【摘要】： 鋼中貝氏體相變的溫度范圍較寬,可形成廣泛形貌的貝氏體組織。深入了解貝氏體相變機制對鋼種研制有指導(dǎo)性意義。本文采用了具有較廣泛適用性的微觀組織定義,研究符合該定義的微觀組織的形成機制。 基于Boltzmann分布,應(yīng)用Cottrell基本位錯理論,推導(dǎo)出更為精確的計算刃型位錯處可富集碳原子個數(shù)的公式。計算了奧氏體中單個和多個刃型位錯處富集的碳原子個數(shù),其隨等溫溫度降低和奧氏體中碳濃度增加而增加。 建立了描述刃型位錯處富集碳原子個數(shù)及其周圍貧碳區(qū)半徑隨時間變化關(guān)系的模型。計算了貝氏體預(yù)相變期間,碳原子向位錯處富集過程和貝氏體的孕育期,理論值與實驗值吻合較好。通過比較刃型位錯附近的貧碳區(qū)半徑和切變形核的臨界半徑,并分析了等溫溫度、界面能、位錯形態(tài)、應(yīng)變能等影響因素,發(fā)現(xiàn)溫度較低時,下貝氏體可能切變形核,溫度較高時,切變形核幾乎不可能。 分析了熱力學(xué)和動力學(xué)參數(shù),用Zener-Hillert和Bosze-Trivedi公式,計算了合金含量不同的鋼的貝氏體鐵素體長大速度。Fe-C合金的貝氏體鐵素體長大速度符合Zener-Hillert公式,合金含量較低的鋼的實驗值略低于理論值,Fe-C-8.7Ni wt.%的貝氏體鐵素體長大速度比理論值約慢2個數(shù)量級。擴散控制動力學(xué)方程可描述部分而非全部鋼種的貝氏體鐵素體長大速度。通過對界面條件和溶質(zhì)拖曳效應(yīng)等因素的分析,提出貝氏體相變機制可能與成分相關(guān)。 基于貝氏體相變的切變機制,改進了最大形核驅(qū)動力和自催化因子的計算方法,建立了描述貝氏體體積分?jǐn)?shù)隨時間變化的模型。理論值和實驗結(jié)果吻合較好。根據(jù)切變理論獲得的最大貝氏體體積分?jǐn)?shù)在較高溫度時與實驗值有較大偏差。提出貝氏體相變可能與溫度相關(guān)。 研究了Nb含量不同對貝氏體相變的影響。在30℃/s和20℃/s冷卻時,Nb含量從0.01 wt.%增加到0.2 wt.%,會使Bs點升高約20℃,但是對B f的影響不明顯;連續(xù)冷卻過程中,先形成粗大的貝氏體鐵素體片層,后繼形成的貝氏體鐵素體片層逐漸變細(xì);Nb的碳化物的形成可能與Nb的擴散相關(guān)。實驗用鋼在30℃/s和20℃/s連續(xù)冷卻時,貝氏體的形成可用擴散機制較好地解釋。 通過分析成分和溫度對貝氏體相變的影響,提出一個可能的相變機制:如果鋼中的合金元素含量較低,在較高溫度等溫,貝氏體可能以擴散方式形成,隨著溫度的降低,貝氏體以切變方式形成;如果鋼中的合金元素含量很高,溫度較高時,由于合金元素的溶質(zhì)拖曳效應(yīng),可能難以通過擴散方式形成貝氏體組織,等溫溫度較低時,貝氏體可能以切變方式形成。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TG142.31
【圖文】：

圖 2－1 碳原子向刃型位錯處富集示意圖.2-1 Schematic illustration of carbon atoms aggregating at edge disloc引入導(dǎo)致體積的增量為34mΔv = π Rε'=mmR RRε m 分別為碳原子和基體原子的半徑。碳原子向刃型位錯處 Boltzmann 分布，對缺陷處可富集碳原子個數(shù)的計算應(yīng)采用度。設(shè)單位體積內(nèi)，某種原子的個數(shù)為iN ，則N C

說明簡化處理過程正確。式（2.47）－（2.48）的計算結(jié)果與 Hirth[22]提出的公式的計算結(jié)果對比如圖2－3。從圖 2－3 可以看出，用式（2.47）－（2.48）計算獲得的結(jié)果與 Hirth 獲得的結(jié)果在碳濃度較高時有一定差距，碳濃度較低時，差距很小。這是因為在本文的計算中，使用了更為準(zhǔn)確的體積濃度，而 Hirth 的公式中使用了摩爾濃度。計算結(jié)果與實驗結(jié)果的驗證參見第三章 3.4 節(jié)和 3.6.7 節(jié)。從以上結(jié)果可以看出，本文提出的公式可用來計算任意晶體中刃型位錯處富集的碳原子個數(shù)。圖 2－2 不同計算公式的比較Fig.2-2 Comparison of the results of different equation

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本文編號：2737396