D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1987.04.004 北京钢铁学院学报 第9卷第4期 Journal of Beijing University Voi.9 No,4 1987年10月 of Iron and Steel Technology 0ct.1987 Fe-C-Si-Mn-Mo合金贝氏体 一奥氏体界面位错的观察 李承基 (金相教研室) 摘 要 本文用STEM电箭观察了Fe-0.48C-0.80Mn一1.30Si一0.45Mo合金的贝氏体 一奥氏体界面位错的形貌及品体学特征，结果表明，贝氏体一奥氏体界面的位错组态 很接近于Rigsbee和Aaronson所描述的魏氏铁素体的界面结构。本文还讨论了贝氏 体.板条马氏体。魏氏铁素体的界面结构及界面迁移机制的异同， 关键词：贝氏铁素体，魏氏铁素体，板条马氏体，界面位错，长大台阶 Observations of the BainiteAustenite Interface Struct ure in An Fe-C-Si-Mn-Mo Alloy Li Chengji Abstract The morphologies and crystallographic features of bainite/austenite interface structure formed isothermally in an Fe-C-Si-Mn-Mo alloy have been studied by means of STEM(a Vacuum Generators HB5).These observations are interpreted in terms of current ideas concerning the structure migration characteristics of FCC/BCC interfaces.It is concluded that the bainite/austenite interface is probably closely similar to 1987一02-17收稿 23
第 卷第 期 年 月 北 京 钢 铁 学 院 学 报 ， ， 一 一 一 一 合金贝氏体 一奥氏体界面位错的观察 李承基 金相教研室 ， 摘 要 本文用 电镜观察了 ‘ 一 一 一 · 一 合金的贝氏体 一奥氏体界面位错的形貌及 晶体学特征 结果表明 ， 贝氏体一奥氏体界面 的位错组态 很接近于 。 和 所描述的魏氏铁素体的界面结构 本文还讨论了 贝 氏 体 板条马氏体 魏氏铁素体的界面结构及界面 迁移机制的异 同 。 关镇词 贝 氏铁素体 ， 魏氏铁素体 ， 板 条马氏体 ， 界面位错 ， 长大台阶 一 一 一 一 狱 一 一 一 一 爪 一 一 收稿 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1987．04．004
Widmanstatten ferrite described by Rigsbee and Aaronson.The differe- ntia between bainite and lath martensite,Widmanstatten ferrite interface structure and migration mechanism,are discussed. Key words:bainitic ferrite,Widmanstatten ferrite,lath martemsite, interfacial dislocations,growth ledge 引 言 在贝氏体相变研究中，长大机制是最有争论的领域之一，总体来看，基本上可分为两 个学派。一派认为贝氏体基本上属于马氏体型的共格切变长大，但受碳的扩散的影响，另 一派则认为基本上属于共析分解的体积扩散型长大（包括台阶机制）1.2)。