马氏体相变研究的最新进展_十二_刘宗昌

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
参 考 文 献
图 120 Fig. 120
显微硬度频率分布曲线
Curve of microhardness frequency distribution
高碳钢正常淬火, 得到隐晶马氏体, 用硝酸酒精 浸蚀, 一般难以显示马氏体片形貌, 在光学金相照片 上看不到马氏体片的真实形貌, 即一片灰白。 而在 电镜下观察, 则能够观察到其条片状形貌。 但是仍 然发现马氏体片之间界面不清晰, 如从扫描电镜照 ; 片中可见马氏体片的界面模糊 在透射电镜下观察, 马氏体片 之 间 的 界 面 也 是 不 清 晰 的, 如 图 121 是 W6Mo5Cr4V2 钢隐晶马氏体照片, 2、 3、 可见其中 1 、 4、 5、 6 几个相邻的马氏体片, 其条片界面模糊。 这就 “隐晶” 是在光学显微镜下 的原因。
未溶渗碳体
1 μm
图 114 Fig. 114
T10 钢的隐晶马氏体组织, TEM TEM microstructure of cryptocrystalline martensite in T10 steel
发现马氏体形貌为 高分辩电镜下观察马氏体形貌, , 、 片状 亚结构是高密度位错 层错和孪晶。 图 115 是 电镜照片, 图 ( a ) 中为条片状马氏体; 图 ( b ) 中左边 有棱角的黑色物是未溶碳化物颗粒, 在其边缘产生 细小的马氏体片, 片的长度、 宽度均不等, 小的宽度 约有 100 nm 左右。马氏体片中存在高密度位错, 马 氏体片沿着奥氏体 / 碳化物相界面形成并长大。
[75 ]

· 4·
热处理技术与装备
第 37 卷
60
硬度频率 /%
a a c h f b c
d
或在 A / 渗碳体相界面上形核, 其晶核将不能与界面 两侧的奥氏体晶粒或渗碳体相同时保持共格关系, 只能与一侧的奥氏体晶粒保持位向关系和维持共格 连接, 马氏体晶核与奥氏体保持共格时, 则不能与未 溶渗碳体保持共格。不能沿着晶界或相界面进行所 “共格切变” 谓的 长大。
40
20 a 0 470 hge f c 500
d 720
820
950
1070
显微硬度 /Hm
试验事实表明, 隐晶马氏体晶核却能够沿晶界 / 长大或沿着奥氏体 渗碳体相界面长大。 切变机制不能解释马氏体片沿着晶界、 相界面 形核长大的问题。马氏体形核长大不是切变过程。 切变机制不能解释组织形貌的形成规律。 从试验事 实和理论分析均证明切变机制是不符合实际的假 [76 ] 说 。
C(r1) r1
未溶碳化物
C
C(r2) A
d
r2
M2
未溶碳化物
M1
图 117 Fig. 117
碳化物颗粒周围的碳含量分布示意图
Sketch of carbon distribution around the carbide particles
原奥氏体晶界
晶界碳化物
Fe3C 1 μm
大颗粒碳化物周围的奥氏体中碳含量低, 因此, 小颗粒周围的奥氏体中碳含量较高。 因此大颗粒碳 化物周围的奥氏体 / 碳化物相界面处, 碳含量低, 马 氏体点高, 在变温转变中首先形成马氏体片。 这些 马氏体在等温过程中, 首先脱溶、 分解, 即发生回火 转变。而在小颗粒周围的奥氏体中碳含量较高, 则 马氏体点较低。 图 118 为 GCr15 钢的隐晶马 氏 体 M1 首先在大颗粒渗碳体周围形成, 即在 A / Fe3 C 相 界面形核长大。 图 119 所示为 GCr15 钢的隐晶马氏体在原奥氏 体晶界和渗碳体 / 奥氏体相界面上形核。 箭头 M1 所
图 116 116
100 nm
W6Mo5Cr4V2 钢隐晶马氏体层错亚结构, TEM TEM morphology of stacking faults in cryptocrystalline martensite of W6Mo5Cr4V2 steel
第1 期
刘宗昌等: 马氏体相变研究的最新进展 ( 十二)
LIU Zongchang,JI Yunping
