低碳微合金高強度鋼中鐵素體的形核、三維形態(tài)與長大動力學(xué).pdf

1、在新一代鋼鐵材料的發(fā)展中，固態(tài)相變過程中進行最終組織控制已經(jīng)成為提高鋼鐵材料性能最有效的方法之一。奧氏體→鐵素體相變通常是鋼鐵材料冷卻過程中最先發(fā)生的固態(tài)相變，鐵素體晶粒尺寸和形態(tài)對鋼的力學(xué)性能有重要的影響?；谄渲匾睦碚撘饬x和工業(yè)應(yīng)用價值，近60年來，奧氏體→鐵素體相變一直是鋼鐵材料研究領(lǐng)域中的熱點。因此，深入理解不同鐵素體組織的形核、三維形態(tài)以及長大動力學(xué)將有助于精確地預(yù)測鋼鐵材料微觀結(jié)構(gòu)的演變，設(shè)計最合適的化學(xué)成分和熱處理工藝路

2、線。
　　本文采用連續(xù)截面和計算機輔助三維重建技術(shù)、高溫共聚焦激光顯微鏡技術(shù)、熱壓連接、電子背散射衍射技術(shù)等實驗方法以及熱力學(xué)和第一原理計算等手段對低碳微合金高強度鋼中奧氏體母相不同位置鐵素體的形核、三維形態(tài)以及長大動力學(xué)等進行了系統(tǒng)的研究。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)晶界鐵素體是高溫奧氏體相冷卻過程中最先出現(xiàn)的相。奧氏體晶界面上形成的鐵素體在二維截面上形態(tài)多樣，但其三維形態(tài)往往在一個維度上尺寸較大，在其他維度上尺寸較小表

3、現(xiàn)為長條狀;奧氏體晶界棱上形成的鐵素體在二維截面表現(xiàn)為三角形，其三維形態(tài)表現(xiàn)為金字塔形;奧氏體晶界角上形成的鐵素體具有不規(guī)則的形狀，填充晶界角。奧氏體晶界面上形成的鐵素體在長大過程中會相互碰撞、融合，形成大塊狀鐵素體，覆蓋奧氏體晶界。
　　(2)在低過冷度下，在奧氏體晶內(nèi)夾雜物上形核生成的等軸形鐵素體，隨著等溫保持時間的延長，等軸形鐵素體的數(shù)量增加而其仍保持等軸形態(tài);在高過冷度下，等軸形鐵素體和針狀鐵索體均能在夾雜物上形成，但樣品

4、在等溫保持過程中等軸形鐵素體由于其亞板條的生長速度差異而逐漸失去初期的形態(tài)特征;形成晶內(nèi)鐵素體的夾雜物為以Al2O3為核心外層包裹MnS的復(fù)合夾雜物，本研究中晶內(nèi)鐵素體的形核方式可能為夾雜物周圍形成錳貧乏區(qū)而促進鐵素體形核。同時通過氧化物雙重熱壓連接實驗以及第一性原理計算等對錳貧乏區(qū)促進鐵素體的形核機制進行了進一步的實驗和理論驗證。等軸形鐵素體具有亞結(jié)構(gòu)，且各個亞結(jié)構(gòu)之間取向差較小;等軸形鐵素體的三維形態(tài)表現(xiàn)為多面體。
　　(3)

5、在較大的過冷度下，在奧氏體晶內(nèi)夾雜物上可形核生成晶內(nèi)針狀鐵素體。針狀鐵素體的三維形態(tài)為板條狀而不是二維截面上觀察到的針狀。針狀鐵素體板條具有特殊的長大方向，這是針狀鐵素體與奧氏體具有特殊取向關(guān)系的結(jié)果。針狀鐵索體晶粒細化的機制為:先形成的針狀鐵素體板條對奧氏體晶粒進行分割而限制后形成鐵素體等組織的尺寸而細化晶粒。晶內(nèi)針狀鐵索體的原位觀察測量的板條伸長速率與魏氏鐵素體板條的伸長速率相近。
　　(4)相對于奧氏體晶界面上形成的鐵素體，

6、在奧氏體晶界棱上形成的鐵素體具有較大的長大速率常數(shù);隨著過冷度的減小，晶內(nèi)等軸形鐵素體與奧氏體晶界面上形成鐵素體的長大速率常數(shù)的變化趨勢具有很好的連續(xù)性;實驗中觀察到在替代型合金元素分配與不分配轉(zhuǎn)變溫度以下，隨著過冷度的減小鐵素體的長大模式從準平衡模型向局域平衡模型過渡，此現(xiàn)象可以通過溶質(zhì)拖曳效應(yīng)理論解釋。
　　(5)魏氏鐵素體的形成溫度低于晶內(nèi)等軸形鐵素體的形成溫度，但高于晶內(nèi)針狀鐵素體的形成溫度。魏氏鐵素體板條的三維形態(tài)表現(xiàn)為

7、板狀;魏氏鐵素體鋸齒條具有三棱柱的形態(tài);魏氏鐵素體板條可以在奧氏體晶界面上直接形成，也可在已經(jīng)形成的晶界鐵素體上激發(fā)形核形成，或者在已經(jīng)存在的魏氏鐵素體板條的寬面形成。高溫共聚焦激光顯微鏡技術(shù)原位觀察結(jié)果表明，魏氏鐵素體板條的生長并不是勻速的而是伴隨著減速和加速，長大過程中存在微調(diào)其長大方向而取得更大速率的現(xiàn)象。在樣品內(nèi)部測得的魏氏鐵素體板條的生長速率接近于局域平衡模型理論預(yù)測值，而在樣品表面原位觀察測量得到生長速率的最大值接近于準平衡