硼在奥氏体晶界的两种偏聚形式.pdf_大学文库

e cooling rate,and can be inhibited by rapid quenching. The temperature effects on these two kinds of grain boundary segregation are different.As the quenching temperature increases,the grain boundary segregation of boron due to equilibrium adsorption decreases,while the non- equilibrium segregation brought to the grain boundaries kinetically increases. The nonequilibrium segregation therefore dominates in the specimens quenched from high temperatures,and the equilibrium segregation dominates in thosc cooled from low temperatures.For the cooling used in the work described above,the transition temperature for the dominance of cither segregation in the alloys lies in the range of 650-750C,increasing with increasing cooling rate, Key words:boron,segregation,grain boundary 前言品界偏聚分为平衡偏聚和非平衡偏聚两大类。平衡偏聚理论经过Mclean等的发展，已经较为系统，从讨论单一溶质的偏聚行为发展到分析多元偏聚的相互影响问题1)。并且成功地应用于解决钢的回火脆性等实际问题〔2~4)。非平衡偏聚现象发现稍晚，出现在许多金属与非金属材料中，它对材料的一系列性能，如品界区的硬度，与晶界有关的物理化学性质，以及相变过程等均有彬响，通常以过饱和空位拖曳溶质原子的机制来加以说明，其理论正处于发展阶段5-7，)。硼在晶界的偏聚长期以来被认为是热力学平衡性质的偏浆，近年来关于硼偏聚的实验工作表明，在许多情况下，明在奥氏体晶界的行为与平衡偏聚不同，属于非平衡偏聚现象〔8-11)。关于品界上这两类偏聚的相互关系问题，至今研究很少。本文的目的是研究这两类晶界硼偏聚的特点，产生的条件，存在的范围以及两者的相互关系。 1试验方法 1.1试验用合金为了在较宽的温度范围内研究硼在面心立方奥氏体品界上的偏聚行为，试验选用含30% Ni的Fe-Ni合金，该合金从1450℃冷却至马氏体相变点以上，一般系单相奥氏体，从而避免了相变带来的影响。试验用合金成分见表1,1和2号合金的含碳量均很低，后者硼量略高，3号合金的含碳量较高为0,07%。武验用合金在25kg非真空感应炉中熔栋，用铝终脱氧，加钛保护硼，钢锭经1150~1200℃ 加热初锻后，经1200℃，15h均匀化退火，再终锻成12mm直径的圆棒，表面车去脱碳与脱硼层后加工成试作，3号合金米经均匀化处理，直接俄成D10mm圆棒。 1.2热处理工艺热处现在实气保护管式炉中进行，保温时，炉温波动为士2℃。试验采用升温和降温“ 62