由于新相的 长大问题和相界面迁移有密切关系，而界面迁移又和界面结构有关，因此，近几年来对奥 氏体转变产物与母相的界面结构，特别是共格或半共格界面结构的研究，引起了人们的 极大兴趣。而高分辨率的电镜技术的进步也使这类研究成为可能3~7)。 在涉及FCC/BCC相界面结构时，有两个模型是值得提及的。一个是Rigsbee和 Aar0nson描述魏氏铁素体一奥氏体界面结构模型(3)，简称R-A模型，其几何示意图可参 见文献6)的图1。另一个是Sandvik和Wayman关于板条马氏体一奥氏体界面结构模型 (4),简称S-W模型，其几何示意图可参见文献〔6)的图2。在这两类界面结构中，界面 均是由界面位错及相应台阶组成的半共格界面。界面位错的柏氏矢量均属a/2〈110〉， /a/2〈111>a。但是界面位错线的真实方向与柏氏矢量的关系明显不同。在R-A界面 结构中，界面位错线方向与柏氏矢量垂直，具有刃型特点。而在S~W界面结构中，界 面位错线方向与柏氏矢量平行，具有螺型特点。这个差别虽然很微小，但却是带有很重要 意义的差别。因为纯螺型界面结构只存在滑移切变长大的可能，而不能垂直于共格界面而 攀移，是无扩散型相变，即板条马氏体的滑移切变长大机制。然而，对于一个纯刃型界面 结构，是不可能使共格相界面实现法线方向的滑移的，但可以通过非保守运动使共格相 界面沿其法向迁移(3,5一7)。它包含了空位的扩散，是扩散型相变。 本文的目的就是在已有工作的基础上〔6一9进一步研究贝氏体一奥氏体界面的结构 特征，为了解贝氏体相变机制提供更有意义的信息。 1 实验材料及方法 为了保证在室温状态能保留足够量的残余奥氏体，以便于贝氏体一奥氏体相界面结 构的观察，研究用合金设计成份选用50 SiMnMo钢。合金经氩弧炉熔化成60g小锭，封 入充氩气的真空石英管内，经1250℃均匀化退火100h,然后冷轧成0.30mm左右的薄 带。冷轧薄片试样密封在不锈钢封皮内，再经1000℃奥氏体化30min,立即淬入350℃或 370℃的锡浴内等温15min左右，再淬入冰盐水中。所得试样的残余奥氏体量，经X-线衍 射仪测定，一般在16~20%范围。然后，用化学减薄液减薄到30~40μm,再经双喷仪电 24
丁 ， ， 。 ， ， 汀 ， ， 引 言 在贝氏体相变研究 中 ， 长大机制是最有争论 的领域之一 ，总 体来看 ， 基本上 可分为两 个学派 。 一派认为 贝 氏体基本上属于马 氏体型的共格切 变长大 ， 但受碳 的扩散的影响， 另 一派则认 为基本上属于 共析分 解的体积扩散型长大 包括 台阶机制 · 〕 。 由于新相的 长大问题 和相界面迁 移有密切关系 ， 而 界面迁 移又和界面结构有关 ， 因此 ，近 几 年来对 奥 氏体转变产物 与每相 的界面结构 ， 特别是 共格或半共格界面结构的研究 ， 引起 了人们的 极大 兴趣 。 而 高分辨率的 电镜技术的进步也使这 类研究成为可能〔 一 〕 。 在涉及 相 界面结 构时 ， 有 两个模型是 值得提及 的 。 一 个 是 “ “ 和 描述魏 氏铁素 体一 奥 氏体界面结构模型 〕 ， 简称 一 模型 ， 其几何示意图可参 见文献 〔 · 〕的 图 。 另一 个是 和 关 于板条马 氏体一 奥 氏体界面结构模型 川 ， 简称 一 模型 ， 其几 何示意图可参 见文献〔 〕的 图 。 在这 两类界面结 构中 ， 界面 均 是 由界面位错及相应台阶组成的半共格界面 。 界面 位错的柏 氏矢量均属 ， “ 。 但是 界面位错线 的真实方向与柏 氏矢量 的关系 明显不 同 。 在 一 界面 结构 中 ， 界面位错线 方 向与柏 氏矢量 垂直 ， 具有 刃型特 点 。 而在 一 界面结构 中 ， 界 面位错线 方向与柏 氏矢量 平行 ， 具有螺型特 点 。 这个差别 虽然很微小 ， 但却是带有很重 要 意义 的差别 。 因为纯螺型界面结构只存在滑移切 变长大 的可能 ， 而 不能垂直于共格界面而 攀移 ， 是 无扩散型相 变 ， 即板 条马 氏体的滑移切 变长大 机制 。 