三維原子探針對(duì)微合金鋼中碳化物的研究.pdf

1、由于V、Mo和Nb等多種碳化物形成元素的復(fù)合添加，淬火態(tài)微合金鋼在回火過程中的組織演變和合金碳化物的轉(zhuǎn)變變得復(fù)雜。一方面，合金元素影響低溫回火時(shí)的馬氏體分解和殘余奧氏體轉(zhuǎn)變，以及高溫回火時(shí)基體的回復(fù)和再結(jié)晶；另一方面，合金元素影響滲碳體的析出和分解，合金碳化物的形核、長(zhǎng)大和熟化，以及不同類型碳化物的析出順序和產(chǎn)生二次硬化的溫度區(qū)間。過去，主要利用X射線衍射、透射電子顯微鏡和電子衍射對(duì)回火碳化物的析出位向、晶體結(jié)構(gòu)等方面的研究，而在對(duì)納米

2、級(jí)碳化物的表征，特別是對(duì)其成分的定量分析上在一定程度上受到傳統(tǒng)儀器分辨率的限制。本文運(yùn)用具有原子級(jí)分辨率的三維原子探針(3DAP)，結(jié)合光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等試驗(yàn)手段，研究回火溫度和時(shí)間對(duì)合金碳化物的大小、形貌和數(shù)量等特征的影響，同時(shí)探討合金碳化物的形核、長(zhǎng)大和熟化規(guī)律以及其析出機(jī)制和形成序列。 試驗(yàn)鋼在1200℃保溫30min，使各種碳化物形成元素充分固溶于基體后水淬至室溫。淬

3、火樣品在450℃～650℃之間回火時(shí)，組織按照回火馬氏體→貝氏體鐵素體→粒狀鐵素體→多邊形鐵素體的順序演變。三維原子探針發(fā)現(xiàn)淬火樣品中V和Nb分布均勻，C由于自回火有輕微偏聚；450℃回火樣品中僅發(fā)現(xiàn)滲碳體；500℃，550℃和600℃回火樣品中出現(xiàn)不同大小和數(shù)量的V-Nb的合金碳化物；650℃回火樣品中發(fā)現(xiàn)有一個(gè)熟化長(zhǎng)大的橢球型復(fù)合碳化物。其中，550℃回火4h樣品中碳化物的尺寸適中，數(shù)量最多，彌散度最大，具有最大的強(qiáng)化效果，對(duì)應(yīng)著二

4、次硬化的的硬度峰值。另外，回火時(shí)間對(duì)組織演變和合金碳化物的數(shù)量和大小的影響不大，因此時(shí)間-硬度曲線上出現(xiàn)硬度平臺(tái)。 450℃回火時(shí)合金碳化物處于形核階段。合金碳化物或是在位錯(cuò)線處直接形核析出，或是由原滲碳體原位轉(zhuǎn)變而來，或是借助殘余奧氏體／基體界面或未溶第二相粒子／基體界面形核長(zhǎng)大。 500～600℃回火時(shí)合金碳化物處于長(zhǎng)大階段。隨著回火溫度升高，強(qiáng)碳化物形成元素將取代或部分取代較弱的碳化物形成元素，首先是V和Nb取代M

5、o，然后Nb部分取代V，最后形成具有一定化學(xué)比的合金碳化物?；鼗饡r(shí)間對(duì)碳化物內(nèi)合金元素的相對(duì)含量影響不大。在長(zhǎng)大過程中，薄片狀碳化物優(yōu)先沿徑向方向生長(zhǎng)，然后沿厚度方向長(zhǎng)大并開始熟化。 650℃回火時(shí)合金碳化物處于熟化階段。隨著薄片狀合金碳化物不斷球化長(zhǎng)大，非碳化物形成元素Si和Al趨于分布在碳化物／基體界面處，V和Mn分布在碳化物內(nèi)層，而Mo和Nb分布在整個(gè)碳化物區(qū)域。也就是說，熟化長(zhǎng)大的碳化物是一種結(jié)構(gòu)具有核心和外殼的復(fù)雜的合