，，，土 “ “ 么 “ 政，卜。，一 ℃ ，。，，月吕品界偏聚分为平衡偏聚和非平衡偏聚两大类。平衡偏聚理论经过等的发展，已经较为系统，从讨论单一溶质的偏聚行为发展到分析多元偏聚的相互影响问题〔〕。并且成功地应用于解决钢的回火脆性等实际问题〔 “ 一〕。非平衡偏聚现象发现稍晚，出现在许多金属与非金属材料中，它对材料的一系列性能，如晶界区的硬度，与晶界有关的物理化学性质，以及相变过程等均有影响，通常以过饱和空位拖曳溶质原子的机制来加以说明，其理论正处于发展阶段〔一， ” 。硼在晶界的偏聚长期以来被认为是热力学平衡性质的偏聚，近年来关于硼偏聚的实验工作表明，在许多情况下，硼在奥氏体晶界的行为与平衡偏聚不同，属于非平衡偏聚现象〔一。关于晶界上这两类偏聚的相互关系问题，至今研究很少。本文的目的是研究这两类晶界硼偏聚的特点，产生的条件，存在的范围以及两者的相互关系。试验方法试验用合金为了在较宽的温度范围内研究硼在面心立方奥氏体晶界匕的偏聚行为，试验选用含纬的一合金，该合金从 ℃ 冷却至马氏体相变点以上，一般系单相奥氏体，从而避免了相变带来的影响。试验用合金成分见表，和号合金的含碳量均很低，后者硼量略高，号合金的含碳量较高为。试验用合金在非真空感应炉中熔炼，用铝终脱氧，加钦保护硼，钢锭经一 ℃ 加热初锻后，经 ℃ ，均匀化退火，再终锻成直径的圆棒，表面车去脱碳与脱硼层后加工成试样，一号合金未经均匀化处理，直接锻成小圆林。热处理工艺热处理在氮气保护件式炉中进行，保温时，炉温波动为士 ℃ 。试验采用升温和降温二

表1试验合金化学成分(%) Table 1 Chemical compositions of the tested alloys (% 多 Alloy C B Ni .P ,Ti G.008 0.0010 29.1 0.006 0,009 0.033 2 0.008 0.0016 29.7 0.005 0.009 0.030 0.7 0,0011 29.8 0,G10 0.029 0.016 种热处理制度，如图1所示。 185tgn56 1)1ce-brine ·2)041 Furnace cucling 3)A1r Ti 5 TI G.5h Time Time (a) 图1升温与降温处理工艺图 (b) Fig.1 Schematic drawings of up-hill treatment (a)and down-hill heat treatment (b) 升温处理制度如图1(a),试样先进行1200℃高温退火预处理，炉冷至室温。然后再加热到不同温度(T:)保温0.5h在不同介质中冷却。预处理的目的是使各试样均为相同的粗大奥氏体晶粒（直径为120μm左右）。而且在加热后缓慢的冷却过程中让含硼析出相充分发展为粗大的块状。这种析出相便于与随后加热及冷却处理时形成的品界偏聚相区分。升温处理采用的试样尺寸为直径8×20mm。再加热温度为800,750,600,550℃，冷却方式分别为冰盐水，油和空冷。降温处理制度如图1（b)。所有试样均先加热到1200℃，保温0.5h后，炉冷到不同温度 T:保温0.5h随后淬入不同介质中冷却，试样在炉冷时冷速在大于1000℃时不大于0.4℃/s, 在1000~650℃时不大于).2℃/s。控制缓慢的冷却速度是为了避免冷却时沿晶界产生非平衡偏聚对以后结果的影响。降温处理用3号合金，试样尺寸为直径10×20mm,淬火温度分别为1200,1150,1100， 1050,950,850,800,750,700℃和650℃，冷却方式分别为水冷、油冷及空冷。 1.3酬硼分布的显示采用改进的径迹显微照相技术(PTA法)，显示淬火试样中硼的分布状态，用三醋酸纤维作探测膜，探测硼的灵敏度为1PPm,空间分辨率为2μm12)。试样经热中子幅照，幅照积分通量为0.4及1.4×1015中子数/cm2,探测膜用7.5 N NaOH 溶液蚀刻，仙划时间10mi左右，然后薄膜表面喷铬，在金相显微镜下观察。 63

