低合金钢珠光体→奥氏体相变动力学

温厦／℃
图１不同升温速率下低合金钢的ＤＳＣ曲线
Ｆｉｇ．１ ＤＳＣ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｅａｔｉｎｇ ｒａｔｅｓ
钢在升温速度为５、１０、２０℃／ｒａｉｎ时，曲线上有一 个吸热峰，经分析可知，吸热峰是由于低合金钢组 织中珠光体（Ｐ）转变为马氏体（Ｍ）所致。根据ＤＳＣ 曲线可得出钢中相变的起始温度、峰值温度及结 束温度（表１），以及相变分数＠Ｊ与对应温度（Ｄ的 关系曲线（图２）。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌ；ＤＳＣ；ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓ
钢的相变过程影响其组织与性能．因此．弄清 钢的相变过程对控制其微结构、提高钢的性能有 着重要的理论与现实意义㈣。由于低合金钢一般 在热轧或正火状态下使用。其相变主要为珠光体 相变。为此，本文采用ＤＳＣ测试低合金钢在加热 过程中珠光体一奥氏体的相变曲线。在此基础上 确定了不同升温速率下低合金钢发生珠光体一奥 氏体的相变温度．并绘制了相变体积分数与温度 以及相变激活能在相变过程中的变化曲线．所得 结果对丰富低合金钢的相变研究及制定该材料的 热加工工艺提供了一定的参考依据。
由上述结果可看出，随升温速率的增加．该低 合金钢的相变起始温度、峰值温度及结束温度均 有所升高，但相变温度升高幅度不大，当相变分数 为２０％～８０％时，其相变速度较快，这与文献【１］结 果一致。 ２．２相变激活能
根据表ｌ和图２数据分别作出不同升温速 率下相变峰值时ｌＩｌ（曰·Ｔ－ｑ—ｒ１关系和相变分数为
ｒｌ／（１０１（“）
图３不同升温速率下相变峰值时ｌｎ（Ｂ·ｎ与ｒ１的关系
Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｐｌｏｔ ｏｆ ｌｎ（Ｂ·７－－２）－Ｔ－１ ｏｆ ＤＳＣ ｐｅａｋ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｅａｔｉｎｇ ｒａｔｅｓ
Ｔ－。／（１０。４Ｋ一。１
图４不同相变分数对应的ｌｏｇＢ与ｒ１的关系
方程嘲计算钢的相变阶段激活能Ｅ。
ｌｏｇＢ＝１０９Ａ研尼Ｆｂ）】－ｌ－２．３ １ ５－０．４５６７Ｅ，（Ｒ·Ｄ。１（２）
式中：曰为升温速度，毗）为相变函数，丁为温度，
Ｒ为气体常数，Ａ为频率因子，ｚ为钢相变分数（相 变量），施由下式计算：
ｘＦＳｆ／Ｓ
其中：Ｓ。为相变相从相变开始到相变某一温度下的 ＤＳＣ曲线上吸热峰面积。Ｓ为相变相从相变开始到
ｈｅａｔｉｎｇ ｒａｔｅｓ
升温速率／（℃·ｍｉｎ。１）
５
ｌＯ
２０
Ａｖｒａｍｉ指数（ｎ）
０．７５
０．７５
０．６４
由Ａｖｒａｍｉ指数数值可知．该低合金钢组织中 珠光体一奥氏体的相变过程是新相的形核与长 大，是以原子扩散形式进行的１７］。珠光体一奥氏体 相变激活能的变化正是由于相变过程中不同阶段 奥氏体的形核与长大行为的变化所致。
ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｃＩｌｒｖｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈａｓｅ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｄｒａｗｎ．
ｖｏｌｕｍｅ Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｐｌｏｔ ｏｆ １０妒－Ｔ－１ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｆｒａｃｔｉｏｎ
ｏｆ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ
本呈直线关系。由公式（１）计算出珠光体一奥氏体 相变表观激活能为１ １４１．０４ｋＪ／ｍｏｌ。由公式（２）计算 出珠光体一奥氏体相变阶段激活能（Ｅ）结果示于 图５。。可以看到，相变初期相变激活能较高，随相 变的进行，相变激活能逐渐降低。由结果可知，当 相变分数分别为５％、５０％和９０％时．相变激活能 分别为２５３１．５、１２７１．６５和６４９．４６ ｋＪ／ｍｏｌ。
１实验材料与方法
实验材料为低合金钢，其化学成分（质量分 数，％）为：０．１５Ｃ，０．３７Ｓｉ，１．３８Ｍｎ，０．０４１ＡＩ，０．０２１Ｐ， ０．００８Ｓ，０．］５ＲＥ（１ＪＤ入量）。用ＳＴＡ４４９Ｃ热分析仪 对样品进行热分析（ＤＳＣ），其加热温度为８００℃， 升温速率分别为５、１０和２０℃／ｍｉａ。
用Ｋｉｓｓｉｎｇｅｒｌ【ｓ方程
