 这种传质过程是粒子的定向的不规则运动，可以是下坡扩散，也可以是上坡扩散，可能是宏观的物质迁移，也可能是微观迁移(纳米尺度范围)的定向的物质流，传质是有成分变化的过程。 按照扩散机制 ，扩散时原子每次移动的距离为一个原子间距。 5.8.2贝氏体相变的非协同热激活跃迁机制 要点： 1）涨落形成贫碳区，是相变的契机； 2）贫碳区中形成贝氏体铁素体晶核； 3）非协同热激活跃迁长大； 4）贝氏体碳化物的形成新机制 5.8.2.1．超低碳贝氏体的形成 在贝氏体相变孕育期内，在过冷奥氏体中必然出现随机的涨落。新相的晶核是以涨落作为种子的。 （1）结构涨落可以形成体心核胚； （2）能量涨落可以提供核胚和临界晶核所需要的能量上涨。各种涨落的非线性正反馈相互作用，使涨落迅速放大，致使奥氏体结构（fcc）失稳而瓦解，建构bcc结构。 过冷奥氏体在此温度范围的孕育期内，通过涨落，无碳的γ相则以“块状相变”机制迅速形成贝氏体铁素体晶核，实现γ→α（BF）转变。 超低碳贝氏体组织，其与原奥氏体的成分相同，本质上是γ?α的无扩散型相变。由于新相和母相的成分相同，原子只需非协同热激活跳跃就可以跨越相界面，即不需要原子的长程扩散就可以使界面迁移，因而界面迁移速度比长程扩散快，界面移动是由界面过程控制的。 5.8.2.2奥氏体中的贫碳区 按照科学技术哲学的一般规律，在贝氏体相变孕育期内，在过冷奥氏体中必然通过随机的浓度涨落形成贫碳区和富碳区 。 测定某一温度下贝氏体等温转变动力学曲线以及与之相对应的奥氏体点阵常数的变化，也即奥氏体含碳量的变化。如图,可见，中碳钢在转变的孕育期内