钢中下贝氏体精细结构、表面浮凸及相变机制的研究

• 作 者: 杨金波
• 机 构: 清华大学
• 出 处: 清华大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 钢 贝氏体 精细结构 表面浮突 相变晶体学

本文利用光学显微镜(OM)、原子力显微镜(AFM)、扫描显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等分析手段对3Mn(Fe-0.3C-3Mn-2Si-1Ni)和8Cr(Fe-8Cr-1C)中的等温下贝氏体组织的精细结构进行了测量。多种手段综合分析表明：3Mn和8Cr合金中下贝氏体呈片条束状，片条束由亚片条组成，亚片条由亚单元组成，亚单元由超亚单元组成，超亚单元中甚至存在更小的单元。观测结果表明贝氏体铁素体长大是通过激发形核不断生成新的结构单元进行的，符合台阶长大激发形核模型。
在优化表面制作工艺的基础上，通过AFM观测系统定量地研究了下贝氏体相变的表面浮突效应，首次将浮凸和对应精细结构结合起来进行对比研究。结果表明：3Mn合金中下贝氏体束、亚片条以及单一结构单元的浮突为双倾型，浮突的两侧都对应贝氏体铁素体，贝氏体束前端相变单元浮凸的最大浮凸角为12.3°；8Cr合金中下贝氏体束的浮突一般为单倾型，同时也会出现帐篷型，测得最大浮凸角为13°，基本符合PTMC理论预测的形状应变量。
对于8Cr合金中的下贝氏体，首次利用菊池线衍射花样测定了贝氏体铁素体和母相奥氏体的取向关系接近NW取向关系，片条束惯习面接近(254)f(f指FCC母相，下同)，这和文献报道一致，同时测量表明片条束前端的相变单元宽面接近(335)f；PTMC理论计算表明新相中的LID为一沿[-1-11]f的交滑移，IPS面收缩0.82％；另一方面，O点阵理论分析表明(335)f为近NW关系下的择优界面，理论计算及和类似合金界面结构对比表明(335)f是非滑移型界面，界面上的错配位错滑移完不成LID，只能扩散迁移，说明贝氏体相变为点阵对应性扩散型相变。
在以上观测和相变晶体学理论分析的基础上，首次将界面能和应变能综合起来建立近NW关系下贝氏体相变晶体学模型，表现为贝氏体铁素体相变单元以(335)f为稳定的推移界面，同时大量相变单元成束状聚集在IPS型惯习面上，这两个过程是相互关联的；本模型可以很好地解释贝氏体孪晶变体、精细结构及帐篷型表面浮凸效应；同时将这一建模方法推广到近KS关系上贝氏体相变系统，扩展了对钢中贝氏体相变的认识途径。