然而 ，对于一 个纯 刃型 界面 结 构 ， 是 不 可能使共格相界面实现法线 方 向的滑移 的 ， 但可以通过非保守运 动使共格相 界 面沿 其法 向迁 移 〔 ， 一 〕 。 它包含 了空位的扩散 ， 是扩散型相 变 。 本文的 目的就是 在 已有工 作的基础上〔卜的 进一 步研究 贝 氏体一 奥氏体界面 的 结 构 特征 ， 为 了解 贝氏体相变机制提供 更有意义的 信息 。 实验材料及方法 为 了保证在室温状态能保 留足 够量 的残余奥氏体 ， 以便于 贝氏体一 奥氏体相界面结 构 的观察 ， 研究用 合金设计成份选用 人物 。 钢 。 合金经氢弧 炉熔 化成 小锭 ， 封 入 充氢 气的真空石 英管 内 ， 经 ℃均 匀 化退火 ， 然后冷轧 成 左 右 的 薄 带 。 冷轧 薄片试样密封在不锈钢封皮 内 ， 再经 。 ℃奥氏体 化 ， 立 即淬 人 ℃ 或 。 ℃ 的锡浴 内等温 左 右 ， 再淬入 冰 盐水 中 。 所得试样的残余奥 氏体量 ， 经 一 线 衍 射 仪测 定 ， 一般在 范围 。 然 后 ， 用 化学 减 薄液减 薄到 林 ， 再经 双 喷 仪 电
解穿孔。所得薄膜试样先用TEM检查，然后在STEM(VgHB5)上观装界面结构形貌 及测定位错柏氏矢量和线方向。STEM(Vacuum Generators HB5)有很高的分辨 率，能较好地满足观测界面位错的技术要求。备有操作灵便的双倾样品台。而且不存在 磁转角问题，可以直接比较衍射像和电子衍射图像的晶体学信息。 合金的最终分析成份为0.48%C,1.30%Si,0.80%Mn,0.45%Mo。 2实验结果及分析 2.1贝氏体一奥氏体的取向关系及惯折面 图1所示为370℃等温淬火后两种常见 的膜取向电子衍射图像。图1a显示〔101)， 020a /〔111)b及(111)./(011)6关系， 110h 即Kurdjumov一Sachs(K-S)关系，图1 b显示〔110)./〔100〕b,(111),/ (0l1)b关系，即Nishiyama-Wasserman (N-W)关系。这两种取向关系的(111)a 面只相差5°左右。就取向关系来说，贝氏体 和板条马氏体是相同的。 要用电镜来精确地测定惯折面是较复杂 B=[101]g/T]6 的技术。但在有足够量的残余奥氏体，并且 能较容易地在薄膜样品内找到具有所谓 “edge一on?位置c)的残余奥氏体板条（即其 相界面的平直面垂直于膜面，在高分辨率下 也观察不到由于倾斜界面所具有的那种厚度 消光条纹及界面位错的特殊位置)。在这种 条件下，惯折面可以直接通过比较衍射图象 和衍衬像来标定(4)。经冷轧成薄片后再进行 奥氏体化及等温淬火的样品，比之圆棒试样 切片，这种“edge一on”位置较容易在木倾 B=T101o/[T00]6 动薄膜的情况下找到。作为一个例子说明 图1，在370℃形成的贝氏体/奥氏体的取向关系。 在图2。从图2a可以看到一束平行的贝氏体 (a)K-S关系，(b)N-W关系 板条起始于原奥氏体晶界，贝氏体板条之间 Fig.1 Orientation relationship between bainite and austenite formed at 370C.(a)K-S 夹有残余奥氏体板条。其相应的电子衍射图 relationship,(b)N-W relalionship. 象表示在图2C,贝氏体和奥氏体显示K-S 关系。图2b是图2中长方形框子的高倍衬像，可以看到界面区没有出现任何消光条 纹及界面位错，因此可以认为这个相界面是处于“cdge一on”位置。然后比较图2b和 2c,将g〔111)./g〔011)。平移到图2b上。可以发现，共边界面i垂直.于gC111. //g〔011)。因此，可以认为其显微的惯折面很接近于(111).。虽然这并不是精确 25
