铁素体渗碳体相界面的重位点阵模拟及珠光体钢室温形变特征

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王志成 指导教师签名
郭正洪
２００４ 年 １ 月 ５ 日 日期
２００４ 年 １ 月 ５ 日
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Fig.1.1 Diagram of the Hull-Mehl mechanism for pearlite initiation at austenite grain boundary. The note S in Fig. means sidewise growth and E means edgewise growth. The branch mechanism discovered by Hillert is shown in a dot circle in d).
第一章 文 献 综 述
１ ． １ 引言
材料的性能与其微观组织有着密不可分的联系 固态相变和形变理论为研究 材料微观结构与性能之间的联系提供指导作用［１］ 日本研究者获得的研究数据表 明 在目前常用的钢材中 以经室温大变形后的珠光体钢强度最高［２］ 而我国在 开发高强度共析钢方面同样取得重要进展 如经室温冷变形后的珠光体钢丝已成 功用作江阴长江大桥的受力部件 此外 理论研究也发现 与以往的认识不同
respectively to understand the influence of cold deformation on the crystallography of pearlite initially. At first, the result of simulation shows that the coherent ratio of atoms at interface without structure ledge is about 4.5%, lower than that of fcc/bcc interface with K -S or N-W OR. When the coherent ratio of riser is ignored, the addition of structural ledges along the [100]c direction with various interledge spacings and heights, incorporation of misfit dislocations with perpendicular direction at interface allows the switching of matching layers, an increase in the interfacial coherency and an decrease in the interfacial energy significantly. However, the coherent ratio is still lower than that of fcc/bcc interface with structural ledge, the
上海交通大学 硕士学位论文 铁素体/渗碳体相界面的重位点阵模拟及珠光体钢室温形变特征 姓名：王志成 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：郭正洪 20040101
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铁素体 /渗碳体相界面的重位点阵模拟及 珠光体钢室温形变特征
摘 要
本文利用计算机软件辅助
以近似重位点阵方法模拟了具有 分别用扫
KEY WORDS: ferrite/cementite interface, near-coincidence sites lattice, Bagaryatsky orientation relationship, structural ledge, interfacial energy, heavily cold drawn
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former is about 8% ∼9% while the later is about 30%. Furthermore, the calculation of interfacial energy (misfit component) with Van der Merwe equation also shows that the addition of structural ledges along the [100]c direction decrease interfacial energy significantly. As a result, the effect of curvature observed by previous experiments should be attributed to this kind of interfacial structure. Therefore, there is no specific macroscopic habit plane between cementite and ferrite. Secondly, both the SEM and TEM observations indicate that the hot rolling has little influence on the crystallography of pearlitic transformation, while the heavily cold drawn results in tBaidu Nhomakorabeae rotation of pearlitic lamellar with favorable orientation to the direction of applied stress or the bending of lamellar with unfavorable orientation. Therefore, the cementite shows the plastic deformation ability with the accommodation of ferrite, but the specific OR between cementite/ferrite will be destroyed. In general, both the curvature of pearlitic lamellar during transformation and the dissolution of cementite during heavily cold deformation are associated with the high interfacial energy and the low coherent ratio of atoms at interface.