( School of Material and Metallurgy ,Inner Mongolia University of Science and Technology , Baotou Inner Mongolia 014010 ,China) 将 GCr15 轴承钢试样加热到 850 ℃ , 保温后淬 火入 150 ℃ 热油中, 等温 5 min, 然后取出冷却到室 温。抛光后经 4% 硝酸酒精浸蚀, 观察淬火组织, 得 , 113 ( a ) 。 , 隐晶马氏体组织 如图 所示 可见 灰白色 基体为隐晶马氏体, 其上分布着大小不等的未溶渗 碳体颗粒。 GCr15 钢在 Ac1 ~ Ac cm 之间两相区加热时, 未溶 渗碳体量不等, 温度越接近 Ac cm , 渗碳体溶解越多, 奥氏体中的碳含量越高, 则其马氏体点越低。 采用 850 ℃ 加热, 马氏体点约为 240 ℃ 。冷却到 150 ℃
1 μm
图 118 Fig. 118 GCr15 钢的隐晶马氏体在相界面形核, SEM SEM image of cryptocrystalline martensite nucleation at the phase interface in GCr15 steel
同样, 在照片中可见, 在未溶渗碳体颗粒周边形 成的马氏体片也被回火, 容易受浸蚀, 在扫描电镜下 观察, 受浸蚀多的微区低洼, 以二次电子像成像为黑 色。
为黑色, 是由 指为沿着奥氏体晶界形成的马氏体片, 于在 150 ℃ 热油中等温回火所致 ( 回火马氏体容易 被硝酸酒精溶液浸蚀) 。
M2 M1 Fe3C
式中: C γ ( r) 及 C γ ( ∞ ) 分别为颗粒半径为 r 和 ∞ 时, 碳原子在 γ 相中的溶解度; σ 为界面能; V B 是 γ 相的 克分子体积。可见, 碳化物颗粒半径 r 越小, 溶解度 越大, 即有: C γ ( r1 ) > C γ ( r2 ) 。 如图 117 中两个颗粒 之间的奥氏体相中将出现浓度梯度。 显然, 未溶碳 化物颗粒周围的碳含量不等。小颗粒周围的碳含量 较高。奥氏体晶粒内部的碳含量分布不均匀, 存在 碳含量不等的许多微区, 各微区具有高低不同的马 氏体点( M s 点处处不等) , 则各个微区中马氏体形成 , , 温度不等 转变存在先后 马氏体片长大受到限制, 刚刚形成即刻终止, 不可能长大为尺寸较大的马氏 体片。
· 2·
热处理技术与装备Байду номын сангаас
第 37 卷
等温一段时间, 则马氏体 时, 得到少量变温马氏体, 发生回火转变, 其余尚未转变的奥氏体在冷却到室 温时, 转变为淬火马氏体。试样经硝酸酒精浸蚀, 被 回火的马氏体片易受腐蚀, 淬火马氏体片腐蚀较少, 而剩余碳化物则不被腐蚀。 这样, 在扫描电镜下观 察时, 回火的马氏体呈现黑色。 在 150 ℃ 等温时未 转变的奥氏体在冷却到室温的过程中, 转变为马氏 体组织, 呈灰白色。如图 113 ( b) 是 Cr15 钢 850 ℃ 加 热, 在 150 ℃ 热油中淬火冷却得到的隐晶马氏体组 织, 是背散射电子像。 其中白色卵石状颗粒是未溶 渗碳体。可见马氏体呈现条片状, 但形状不规则, 大 小不一, 排列方向混乱。 将 T10 钢加热到 780 ℃ , 然后淬火得隐晶马氏 体组织, 制作薄膜试样。在透射电镜下观察, 可见隐 晶马氏体为条片状, 条片分布杂乱, 未溶渗碳体分布 在马氏体基体上, 如图 114 所示。 W6Mo5Cr4V2 钢试样加热到 1230 ℃ , 保温后油 中淬火, 得隐晶马氏体组织, 然后制作薄膜试样, 在
·理论研究·
第 37 卷第 1 期 2016 年 2 月
热处理技术与装备 RECHULI JISHU YU ZHUANGBEI
Vol. 37 , No. 1 2016 Feb,
马氏体相变研究的最新进展 ( 十二 )
(b)
(a)
未溶碳化物
200 nm
图 115 Fig. 115 TEM W6Mo5Cr4V2 钢隐晶马氏体,
200 nm
TEM microstructure of cryptocrystalline martensite in W6Mo5Cr4V2 steel
在高分辩电镜下进一步观察 W6Mo5Cr4V2 钢的 隐晶马氏体, 发现细小的马氏体片中分布着层错亚 结构, 如图 116 所示。 可见细小的马氏体片平行排 列, 一小片马氏体的宽度约为 30 ~ 40 nm, 相邻马氏 体片之间的界面不明显, 各小片马氏体中存在层错 亚结构, 相邻小片的层错相互贯通。 层错极为细密, 层错间距约为 5 nm。 8 . 4 . 2 隐晶马氏体组织的成因 隐晶马氏体的形成与奥氏体成分的不均匀性有 密切的关系。 过共析钢在 Ac1 ~ Ac cm 之间加热时, 奥氏体晶粒 细小, 碳化物不能完全溶解, 故得到细小奥氏体晶