解穿孔 。 所得薄膜试样先用 ， 检查 ， 然后在 上观察界面结构形貌 及测定位错柏 氏矢 量 和线 方 向 。 卫 有 很 高的分辨 率 ， 能较好地满足 观测界面位错的技术要 求 。 备有操作灵便的双倾样品 台 。 而 且不存在 磁 转角同题 ， 可以直接比较衍射像和电子衍射 图像的晶体学 信息 。 合 金 的最终分 析成份为 ， ， ， 实验结果及分析 贝氏体一 奥氏体的 取向关系及惯折面 图 所示 为 ℃等温淬火后两种 常 见 的膜取 向电子衍射图像 。 图 显示 〔 〕 刀 〕 及 关系 ， 即 一 一 关系 ，图 显 示 〔 〕 〔 〕 ， 关系 ， 即 一 一 关系 。 这 两种 取 向关系 的 面 只相差 。 左 右 。 就取 向关系来说 ， 贝 氏体 和 板条马 氏体是 相 同 的 。 要 用 电镜来精确地测 定惯折面 是较复杂 的技术 。 但在有足 够量的残余奥氏体 ， 并且 能较容易地在薄膜样 品 内 找 到 具 有 所 谓 “ 一 。 矿 位置“ 〕的残余奥氏体板条 即其 相 界面 的平直 面垂直于膜面 ， 在 高分 辨率下 也观察不到 由于 倾斜界面 所具有 的那种厚度 消光条纹及界面 位错 的特殊位置 。 在 这种 条件下 ， 惯折面 可以直接通过 比较衍射图象 和衍衬像来标定〔 〕 。 经冷轧 成薄片后再进行 奥氏体化及等温淬火 的样品 ， 比 之 圆棒试样 切 片 ， 这种 ，’ 一 。 ” 位置较容易在 不倾 动 薄膜 的情况下 找到 。 作为 一 个 例 子 说 明 在 图 。 从 图 可以 看到一 束平行 的贝 氏体 板 条起始于原奥 氏体晶界 ， 贝 氏体板条之 间 夹有残 余奥氏体板条 。 其相 应 的电子 衍射 图 象表示 在 图 ， 贝 氏体 和奥氏休显示 一 图 在 ℃ 形成的贝氏体 奥氏 休的取向关系 。 一 关系 ， 一 关 系 玉。 血 。 压七 卜 ， 七 七 ‘ 一 ， ℃ 一 一 ， 一 一 关 系 。 图 是 图 。 中长方 形框 子 的 高倍衍 衬 像 ， 可以 看 到 界 面 区没 有出现任何 消 光 条 纹及界面位错 ， 因 此 可以认 为这个相 界面是 处 于 “ 。 一 ” 位 置 。 然 后 比较 图 和 ， 将 〔 〕 。 〔 〕 平移到 图 土 。 可以 发 现 ， 共 ‘ 边 界面垂直 于 夕〔 士 〕 刀夕 〔 。 〕 、 。 因此 ， 可以认 为其显微的惯折面 很接近 于 。 虽 然这并 不 是 精确
的测定，但至少可以认为贝氏体和板条马氏体的惯折面也是没有什么差别的。 500nm b9[1111a g[011], +50nm 图2用“edg0一oa"位置确定具氏体惯折面的例子(b),膜面的取向为ci01)./ci11)b(C), Fig.2 Shows an example of determination the habit plane of bainite using"edge-on"position as shown in (b),the foil orientation is close to(101)a//(ii1)p as shown in (C). 2.2贝氏体一臭氏体的界面位错组态 界面位错的柏氏矢量分析采用常规的不可见性判据（即g·b=0)。以图3中的界 面位错(d。)为例，在入射电子束方向(B)为〔011)./(111)b时，对于操作反 射200a是可见的，而对于操作反射111a则是不可见的（见图3b)。利用双倾样品台， 改变膜面取向，用3个以上的不可见操作反射条件，就可以基本上判断其柏氏矢量。界 面位错ds的柏氏矢量为a/2〔101)，所观察到的其他界面位错的柏氏失量总结于表1， 基本上为a/2(110>.及a/2111>b。 为了判明界面位错的刃型或螺型特性，必须测定位错线的真实方向。在衍衬像中所 显示的位错线方向，仅仅是在此入射电子束方向下的投影方向，而不一定是真实方向。 如果位错线的投影方向和它的柏氏矢量垂直，则可以定性的判定该位错具有刃型特性。 但如果位错线的投影方向和它的柏氏矢量平行，则很难判定该位错具有螺型特性。此时 必须测定其真实方向。通常采用迹线分折法(4,10)测定线性特性的方向。至少要用4个大 间隔的入射电子束方向来观察。以图4所示的界面位错(d:2)为例。先后用4个入射 电子束方向，即C011).(图4a,b)、〔233]，（图4c,d)、〔013)，（图4e,f)及C345).。从 图5可见，界面位错d:对于操作反射200a、022a、131a及133a是可见的，gb中0（见 26