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观察表明 热轧对 ７０ 钢的珠光体相变晶体学无显著影响 冷变形后 有利取向的珠光体层片发生转动 趋向于平行拉伸轴 不利取向的珠 光体片层发生塑性弯曲 因而脆性相的渗碳体具有与铁素体协同变形 的能力 这种协同形变同时破坏了铁素体／渗碳体间特定的取向关系 结合对铁素体／渗碳体界面的模拟结果 作者认为珠光体相变时 的弯曲现象和经室温大变形共析钢的溶解现象与高的铁素体／渗碳体 界面能和低的界面共格原子比有关 关键词 系 铁素体/渗碳体界面 界面能 近似重位点阵 Ｂａｇａｒｙａｔｓｋｙ 取向关
结构台阶
室温大变形
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NEAR-COINCIDENCE SITES LATTICE SIMULATION OF FERRITE/CEMENTITE INTERFACE AND THE
MICROSTRUCTURAL CHARACTERISTICS OF COLD DRAWN PEARLITIC STEEL
学位论文作者签名
王志成
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年
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在室温冷变形过程中渗碳体可发生塑性变形或溶解等现象 且这些现象与经热处 理获得的原始珠光体微结构特征密切相关 这些新现象促使我们需重新检视珠光 体的相变和形变特征 为开发超高强度共析钢提供理论支持
１ ． ２ 珠光体的相变机制
１ ． ２ ． １ 珠光体相变的晶体学 珠光体相变的研究始于 １８８６ 年 Ｓｏｒｂｙ 对碳钢的金相观察 几十年后 Ｈｕｌｌ 和 Ｍｅｈｌ［１］第一次系统地提出了珠光体相变理论 该理论对于珠光体相变中的一些 重要问题 如形核领先相 奥氏体 铁素体和渗碳体三相的晶体学关系均给予了 合理的解释 铁素体 在 Ｍｅｈｌ Ｈｕｌｌ 机制中 假设珠光体形核的领先相为层片状渗碳体 促使铁
Ｂａｇａｒｙａｔｓｋｙ 位向关系的铁素体／渗碳体界面结构 此外
描和透射电子显微镜观察了经热轧和室温大变形后 ７０ 钢的微观组 织 初步分析了冷变形对珠光体晶体学特征的影响
首先 模拟结果表明 在无结构台阶存在的前提下 其界面处的 共格原子比约为 ４．５ 远低于 ｆｃｃ／ｂｃｃ 两相间存在 Ｎ－Ｗ 或 Ｋ－Ｓ 关系
时原子惯习面上的共格原子比 在忽略新增加的台阶面的原子重合情 况下 为提高界面铁原子的重合度及显著降低界面能 需存在不同宽 度和高度的结构台阶 方向为［１００］ｃ 及形成垂直于台阶方向的错配 位错 方向为［０１０］ｃ 引入台阶后 共格原子比提高至约 ８ ∼９
但仍旧远低于具特定取向关系且存在结构台阶的 ｆｃｃ／ｂｃｃ 界面 应用
ABSTRACT
The interfacial structure of ferrite/cementite with Bagaryatsky orientation relationship(OR) was simulated with the near-coincidence site lattice (NCSL) method. In addition, the pearlitic microstructures before and after heavily cold drawn were observed by scanning electron microscopy(SEM) and transmission electron microscopy(TEM)
渗碳体的三维生长导致局部区域奥氏体内碳的贫化 富集
素体 渗碳体 在渗碳体 铁素体 片两侧形核 被铁素体 渗碳体 包围的渗 碳体 铁素体 只能正向推移 而新形成的铁素体 渗碳体 不仅随渗碳体 铁 素体 正向推移 同时侧向（ｓｉｄｅｗｉｓｅ）的推移导致局部区域奥氏体内碳的富集 贫 化 促使新的渗碳体 铁素体 形成 如此沿奥氏体晶界交替形核与长大的结 该领域中的铁素体（渗碳体）层片均位向相
Ｖａｎ ｄｅｒ Ｍｅｒｗｅ 公式对铁素体／渗碳体界面能应变部分的估算结果也表
明形成方向为［１００］ ｃ 的结构台阶可显著降低界面能 铁素体／渗碳体 界面这种结构台阶的高度和宽度的不唯一性 使渗碳体／铁素体无显 著的宏观惯习面 其次 与前人的实验结果相符
分别对经热轧和室温大变形后的 ７０ 钢丝内的珠光体形貌
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附件四
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果形成一个珠光体领域 Ｃ１（图 １－１） 同
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New θ nucleus γ1 γ2 α E θ θ a) b) c) S
C2
C1 d)
图 １－１ 珠光体在晶界形核示意图（Ｈｕｌｌ－Ｍｅｈｌ 机制） 其中 Ｓ 表示侧向生长而 Ｅ 表示正向界面 推移 ｄ）中虚圆内表示的是 Ｈｉｌｌｅｒｔ 发现的分叉机制