表试验合金化学成分卯一－一节一一－一一一一一－一－一。。。。。。一。。。。。。公公。。。。。，‘ 山 ‘ 山‘ 一一一一 ” 一，一一一‘ 一一种热处理制度，如图所示一。一… 乙汀汗日白习。‘﹄忿，户﹄田二二图升温与降温处理工艺图爪一一五升温处理制度如图，试样先进行 ℃ 高温退火预处理，炉冷至室温。然后再加热到不同温度保温在不同介质中冷却。预处理的目的是使各试样均为相同的粗大奥氏体晶粒直径为。协左右。而且在加热后缓慢的冷却过程中让含硼析出相充分发展为粗大的块状。这种析出相便于与随后加热及冷却处理时形成的晶界偏聚相区分。升温处理采用的试样尺寸为直径 “ ‘ 。再加热温度为，，， ℃ ，冷却方式分别为冰盐水，油和空冷。降温处理制度如图。所有试样均先加热到 ℃ ，保温后，炉冷到不同温度保温随后淬入不同介质中冷却。试样在炉冷时冷速在大于 ℃ 时不大于。 ℃ ，在。 ℃时不大于。 ℃ 。控制缓慢的冷却速度是为了避免冷却时沿晶界产生非平衡偏聚对以后结果的影响。降温处理用号合金，试样尺寸为直径，淬火温度分别为，，，，。，，，， ℃ 和，冷却方式分别为水冷、油冷及空冷。。硼分布的显示采用改进的径迹显微照相技术法，显示淬火试样中硼的分布状态，用三醋酸纤维作探测膜，探测硼的灵敏度为，空间分辨率为件〔〕。试样经热中子幅照，幅照积分通量为及又 ‘ 中子数 “ ，探测膜用溶液蚀刻，蚀刻时间左右，然后薄膜表面喷铬，在金相显微镜下观察

2 试验结果 2.1降温处理后各试样中的分布 8号合金从不同温度油淬，试样中硼的分布如图2所示。1150℃油淬火时，硼在晶界呈连续分布（图2(a)),随谇火温度降低，晶界硼偏聚量下降（见图2(b))。降至 750~700℃淬火时，晶界偏聚量降到最小值，（见图2(c)和2（d)),当温度再下降时，用PTA方法显示的晶界硼偏聚程度又增加（见图2(e))。在PTA照片上还可以看到：高温淬火时，晶界硼偏聚带周围有一定的贫硼区，随淬火温度下降，贫硼区缩小，750℃淬火时已不明显。700℃以下谇火的试样中，尽管晶界偏聚程度又逐步明显起来，但品界两侧不再显示贫硼区，可见700℃以上和以下温度诈火时，硼在晶界偏聚的温度关系以及贫硼区的发展情况是不同的。在水淬和空冷的试样中显示的规律与油淬基本相似，但冷速较小时，高温段谇火试样中硼偏聚明显增多，并发展为断续的聚集状态，贫硼区更为明显。出现偏聚程度最低值的温度，水济试样在750℃左右，空冷在650~700℃左右。在降温处理时，950℃以下试样中有明显的沿晶界硼相析出，对晶界偏聚，特别是对低温范围晶界偏聚的分析和观察有所干扰。 ()1150℃ (b)950℃ (c)750℃ (d)700℃ (c)650℃ 图2F。-30%Ni(3号合金)不同温度油淬试样中硼分布的变化(PT4照相)250X Fig.2 The distribution of boron revealed by PTA for Fe-30%Ni alloy 3 after down-hill heat treatment quenched in oil from different tempera- tures.250× 2.2升温处理试验结果为了进一步揭示和研究两类品界偏聚的行为，在800~550℃范围内进了了升温试验，用三种方式冷却。 (1)冰盐水谇火试样中的硼分布经顶处理后试样中的硼分布见图8(a),预处理后再加热至不同温度保温30mi血后用冰盐水冷却，用PTA法显示硼的分布，结果如图3 (b)-(e)。800℃淬火的试样中（图3(b)),预处理时沿晶界析出的大块条状析出物在加热到800℃时，已基本溶解，许火后品界上硼的偏聚交弱。750℃谇火试样中（图3 (℃))，晶界上有少量残留未溶解的预处理时析出的硼化物，晶界偏聚也不多，仅在少量晶界上有所显示。山于试样冷却速度快，冷却过程中的非平衡偏聚明显受阻。 64