的测定 ， 但至少可以认为贝氏体和板条马 氏体的惯折面也是 没有什么差别的 。 图 用 ‘· ‘ 一 ” 位置确定具氏体惯折面的例子 ， 膜面的取向为〔 〕 〔 〕 ‘ 二 七 皿 互 “ 一 ，， 一 一五。 一 ‘ ， 卜 。 〔几 〕 〔 〕 、 ， ， 贝氏体一 奥氏体的界面 位错组态 界面位错的柏 氏矢量分析采用常规的不可 见性判 据 即 · 。 以 图 中的界 面位错 。 为例 ， 在 人射 电子 束方 向 为 〔 〕 刀 〔 〕 时 ， 对 于 操 作 反 射 。 。 是 可 见的 ， 而对于操作反身打 五则是 不可 见的 见图 。 利 用 双 倾样品 台 ， 改变膜 面取 向 ， 用 个以上的不 可 见操 作反射条件 ， 就可 以基本上判 断 其柏 氏矢 量 。 界 面位错 。 的柏氏矢量为 〔 仿 〕 ， 所观察到的其他界面位错的柏 氏矢量 总结于表 ， 基本上为 及 。 。 为 了判 明界面位错的 刃型或螺型特性 ， 必须测 定位错线 的真实方 向 。 在 衍衬像 中所 显示 的位错线方向 ， 仅仅是在此 入射 电子 束方 向下的投影方向 ， 而 不一 定是 真实方 向 。 如果位错线的投影方向和它 的柏 氏矢 量 垂直 ， 则 可 以 定性的判 定该位错具有刃型特 性 。 但如果位错线的投影方向和它 的柏 氏矢 量平行 ， 则很难判 定该位错具 有螺型特性 。 此 时 必须测 定其真实方向 。 通常采 用迹线 分折 法〔 ， “ 〕测 定线 性特性的方向 。 至 少要 用 个大 间隔的入射电子束方向来观察 。 以 图 所示 的界面位错 为例 。 先后用 个 入 射 电子 束 方向 ， 即〔 〕 。 图 ， 、 〔 〕 。 图 ， 、 〔 〕 。 图 ， 及〔 〕 。 从 图 可 见 ， 界面 位错 对 于 操 作反 射 、 。 、 及 是 可 见的 ， ’ 砖 见
200a 20 nm 图3在370℃形成的贝氏体/奥氏体的界面位错 Fig.3 STEM micrographs of bainite/austenite interface dislocations formed at 370C.The interfaca dislocations are visible for the reflection 200a as shown in (a),but invisible for the reflection 111aa hown in(b).The foil orienation is close to (011)a//Ci 11)b. 表1界面位错的柏氏矢量及其真实方向 Table 1 Burgers vector and true direction of interfacial dislocation No·of Reflection Burgers True Angle between dislocl. visible inyisible victor direcuion Burgers vector and true direerion dio o11b 101b 42[111]b t73i]6 81.3° 110b 213b 301b 31名b 251p 132b d11 011b 110b a2[111]b [112]b 61.9° 101b 231b 213b 132b 301b 312b dis 200: 111:a2[1101: 【239]a 85.8 一一 0224 335, 1314 3314 1334 2421 27
， 图 在 。 ℃形成的贝氏体 奥民体的界面位错 ， 益 一 ℃ ， 二‘ 一 一 一 玉 一 ， 卜 一 ， ‘ 一 一 〔 〕 八 川 户 表 界面 位错的柏氏矢 及其 实方向 · 吕 。 丫 ， ‘ ‘ ， 一 飞 。 ‘ 。 ‘ 之 ，