收稿日期：２００７—１２—２８ 作者简介：张雪芹（１９６５一），女，河北晋州人，副教授；
电话：１ ３９３０３５６０７７；Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｘｑ０３３５＠ｙａｈｏｏ．ｇｏｍ．∞
ｌｌｌ（Ｂ·ｚ’＝一Ｅ（Ｒ·乃一＋ｃｏｎｓｔａｎｔ
（１）
计算钢的相变表观激活能Ｅ，用Ｄｅｌｏｙ小泽大夫
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ ０６６００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ ｐｅａｒｌｉｔｅ ｔｏ ａｕｓｔｃｎｉｔｅ ｉｎ ｌｏｗ ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ
嗍 刘春成，姚可夫，高国峰．应力应变对马氏体相变动力学 和相变塑性影响的研究【Ｊ】．金属学报，１９９９，３５（１１）：１１２５·
１１２９．
吲 李兴元．Ｃｕ－Ｚｎ合金中Ｂ ７一Ｂ转变动力学叨．热加工工 艺，２００７．３６（２２）：３７·３９．
网 姜训勇，刘庆锁，徐惠彬．一种富钛ＮｉＴｉ薄膜的晶化动力 学【Ｊ］．功能材料，２００２，３３（４）：３８９—３９０．
Ｔａｂ．１
表ｌ不同升温速率下的相变温度 Ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｌｏｗ
ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｅａｔｉｎｇ ｒａｔｅｓ
升温速率“℃·ｍｉｎ。） 起始温度／＇Ｃ 峰值温度／＇Ｃ 结束温度／＇Ｃ
５
７２３．８
７４４．４４
７６５．６
［２】朱心昆，林秋实．陈铁力，等． 机械合金化的研究及进展 【Ｊ】．粉末冶金技术。１９９９，１７（４）：２９１－２９６．
【３】 陈律文，吴年强，李志章．描述机械合金化过程的理论模型 【Ｊ】．材料科学与工程，１９９８，１６（１）：１９—２３．
相变分数（％）
图５相变激活能与相变分数的关系
Ｆｉｇ．５ Ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ
ｖｏｌｕｍｅ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｆｒａｃｔｉｏｎ
Ｈｏｔ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００８，Ｖ０１．３７，Ｎｏ．６
下半月出版
Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｙ材料热处理技术
将相变表观激活能代入ｎ＝２．５砀ｕ下Ｆｗｎ毛Ｅ·Ｒ－ｑ）－ｑ
式中可得到平均Ａｖｒａｍｉ指数（ｎ）见表２。可知乃为
０．６４－－４）．７５。
表２不同升温速率下的平均Ａｖｒａｍｉ指数（拧） Ｔａｂ．２ Ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ Ａｖｒａｍｉ ｉｎｄｅｘ∽）ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
２０／（。） 图４ Ｔｉ－９Ｍｇ不同球料比的Ｘ射线衍射图谱 Ｆｉｇ．４ Ｘ·ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ Ｔｉ·９Ｍｇ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｂａｌｌ．ｍａｔｅｒｉａｌ ｒａｔｉｏ
３ 结论
（１）随着原料配比的增加，Ｔｉ的Ｘ射线衍射 峰强度逐渐变小，衍射峰的宽度逐渐加宽。说明 随着配比的增加，溶入Ｔｉ中的Ｍｇ就越多．但这 不是无限制的增加（由于在平衡条件下，Ｍｇ在Ｔｉ 中的溶解度很低，在非平衡条件下。也不可能无限 制的溶解）。
关键词：低合金钢；ＤＳＣ；相变动力学
中图分类号：ＴＧｌ４２．３３
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１．３８１４（２００８）１２．００３７．０３
Ｐｈａｓｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ Ｐｅａｒｌｉｔｅ ｔｏ Ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ｉｎ Ｌｏｗ ＡＨｏｙ Ｓｔｅｅｌ
孤ＡＮＧ Ｘｕｅｑｉｎ
渐减小。
参考文献：
【１】 戚正风．金属热处理原理【Ｍ】． 北京：机械工业出版社． １９８７．２１．
冈 张斌．张鸿冰．形变奥氏体一铁素体转变的动力学研究 【Ｊ】．上海交通大学学报．２００３．３７（１２）：１８３１－１８３４．
