材料工程基础讲稿10.ppt
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1、54 贝氏体转变热力学及转变机制 B转变的机制目前正在激烈地争论着。现有的转变机制大体上可以归纳为两种,即M型的切变机制和P型的台阶机制,两种都在不断的充实和修正之中,许多问题还有待于进一步研究。 1恩金贝氏体相变假说 恩金认为:B相变属于M相变性质,由于随后回火析出碳化物而形成B,提出了贫富碳理论假说。 贫碳的1富碳的2 1 21+Bc 等温温度高,回火析出碳化物k 过饱和F与碳化物k, 即B 降低点阵弹性畸变能;小比容差V,降低膨胀能;减小应变能等。,恩金贝氏体相变假说的成功与不足,2 柯俊贝氏体相变假说 B转变是通过形核长大进行的;转变时的领先相是BF;转变过 程中有碳原子的扩散;转变的
2、驱动力也是自由焓差;在转变过程中 自由焓差可由下式给出: GVGv+S+E (5-4),柯俊贝氏体相变假说优缺点,3贝氏体的形成过程 1)高温范围的转变 由于温度高,初形成的BF的过饱和度很小,且碳在BF与A中扩散能力均很强。在BF形成后,F中过饱和的碳可以通过界面很快进入A而使F的碳含量降低到平衡浓度。通过界面进入A的碳也能很快地向A纵深扩散,使A碳含量得到提高而不致积聚在界面附近。如果A中的碳含量不高,不会因BF的形成而使A的碳含量超过ES线及其延长线,则不可能自A中析出碳化物,故而得到的是BF及富化了的A,即无碳化物B,也包括WF在内。 由于转变温度较高,过冷度较小,新相与母相间的化学自
3、由焓差较小,不足以补偿在更多新相形成时所需消耗的界面能和各种应变能,因而形成的BF较少,亦即转变进行到一定程度便会自行中途停顿下来。富碳A有可能在继续等温、保温及进一步的冷却过程中变为P,其它类型的B、M, 或者被保留至室温成为残余A。,无碳化物B,2)中温范围的转变 在350550的中间温度范围内转变时,转变初期与高温范围的转变基本一样。但由于此时温度已比较低,碳在A中的扩散已变得困难,加之由于过冷度较大,相变驱动力增大,所形成的BF较多,板条较为密集,通过界面由BF扩散入A的碳原子已不可能进一步向A纵深扩散,尤其是板条F束中两相邻F条之间的A中的碳更不可能向外扩散。 界面附近的A,尤其是两
4、F条之间的A中的碳含量将随BF的长大而显著升高,当超过ES及其延长线时,将自A中析出点状或粒状碳化物而形成羽毛状上B。碳化物与A保持pitsch 关系即是有力的证据。转变温度愈低,形成的BF的量愈多,板条尺寸也愈细小;同时,随着碳的扩散系数减小,使上B中的碳化物也变得更细小。,上 B,3)低温范围的转变 在350以下的转变由于温度低,初形成的BF的碳含量高,故BF的形态已由板条状转变为透镜片状。此时,不仅碳原子已难以在A中扩散,就是在BF中也难以作长距离的扩散,而BF中的碳过饱和度又很大。既然过饱和的碳不能通过界面进入A,就只能以碳化物形式在BF内部就地析出,从而得到在片状BF上分布着与铁素体
5、长轴呈一定交角(5560o)、排列成行的点状碳化物。 这一过程就其本质而言与M的自回火相一致。随着BF中碳化物的析出,自由焓的进一步降低以及比容的缩小所导致的弹性应变能的下降,将使BF片进一步长大,得到下B组织。碳化物与BF保持回火位向关系即是有力的证据。转变温度愈低,其中碳化物沉淀的弥散度愈大,且BF中碳的过饱和度愈大。,下B,4)粒状B的形成 可以认为在某些合金钢中出现的粒状B是由无 碳化物B演变而来的。当过冷A在低于Bs温度(稍高于典型上B形成 温度)时,先发生碳的再分配,接着在A的贫碳区开始形成许多彼 此大体上平行的板条BF,碳原子从BF中通过与A的相界面不断向A中 扩散,此时BF不仅
6、纵向长大,而且也侧向长大。但由于A中本来就 存在碳的偏聚,所以BFA界面的推 进速度对各部位来说将不会完全一致, 其向富碳A的推进速度显然小于向贫碳 区推进速度,于是BFA相界面便出现 了凹凸不平的不均匀长大,并彼此靠 拢。当无碳化物B长大到彼此回合时, 剩下的小岛状A便为F所包围,沿F条间呈条状断续分布。因钢的碳 含量低,小岛状A的碳含量也不致超过ES及其延长线,故不会析出 碳化物,加之又含有一定的合金元素,小岛状的奥氏体比较稳定, 这就形成了粒状B。如延长等温时间及进一步降低温度,岛状A将有 可能分解为P或转变为M,也有可能保留到室温。,从以上的讨论可见,按此机制,不同形态B中的都是通过切
7、变形 成的,只是因为转变温度不同,使相中碳的脱溶以及碳化物析出的 方式不同导致组织形态的不同。,BF的长大速度极慢。切变观点认为,这是因为BF的长大受碳的扩 散所控制。根据B转变动力学曲线计算所得的激活能也表明B转变受 碳的扩散所控制。透射电镜观察BF束中一个亚基元的长大过程表 明,BF的长大是不连续的、跳跃式的。BF条片依靠不断形成亚基 元而长大。每个亚基元都是按切变共格方式形成,其长大速度极 快,但每个亚单元的尺寸是有限的,长成后就不再长大,必须停留 一段时间,然后通过在其近旁诱发出新 核,形成新的亚基元,构成了BF板条在 纵向和横向的长大得以进行。使长大停 止的另一个原因是碳在界面附近的
8、富集, 必须待富集的碳通过扩散被消除后长大 才能继续进行。此外,长大的停止还可 能与切变造成的弹性应变有关,在弹性 应变得到松弛后,新的亚基元才得以形 成。,1.4%C, 6.1%Mn, 0.97%Mo,5)切变理论的成功与不足 切变理论可以解释: 在不同的形成温度B形态的差异及原因; 转变不完全性; 碳的过饱和度及转变时碳的扩散; Bs点的存在; 晶体学近似于M及切变形成时的表面浮凸。 尽管B转变的切变理论可以解释上述一些现象,然而却无法解释: 为何上、下B都具有各自独立的C曲线和不同的转变激活能; 浮凸不同于M; B碳化物的分布不同于回火M,前者沿着与BF长轴呈5560倾斜的直线规律排列,
9、与相间析出很相近,而后者则在相中均匀分布; BF的惯习面为何与M有差别; A中的贫碳区是如何形成的等一系列问题。,4贝氏体转变的台阶扩散机制 (optional) 与B转变的切变机制的提出者不同,持台阶扩散 机制的研究者虽然也承认有表面浮凸存在,但认为 B转变的浮凸与M转变的浮凸不同,B转变的浮凸 是由转变产物的体积效应引起的,而并非由于切 变所致。B转变是非层状的共析反应产物,B转变 同P转变机理相同,两者的区别仅在于P产物是片 层状,从而提出了B转变是按台阶扩散方式进行 的,并受碳的扩散所控制。,台阶的水平面为/的半共格界面,界面两侧的与 有一定的位向关系,在半共格界上存在着柏氏矢量与界面
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