图4a,c,e)。饵对于操作反射111a,335a及33ia是不可见的，gb=0(见图4b,d,f)。 由此可以判定其柏氏矢量为a/2〔110).。位错线的真实方向，应是相应于4个入射电 子束方向的各自的晶带轴〔611).、〔320)，〔931)，和〔311〕，的迹线的共同交点。 其它界面位错的待性见表1所列。所观察到的界面位错，几乎均以刃型分量为主，即使 从位错线的投影方向和柏氏矢量之关系的定性判断，也能肯定这一点。 200 20 nm 图4 在370℃形成的贝氏体/奥氏体界面位错 Fig.4STEM micrographa of bainite/austenite interface dislocations formed at 370C.The disloesrione are vinible for the reflections 200a,022a.131a;but invisiblo for the reflections 111a,335a,and 331a.The Burgers vector of interface dislocation is a/2(110). 在观察界面位错组态时，还可以发现如图5所示的“台阶”（见图5中箭头所示）。图5 的入射电子束方向为C101),/C111)6,位错的投影方向接近9C121),。而台阶的投影方向 为g〔111).。其投彩高度约在30~70A范围，比结构台阶高-个数量级，而比扩散台阶则 小一个数量级。图5b所示为另-一形态的界面台阶，如箭头所指之处，其人射电子束方向 为C211)6。位错投影方向为gC222), 28
图 。 ，亡， 。 俱对子操作反射 几 ，矛百 及 应 是 不可见的 ， 由此可以判 定其柏氏钾最为 邝 〔 子束方向的各 自的晶带轴 亡 〕 。 〕 。 。 位错线的真实方向 · 见图 ， ， 。 应是相应于 个人 射 电 。 、 〔 匆 〕 ‘ 〔 。 〕 和 〔 〕 的迹线 的共同交点 其它界面位错的格性见表 所列 。 所观察到 的界面位错 ， 几 乎均以 刃型分量为主 ， 即使 从位错线的投影方向和柏 氏矢量之关系的定性判断 ， 也能肯定这一 点 。 图 在 ℃ 形成的贝氏体 奥氏体界面位错 ‘ 一 ， 名 七。 ‘ 一 ‘ ‘ ℃ ， 一 ，。 ， 一 ‘ 。 卜 。 。 。 。 。 。 ， ， 及 。 几 。 ‘ ， ‘ 。 里。 ， 一 ， ， 几 ‘ 。 。 。 ， 。 。 。 。 、 〔 几〕 ， 在观察界面位错组态 时 ，还可以 发现如图 所示 的 “ 台阶 ” 见图 中箭头所示 。 图 的人射电子束方向为〔汤 〕 。 〔 〕 。 ， 位错的投影方向接近 〔 〕 。 而 台阶的投 影方 向 为 〔 〕 。 其投影高度约在 范 围 ， 比结构台阶 高一 个数量级 ， 而 比扩散台阶则 小一 个数量级 。 图 所示 为另一 形态 的界面台阶 ， 如 箭头所 指之处 ， 其入射电子 束 方 向 为〔 丁〕 。 位错投影方 向为夕〔 圣〕
3讨 论 实验观测的结果表明，贝氏体一爽氏体 的界面结构接近于描述魏氏铁素体一奥氏体 界面的R-A界面结构模型，界面位错以刃分 量为主。这个结果是有重要意义的。众所周 知，在有过饱和空位浓度的条件下，刃位错 可以攀移。但螺位错是不能攀移的。从这一 点上可以把贝氏体长大机制和板条马氏体的 长大机制加以区别，Sandvik和Wagmam的 实验观测表明)，板条马氏体一奥氏体界面 位错是螺型的。因此，板条马氏体的长大不 可能是界面位错的攀移，“只能是滑移切变。 螺型位错的界面属于可滑动界面，但刃型位 错的界面属于不可滑动的界面，只能依靠界 面台阶的横向移动而长大。然而，刃型位错 的界面可以在有过饱和空位浓度的条件下以 图5在350℃形成的贝氏体/奥氏体界面结构 攀移方式迁移。