Ⅲ 姚可夫，钱滨石，刘庄．应力对珠光体相变动力学及相变塑 性的影响［Ｊ］．材料热处理学报，２００２，２３（４）：１－５．
２实验结果与分析
２．１恒速升温相变 由恒速升温ＤＳＣ曲线（图１）可见，该低合金
《热加工工艺》２００８年第３７卷第１２期
材料热处理技术２Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
乞 争
≥
星
培 寨
２００８年６月
５％、５０％及９０％对应温度的ｌｏ班一ｒ１关系曲线示
于图３和图４。可见，ｌｎ（Ｂ·昀一ｒ１和ｌｏ妒一ｒ１基
下半月出版
Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ＃材料热处理技术
低合金钢珠光体－◆奥氏体相变动力学
张雪芹 （河北建材职业技术学院建筑工程系，河北秦皇岛０６６００４）
摘 要：采用ＤＳＣ法研究了低合金钢组织中珠光体一奥氏体的相变动力学。结果表明：该低合金钢的相变表 观激活能为１１４１．０４ ｌｄ／ｍｏｌ，其相变激活能随其相变体积分数的增加而逐渐减小。并在此基础上绘制了相变体积 分数与温度之间的关系曲线。
（２）随着球料比、球磨转速的增加，Ｔｉ的Ｘ 射线衍射峰强度、衍射峰的宽度变化与球磨时间、 球磨转速的变化基本相同。
参考文献：
【１】Ｆｕｓｌａｅｎｇ Ｓｕｎ，Ｆｒｏｅｓ Ｆ Ｈ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｅｈａｒａｅｔｅｄｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｌｌｏｙｅｄ Ｔｉ－ｘＭｇ ａｌｌｏｙｓ忉．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＡｌｌｏｙｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ．２００２，（３４０）：２２０—２２５．
ｌＯ
７２６．７
７４９．１４
７７５．６
２０
７２７．４
７５３．９１
７８５．１
温度／＇Ｃ 图２不同升温速率下相变分数与温度的关系 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｅａｔｉｎｇ ｒａｔｅｓ
ＤＳＣ．Ｔｈｅ ｏｆ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｐｐａｒｅｎｔ Ｉｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ｐｅａｒｌｉｔｅ ｔｏ ａｕｓｔｃｎｉｔｃ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｗ ａｌｌｏｙ
ｓｔｅｅｌ ｉｓ ｌ １４１．０４ ＩＯ／ｍｏｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ｐｅａｒｌｉｔｅ ｔｏ ａｕｓｔｃｎｉｔｃ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
吲 戚正风．固态金属中的扩散与相变【Ｍ】．北京：机械工业出 版社，１９９８．１９１．１９３．田
（上接第３ｌ页）快，形成效率就越高。球磨转速越 高．就会有越多的能量传递给Ｔｉ、Ｍｇ粉体。促进 Ｍｇ向Ｔｉ中的固溶，ＸＲＤ谱中已无单质Ｍｇ存在。 ２．３球料比对Ｔｉ．Ｍｇ机械合金化的影响
图４是Ｔｉ一９Ｍｇ在不同的球料比条件下球磨 ４８ｈ后．试样Ｘ衍射图谱比较示意图。可以看出。 Ｔｉ一９Ｍｇwk.baidu.com着球料比的增加，Ｔｉ的Ｘ射线衍射峰 的强度降低，衍射峰的宽度逐渐变宽。这表明，随 着球料比的增加。有利于形成Ｍｇ在Ｔｉ中的过饱 和固溶体．但这不是无限制的。
３ 结论
（１）在本实验温度范围内，低合金钢随升温速 率的增加，珠光体一奥氏体相变温度随之升高．当升 温速率为２０。Ｃ／ｍｉｎ时，相变开始温度为７２７．４℃， 相变结束温度为７８５．１℃．相变分数为２０％～８０％
时，相变速度较快。
（２）低合金钢中珠光体一奥氏体相变表观激 活能为ｌ １４１．０４ ｋＪ／ｍｏｌ，平均Ａｖｒａｍｉ指数（凡）为 ０．６４４）．７５，其相变激活能随相变分数的增加而逐
相变结束时ＤＳＣ曲线上吸热峰总面积。当石为常
数时，ｌｏｇｃ４Ｅ限风瑚一为常数。分别作１１１饵·ｎ—Ｐ
及ｌｏ毋Ｐ关系图，由最小二乘法得到二直线的斜
率，由此计算出合金相变表观激活能Ｅ及合金相变
阶段激活能Ｅ。并由公式昀：ｎ＿２．５印ＵｔｍⅢｍＥ·尺’一
计算平均Ａｖｒａｍｉ指数ｎ。式中：△ｒ咖为ＤＳＣ吸
热峰的半高宽，印为ＤＳＣ吸热峰的峰值温度，Ｅ 为相变激活能。