试验结果降沮处理后各试样中姗的分布号合金从不同温度油淬，试样中硼的分布如图所示。 ℃ 油淬火时，硼在晶界呈连续分布图，随淬火温度降低，晶界硼偏聚量下降见图。降至。 ℃淬火时，晶界偏聚量降到最小值，见图和，当温度再下降时，用方法显示的晶界硼偏聚程度又增加见图。在照片上还可以看到，高温淬火时，晶界硼偏聚带周围有一定的贫硼区，随淬火温度下降，贫硼区缩小， ℃淬火时已不明显。 ℃ 以下淬火的试样中，尽管晶界偏聚程度又逐步明显起来，但晶界两侧不再显示贫硼区，可见 ℃ 以上和以下温度淬火时，硼在晶界偏聚的温度关系以及贫硼区的发展情况是不同的。在水淬和空冷的试样中显示的规律与油淬基本相似，但冷速较小时，高温段淬火试样中硼偏聚明显增多，并发展为断续的聚集状态，贫硼区更为明显。出现偏聚程度最低值的温度，水淬试样在 ℃ 左右，空冷在 ℃左右。在降温处理时， ℃ 以下试样中有明显的沿晶界硼相析出，对晶界偏聚，特别是对低温范围晶界偏聚的分析和观察有所干扰。嘿黔一 ℃ 七 ℃ ℃ 渤℃ 苏 ℃ 图一拓丘号合金不同温度油淬试样中硼分布的变化照相。一一一。。升温处理试验结果为了进一步揭示和研究两类晶界偏聚的行为，在一 ℃ 范围内进了了升温试验，用三种方式冷却。冰盐水淬火试样中的硼分布经预处理后试样中的硼分布见图，预处理后再加热至不同温度保温后用冰盐水冷却，用法显示硼的分布，结果如图一。 ℃淬火的试样中图，预处理时沿晶界析出的大块条状析出物在加热到 ℃ 时，已墓本溶解，淬火后品界上硼的偏聚较弱。 ℃ 淬火试样中图，晶界上有少量残留未溶解的预处理时析出的硼化物，晶界偏聚也不多，仅在少量晶界上有所显示。山于试样冷却速度快，冷却过程中的推平衡偏聚明显受阻

2,3定量统计结果温与降温两组试样的试验结果均表明，砌在品界的偏聚行为随淬火温度而改变，在 750~600℃之间变化规徘发生变化，为了确定这一结果，对硼在晶界的偏聚程度进行了半定量统计。 (1)统计的可比性于用PTA法显示硼分布时，其蚀坑大小及各区域蚀坑所占总面积不仅与微观区域硼的浓度有关，并且与实验条件，包括幅照的热中了积分通量以及探涮膜的蚀刻条件等因素有关，为了保证各试样闻能进行比较，统计用的试样其幅照积分通量均为 1.4×1015中子数/cm,从同一张醋酸纤维膜上切取探测膜，蚀刻时调整时间，尽量减小蚀坑尺寸的差异。在采取了以上措施后，采用图相分析仪对各试样探测膜上的蚀坑大小进行了定量统计。在薄膜的任意部位选取若干不同视场，对不重叠的单个蚀坑面积大小分档进行统计，获得蚀坑的平均尺寸。表2中给出了2号合金550℃加热冰盐水淬火试样的统计结果。不同处理试样的蚀坑大小统计结果综合列于表8，由表可见，各试样单个蚀坑平均大小相近，均在 1.4~一2.0μm2范围内。从而保证了各试样间硼分布定量测定结果的可比性。表22号合金550℃加热，冰盐水冷试样的蚀坑面积分布 Table 2 The distribution of etching pit on the PTA film for the sample (alloy 2)quenched at 550℃in ice-brine Size of single 0.50 0.751.00 1,25 1.501.75 2.00 2,252.50 2.75 etching pit(μm)& 0.75 1.00 1,251.50 1.752.002.252.502.753.00 Amount of etching 48 48 132 110 70 6g 