计云萍 刘宗昌,
( 内蒙古科技大学 材料与冶金学院, 内蒙古 包头 014010 ) 中图分类号: TG111. 5 文献标志码: A 000104 文章编号: 1673 - 4971 ( 2016 ) 01-
Latest Advances in Study on Martensite Phase Transformation( 12 )
图 119 Fig. 119
GC15 钢的隐晶马氏体在界面形核, SEM at the interface in GCr15 steel
SEM image of cryptocrystalline martensite nucleation
GCr15 轴承钢加热到不同温度, 试验表明, 奥氏 体中碳含量分布不同。正常淬火温度下得到的马氏 体组织, 基 体 碳 含 量 为 0. 52% ~ 0. 55% ( 质 量 分 数) , 为隐晶马氏体。 基体碳 这时马氏体板条模糊, 含量的不均匀分布是形成隐晶马氏体的主要原因。 图 120 是轴承钢淬火组织微区的硬度出现的频率, 表明奥氏体晶粒中碳含量分布不均匀
· 3·
粒 + 大量弥散的未溶碳化物, 其中奥氏体中的碳含 量分布极不均匀。 如果是合金钢, 则合金元素分布 也不均匀。 Thomson 定 由于碳化物颗粒大小不等, 按 Gibbs律, 碳化物相颗粒周围的奥氏体相中碳原子的溶解 度与碳化物颗粒的半径 r 有关, 可用下式表示: ln C γ ( r) 2 σV B = Cγ ( ∞ ) KTr ( 36 )
8. 4
隐晶马氏体组织及形成
高碳钢或过共析钢的正常淬火是在 Ac1 ~ Ac cm 之间加热, 得到奥氏体 + 未溶碳化物两相状态, 淬火 后得到隐晶马氏体组织。 在光学显微镜下观察, 除 了卵石状未溶碳化物外, 看不到马氏体的真实面貌。 即未溶碳化物分布在马氏体基体上。 其淬火硬度较 高, 性能较好, 是工具钢、 轴承钢等通常采用的淬火 方法。隐晶马氏体在电镜下观察, 其形貌有板条状
[ 65] 牧正志, 田村今男. 铁系合金马氏体的形态和亚结构 [ J] . 日本金属学会会报, 1974 , 13 : 329 - 339. [ 66] Davis R G, Magee C L. Metallutgica Transactions, 1971 ( 2 ) : 1939 - 1947. [ 67] Thomas G. Metallutgica Transactions, 1971 ( 2 ) : 2373 - 2338. [ 68] Gottstein G. Physical foundations of Materials Science [ M] . Now York: Springer, 2005 : 327. [ 69] 荒木透ほが. 鋼の熱處理技術[ M] . 朝倉書店, 昭和 44 年( 1969 年) . [ 70] 何肇基. 金属的力学性能[M] . 北京: 冶金工业出版 1982. 社, [ 71] 《金属机械性能》 M] . 北京: 机 编写组. 金属机械性能[ 1982. 械工业出版社, [ 72] 刘跃军, 黄伯云,谭玉华. 中碳和高碳钢中束状马氏 J] . 材料热处理学报, 2005 , 26 ( 1 ) : 48 体的形成机理[ - 52. [ 73] 王永清, 魏国能, 沈梨庭. GC4 轴承钢套圈整体感应加
[73 - 74 ] 。 和片状马氏体之分 8 . 4 . 1 工业用高碳钢隐晶马氏体形貌
(a)
(b)
10 μm
5 μm
( a) OM; ( b) SEM 图 113 Fig. 113 1025 收稿日期: 2013作者简介: 刘宗昌( 1940 - ) , 从事金属固态相变和热处理技术研究。 男, 教授, mail: lzchang75@ 163. com 联系电话: 0472 - 2122655 ; E基金项目: 内蒙古自治区科技引导计划项目 ( 20071911 ) ; 国家自然科学基金( 51261018 ) 。 10Mn2NiMoVB 钢的板条状马氏体组织 Microstructure of lath martensite in 10Mn2NiMoVB steel
相关文档
最新文档