看来，贝氏体的长大机制是与 Fig.5 STEM micrographs of bainite/austenite 界面的非保守运动有联系的。 interface structure formed at350℃，Tha 贝氏体一奥氏体界面结构虽然很接近 foil orientation is close to (101)ain R-A模型，但是作者认为，贝氏体的增厚长大 （a),4nd〔21i)bin（b) 机制和魏氏铁素体的扩散型长大机制仍有不同。前者是攀移一滑移长大〔？)，而后者为受控 于溶质原子（如碳）在母相中的体积扩散控制的台阶横向移动的长大。在魏氏铁素体形 成温度范围，界面台阶的形成及不断提供虽然和界面位错的攀移密切相关，但台阶的横 向移动速度受溶质原子在母相中的体积扩散控制。这一点，根据局部平衡理论的计算结 果与实际测定的动力学数据比较，是令人满意的(5)。在较低的温度范围，由于对局部平 衡状态的偏离，体积扩散的效应减弱，而所谓界面控制效应增强。因此，用局部平衡理 论来描述贝氏体长大动力学是不能令人满意的11)。所谓“界面控制”长大，其具体 物理图像还不清楚。作者所提的“攀移一滑移”模型可能有助于对“界面控制”长大的 具体理解。按“攀移一滑移”模型，界面台阶是由界面位错的攀移来提供的，因此，界 面位错应具有刃型特征。界面位错可以在(111)./(110)b界面上滑移（如果相变自 由能差所提供的驱动力足以使界面的刃位错滑移)，但台阶本身的横向迁移不是滑移， 而是非保守运动。在贝氏体改变温度范围，溶质原子在母相中的体积扩散对台阶的横向 迁移所提供的驱动力已不是主要的了。台阶本身相当于大割阶，其高度可达30~70A (如图5所示)，实际上是一小段刃位错，因此是可以攀移的。 “攀移一滑移”模型可以预期在贝氏体形成温度以上一定温度范围内可形成块型铁 素体（包括铁素体的块型亚结构）〔)。因为铁素体的形貌（如长/宽比）受控于3维方向 29
讨 论 实验观测的结果表明 ， 贝氏体一 奥氏体 的界面结 构接近于描述魏 氏铁素体一 奥氏体 界面的 一 界面结构模型 ， 界面位错以刃分 量为主 。 这 个结果是 有重 要意义的 。 众所周 知 ， 在有过饱和空位浓度的条件下 ， 刃位错 可以攀移 。 但螺位错是不 能攀移的 。 从这一 点上可以 把贝氏体长大机制和板条马 氏体的 长大机制加以 区别 。 和 的 实验观测表明〔 。 ， 板条马 氏体一奥 氏体界面 位错是螺型的 。 因此 ， 板条马 氏体的长大 不 可能是 界面位错的攀移 ， ‘ 只能是 滑移切 变 。 螺型位错的界面属于可 滑动界面 ， 但 刃型 位 错的界面属于不 可滑动 的界面 ， 只 能依靠界 面 台阶的横向移动而长大 。 然而 ， 刃 型位错 的界面可 以在有过饱 和空位浓度的条件下 以 攀移方式迁移 。 看来 ， 贝 氏体的长大 机制 是 与 界面的非保守 运动有联系的 。 贝 氏体一 奥 氏体界面结构虽 然 很 接 近 一 模型 ， 但是 作者认 为 ， 贝氏体的增厚长大 图 在 ℃形成的贝 氏体 奥氏体界面 结构 ‘ 二 一 卜 一 一‘ 。 返 一。 ， ℃ 卜 。 。 一 一。 。 〔历 〕 ， 〕 获。 机制和魏氏铁素体的扩散型长大机制仍有不 同 。 前者是 攀移一 滑移长大〔 〕 ， 而后者为受控 于溶 质原子 如碳 在每相中的体积扩散控制的台阶横 向移动的长大 。 在 魏氏铁素体形 成温 度范 围 ， 界面台阶的形成及不断提供 虽然 和界面位错的攀移密切相关 ， 但台阶的横 向移动速度受溶质原子在母相 中的体积扩 散控制 。 这 一 点 ， 根据局部平衡理论 的计算结 果与实际测 定的动力学 数据比较 ， 是令人满 意的卿 。 在较低 的温度范 围 ， 由于对局部平 衡状态的偏离 ， 体积扩散的效应减弱 ， 而 所谓界面控制 效应增强 。 因此 ， 用局 部平衡理 论来描述 贝 氏体长大 动 力 学 是 不 能令 人满 意的 。 所谓 “ 界面控制” 长大 ， 其 具 体 物理 图像还不 清楚 。 作者所提 的 “ 攀移一 滑移 ” 模型可 能有助于对 “ 界面控制 ” 长大的 具体理 解 。 