7458 47 47 pit Note:The total number of counted etching pits N=698.The averag e size m=1,67 um2.The sample deviation 0.636,The mean std.dev.0.024 表32号合金不同温度淬火试样蚀坑大小统计结果 Table 3 The size of etching pit on PTA films for the sample (alloy 2) with diffent treatments Temperature,.·C 800 750 600 550 Cooling Ice- Air Ice- Air Ice- Air Ice- Air medium brine brine brine brine Average area of 1,69 1.65 1,41 1,40 1.98 1.67 etching pits(μm)2 1.59 Total numnber of counted 581 558 75 1233 1382 447 698 etching pits Sample deviation 0.602 0.642 0.653 0.G28 0.526 0.566 0.G36 Mean std,dev. 0.025 0.027 0,024 0,018 0.014 0.028 0,024 (2)晶界偏聚量的统计方法与结果考虑到蚀坑大小及径迹照相方法的空间分辨率，取相当于实际宽度为2儿的矩形带，分别对晶界与品内测定该矩形带面积中蚀坑所占面积 66

定且统计结果升温与降温两组试样的试验结果均表明，硼在品界的偏聚行为随淬火温度而改变，在。 ℃ 之间变化规律发生变化，为了确定这一结果，对硼在晶界的偏聚程度进行了半定量统计。统计的可比性由于用法显示硼分布时，其蚀坑大小及各区域蚀坑所占总面积不仅与微观区域硼的浓度有关，并且与实验条件，包括幅照的热中子积分通量以及探侧膜的蚀刻条件等因素有关，为了保证各试样间能进行比较，统计用的试样其幅照积分通量均为 ‘ ” 中子数么，从同一张醋酸纤维膜上切取探测膜，蚀刻时调整时间，尽量减小蚀坑尺寸的差异。在采取了以上措施后，采用图相分析仪对各试样探测膜上的蚀坑大小进行了定量统计。在薄膜的任意部位选取若干不同视场，对不重叠的单个蚀坑面积大小分档进行统计，获得蚀坑的平均尺寸。表中给出了号合金 ℃ 加热冰盐水淬火试样的统计结果。不同处理试样的蚀坑大小统计结果综合列于表，由表可见，各试样单个蚀坑平均大小相近，均在叩 “ 范围内。从而保证了各试样间硼分布定量测定结果的可比性。表号合金 ℃加热，冰盐水冷试样的蚀坑面积分布 ℃ 一么卜一弓。。。。。。。。 “ ， ” 引一吕 ’ … … 一 ‘ 它，表号合金不同温度淬火试样蚀坑大小统计结果一。森一少犷「 “ 少几皿卜丘卜诬。。。。。。。 ‘ 。。。。。。晶界偏聚量的统计方法与结果考虑到蚀坑大小及径迹照相方法的空间分辨率，取相当于实际宽度为协的矩形带，分别对晶界一与晶内测定该矩形带面积中蚀坑所占面积

分数，分别川S'S。表示。利川下式13)： S:-ln(t-S′) (1) 修正蚀坑间的重叠效应，得到品界品内实际蚀坑片据的而积分数S和S,用S/So表征品界偏聚程度。在统计过程小，：个试样取40一6)条直品界与品内对比，取测量平均值S和S。统计时矩形带长度不腿，这在蚀坑尺寸不变的前提下，对结果影响不大。缆北时尽量避F品界上大块的含硼析出物。当然，1于论迹照相法不能区分直径小干0.25μm的硼化物，这对统计结果会有-一定影响。但对各试样中偏聚程度变化的总趋势影响不大。用测量的(SS0)值对淬火温度作图，在图5和图G中分别给出了升温处理冰盐水济火及空冷的结果。由图可见，其规律与PTA照相上定性观察结果的趋势-致。在550~800℃范围冰盐水淬时，随济火温度升高品界偏聚程度下降，而空冷时从550℃和600℃冷却的试样中，偏聚程度与冷却速度关系不大，750℃以上泸火时，随淬火温度的升高偏聚量明显增加。 ! Co.iing tu t.J:.a Cooling at air 西 2: 2 00 Tempersture,C 500 600700 800 Temperature,◆C 52号合金升温处理冰盐水淬试样中明 62号合金升湿处理空冷试样中调品界品界偷聚程度随子火温变的变化偏装程度随产火品度的变化 Fig.5 Relative magnitude of grain Fig.G Relative magnitude of grain boundary segregation of boron boundary segregation of (S/So)as a function of boron (S/So)as a function quenching temperature for of quenching temperature for Fe-30%Ni alloy 2 after Fe-30%Ni alloy 2 after up-hill heat treatment up-hill heat treatment cooled quenched in icc-brine in air. 3 讨论 3.1硼在晶界的平衡偏聚：由Mclean理论估算的晶界平衡偏聚与温度存在如下关系式： Cg/Co=exp(Q/RT) (2) 它既决定于温度T,又决定于溶质原了与晶界的结合能Q。对于硼这类小尺寸原子，预期其品界平衡偏聚量随温度的变化应遵循Mclean公式，考虑 67

到通常品界偏聚的实际宽度约为几个原子层厚(~一10A)而径迹照相法的空间分辨能力为 2μm,因此在PTA图上实测的品界硼偏聚与品内硼含量之比值C:/C。与实际的C:/Co间应有如下关系： aC.'/C=9x18△c/C (8) 式中△C。'=C.′-Co,AC,=Cg-Co C:'/C随温度的变化亦应类似于平衡偏聚量随温度的变化，只是绝对值相差约2×103 倍。通常认为当△C,'/C0>10%时，PTA法才能显示品界具有硼偏聚，因此能够观察到硼平衡编聚的温度应有一上限，在该温度以下，晶界偏聚量达到-一定程度，径迹照相上就呈现可分辨的界偏聚。根据Hoch等(15)估算，Fe-B合金中硼与品界的结合能在54.4kJ/mol左右，这样当硼的平衡偏聚存在时，在900℃以下，径迹法应当能够显示平衡偏聚的存在。试验中升温处理时，试样在各温度保温时间为0.5，根据已有硼扩散系数估算，硼在晶粒范围内可扩散均匀。冰盐水冷时冷却速度很大，试样的硼分布状态应接近于保温时的状态。试验结果表明，这组试样中800℃以下晶界硼偏聚随谇火温度降低而升高，其规律基本符合硼的平衡偏聚规律。另外从径迹照相上还可以看到上述试样中晶界偏聚带的两侧没有显示贫硼区，可以认为，在含硼16pPm的Fe-30Ni合金中，在800℃以下时，一部分晶界上已存在有能用径迹照相显示的晶界硼平衡偏聚，进一步降温时偏聚不断明显起来。 3.2刚在晶界的非平衡偏聚降温处理及升温处理的油冷和空冷试验结果均表明，700℃以上淬火时，试样中晶界硼偏聚量随淬火温度升高而明显增加，与平衡偏聚理论预期相反。而且偏聚程度对冷却速度很敏感，冷速降低，偏聚增加，并在晶界偏聚带两侧出现明显的贫硼区，其宽度也随淬火温度增加及冷却速度降低而增加。我们的另一工作(14)表明，这类偏聚可以在等温过程中产生并随等温时间延长而消失，这是一种非平衡的晶界偏聚现象。并认为它是在冷却过程中通过空位一硼原子复合运动，由品界两侧贫硼区向品界富集的结果。 3.3硼在晶界的平衡与非平衡偏聚的关系图6给出了升温处理800~550℃加热后空冷试椎中品界硼偏聚程度随加热温度的变化曲线。由图可见，它的右半部与冰盐水急冷的曲线（图5）右半部(750,800℃)相比有明显差异。空冷的偏聚程度高得多，甚至比600℃和550℃加热试样中的偏聚程度还高，800℃的更为明显。在这两个图的左边部分（600℃，550℃)，两条曲线差异很少，基本规律完全相似，偏聚程度主要取决于加热温度，对冷却速度也不很敏感。综合升温降温两方面试验结果，可以认为，在通常的冷速不太大的情况下，淬火试样中同时存在有平衡与非平衡两类晶界刚偏聚，它们随加热温度的变化规律分别示于图7中曲线A 和B。随温度升高，在保温过程中形成的晶界平衡硼偏聚迅速下降，而在冷却过程中发展起来的非平衡偏聚则明显增加。实标观紫到的总效应是两者的叠加，即图7中曲线C。在叠加曲线上 68

到通常品界偏聚的实际宽度约为几个原子层厚一而径迹照相法的空间分辨能力为卜，因此在图上实测的晶界硼偏聚与品内硼含量之比值打。与实际的。间应有如下关系 △ ‘ 一一 △ 。式中八 ‘ 产一， △ 一。 “ 。随温度的变化亦应类似于平衡偏聚量随温度的变化，只是绝对值相差约。 “ 必。通常认为当△ ‘ 。时，法才能显示品界具有硼偏聚，因此能够观察到硼平衡偏聚的温度应有一上限，在该温度以下，晶界偏聚量达到一定程度，径迹照相上就呈现可分辨的品界偏聚。根据等〔 “ 〕估算，一合金中硼与晶界的结合能在左右，这样当硼的平衡偏聚存在时，在 ℃ 以下，径迹法应当能够显示平衡偏聚的存在。试验中升温处理时，试样在各温度保温时间为，根据已有硼扩散系数估算，硼在晶粒范围内可扩散均匀。冰盐水冷时冷却速度很大，试样的硼分布状态应接近于保温时的状态。试验结果表明，这组试样中 ℃ 以下晶界硼偏聚随淬火温度降低而升高，其规律基本符合硼的平衡偏聚规律。另外从径迹照相上还可以看到上述试样中晶界偏聚带的两侧没有显示贫硼区，可以认为，在含硼的一合金中，在 ℃ 以下时，一部分晶界上已存在有能用径迹照相显示的晶界硼平衡偏聚，进一步降温时偏聚不断明显起来。硼在晶界的非平衡偏聚降温处理及升温处理的油冷和空冷试验结果均表明， ℃ 以上淬火时，试样中晶界硼偏聚量随淬火温度升高而明显增加，与平衡偏聚理论预期相反。而且偏聚程度对冷却速度很敏感，冷速降低，偏聚增加，并在晶界偏聚带两侧出现明显的贫硼区，其宽度也随淬火温度增加及冷却速度降低而增加。我们的另一工作〔，〕表明，这类偏聚可以在等温过程中产生并随等温时间延长而消失，这是一种非平衡的晶界偏聚现象。并认为它是在冷却过程中通过空位一硼原子复合运动，由晶界两侧贫硼区向品界富集的结果。翻在晶界的平衡与非平衡偏聚的关系图给出了升温处理 ℃ 加热后空冷试样中品界硼偏聚程度随加热温度的变化曲线。由图可见，它的右半部与冰盐水急冷的曲线图右半部， ℃ 相比有明显差异。空冷的偏聚程度高得多，甚至比 ℃ 和 ℃ 加热试样中的偏聚程度还高， ℃ 的更为明显。在这两个图的左边部分 ℃ ， ℃ ，两条曲线差异很少，墓本规律完全相似，偏聚程度主要取决于加热温度，对冷却速度也不很敏感。综合升温降温两方面试验结果，可以认为，在通常的冷速不太大的情况下，淬火试样中同时存在有平衡与非平衡两类晶界硼偏聚，它们随加热温度的变化规律分别示于图中曲线和。随温度升高，在保温过程中形成的品界平衡硼偏聚迅速下降，而在冷却过程中发展起来的非平衡偏聚则明显增加。实际观察到的总效应是两者的叠加，即图中曲线。在叠加曲线上

B Quenching tomperature,C 7两种品限徐跳随温度的变化规律及其迭加的示意 Fig.7 Schematic drawing of magnitude of grain boundary segregation of boron as a function of quenching temperature curve C)and those contri- buted by equilibrium segregation curveA)and noncquilibrium segregation curve B)respectively. 存在一个转折温度，在此温度以上：，非平衡偏聚发展很快，而平衡偏聚则逐步减弱，实际曲线显示为非平衡偏浆特性。而在此温度以下，冷却时引起非平衡偏聚的动力学过程进行过慢，实际曲线以平衡偏聚为主导。在此转折温度区，两者均较弱，出现曲线的低谷，如图 7中曲线C及图6所示。 1号和2号合金碳含量相似，仅硼含量略有差异。实验结果表明，二者的偏聚特征相似，只是在相同条件下2号合金晶界偏聚量比1号合金大。对于3号合金其硼含量与2号合金相似，只是碳量较高。这时碳硼化物析出温度升高，析出量加大，合金中固溶硼量随温度变化更为明显，而随温度升高，碳硼化物溶解，非平衡偏聚量随温度变化增加更快，整个曲线在低温区形态变化不大，但在高温以非平衡偏聚为主的区域，曲线明显变陡。 4结论 (1)Fc-30%Ni合金经加热冷却的试中同时斥在有平与非平衡两类品界硼偏聚。它们产生的机构不同，随外界因崇的变化也不司。平衡偏浆主要决定于加热温度；而非平衡偏聚不但决定于济火温度，而且对冷却速度很独感。 (2）试样加热后以极快速度冷却时，可以抑制品界非平衡偏聚，此时硼在品界的偏聚主要显示为平衡偏浆特性。而以通常速度冷却的试样中，品界的刚偏聚是平衡与非平衡偏聚的综合效果。 (3)淬火加热温度变化对两类偏聚的彩响相反，因此实际试样中的品界硼偏聚存在有一个转折温度区，在此温度区以上，非平衡偏聚起主导作用，而在此温度区以下，平衡晶界偏聚为主。这个转折温度随冷却速度的除低而降低。本实验结果表明，在通常冷却速度下这个转折温度在650~750℃范用内 69

﹄切妞“ 仁二止卜口火，盆口叻，。图了两种冲界偏聚随漏度的变化规律及其迭加的示意日 ‘ “ 亡以，存在一个转折温度，在此温度以土，非平衡偏聚发展很快，而平衡偏聚则逐步减弱，实际曲线显示为非平衡偏聚特性。而在此温度以下，冷却时引起非平衡偏聚的动力学过程进行过慢，实际曲线以平衡偏聚为主导。在此转折温度区，两者均较弱，出现曲线的低谷，如图中曲线及图所示。号和号合金碳含量相似，仅硼含量略有差异。实验结果表明，二者的偏聚特征相似，只是在相同条件下号合金晶界偏聚量比号合金大。对于号合金其硼含量与号合金相似，只是碳量较高。这时碳硼化物析出温度升高，析出量加大，合金中固溶硼量随温度变化更为明显，而随温度升高，碳硼化物溶解，非平衡偏聚量随温度变化增加更快，整个曲线在低温区形态变化不大，但在高温以非平衡偏聚为主的区域，曲线明显变陡。月，奋出右吞二口卜乙一合金经加热冷却后的试样， ‘ 卜弓时存在有平衡一与非平衡两类粼异硼偏聚。它们产生的机构不同，随外界素的变化也不同。平衡偏聚主要决定于加热温度而非平衡偏聚不但决定于淬火温度，而且对冷却速度很放感。试样加热后以极快速度冷却时，可以抑制品界非平衡偏聚，此时硼在晶界的偏聚主要显示为平衡偏聚特性。而以通常速度冷却的试样中，品界的硼偏聚是平衡与非平衡偏聚的综合效果。淬火加热温度变化对两类偏聚的影响相反，因此实际试样中的靛，界硼偏聚存在有一个转折温度区，在此温度区以上，非平衡偏聚起主导作用，而在此温度区以下，平衡晶界偏聚为主。这个转折温度随冷却速度的降低而降低。本实验结果表明，在通常冷却速度下这个转折温度在 ℃ 范围内