按 “ 攀移一 滑移 ” 模 型 ， 界面台阶是 由界面位错的攀移来提供 的 ， 因此 ， 界 面位错应具有刃 型特征 。 界面位错可 以在 。 刀 界面上滑移 如果相 变 自 由能差所提供 的驱动力足 以使界面 的刃位错滑移 ， 但台阶本身的 横 向迁移不是 滑移 ， 而是非保守运动 在贝 氏体改 变温度范围 ， 溶质原子在每相 中的体积扩散对台阶的横 包 迁移所提供 的驱动力 已不是主 要的 了 。 台阶本身相 当于大割阶 ， 其 高度 可 达 如 图 所示 ， 实际上是 一小段 刃位错 ， 因此 是 可 以攀移的 。 “ 攀移一 滑移 ” 模型可 以预 期在 贝 氏体形 成温 度以 上一 定温度范 围内可形 成块型铁 素体 包括铁素 体的 块型亚结 构 〔 ” 。 因为铁素体的形貌 如长 宽比 受控于 维方 向
上的长大速度，如果在宽度方向(Y轴)和长度方向(X轴)的长大速度均受控于界面位错的 攀移速度，则必然获得长/宽比接近于1的块型形貌的铁素体。魏氏铁素体的界面台阶的 横向运动（长度方向）由于碳在奥氏体中的体积扩散而加速，所以具有较大的长/宽比。 贝氏体铁素体则由于界面位错的横向滑移而加速台阶的横向非保守运动，所以也具有大 的长/宽比。刘梓葵、崔文暄12)在研究15 MnMoVNRe的粒状贝氏体时发现二个有趣 现象，对“攀移一滑移”模型是一个支持。第一个现象是在1200℃超高温奥氏体化后， 粒贝铁素体的亚结构为块状，在950℃奥氏体化后为板条状。第二个现象是在奥氏体再 结晶温度以下大压下量形变后，粒贝铁素体的亚结构又是块状。这些现象如果从空位浓 度对界面位错的攀移的彩响来解释，是不矛盾的 4结 论 (1)Fe一0.48C一0.80Mn-1.30Si-0.45Mo合金在350~370℃形成的贝氏体- 奥氏体界面结构是由相互平行的，平均投影间距为20~40A的线性缺陷组成的。这种缺陷 被认为是界面位错。 (2)贝氏体一奥氏体界面位错的柏氏矢量为a/2./a/2b,并 且具有刃型特性，很接近于魏氏铁素体一奥氏体界面的R-A结构模型，但不同于板条马 氏体一奥氏体界面的S-W结构模型。 致谢： 本文的主要实验工作是在加拿大McMa.er大学进行的，并得到G,R.Purdy数授（北京钢铁学院名誉教授）的 热情指导及资助，对此深表惑谢， 参考文献 〔1)Ko,T.,Cottrell,S.A.:J,I.S.I.,172(1952),307 2 Hehemann,R.F.,Kinsman,K.R.,Aaronson,H.I. Met.Trans.,3(1972),1077 3 Rigsbee,J.M.,Aaronson,H.I.:Acla Mefall.,27 (1976),365 4 Sandvik,B,P.J.,Wayman,C.M.:Met.Trans.,14A(1983),835 [5 Purdy,G.R.,Hillert,M.:Acta Metall.,32 (1984),823 [6 Chengji Li,Purdy,G.R.:Proc.of 4th Infernational Congress of Heat Treatment of Materials.1985,Berlin,32 〔7〕李承基：金属热处理学报2（1984)，1 〔8)李承基：金属学报，21(1985)，A187 〔9)李承基，胡梦怡：金属热处理学报，1(1981)，18 C10]Hirsch,P.,Howite,A.et al:Electron Microscopy of Thin Crystals, R.E.Krieger Publishing Co.,INC.New York.1987.312. 11 Rao,M.M.,Winchell,P.G.:Trans.Metall.Soc.,AIME,239 (1967)956 〔12〕刘梓类：硕土论文（北京钢铁学院材料科学与工程系，导师雀文暄）.1985。 30
上的长大速度 。 如果在宽度方向 轴 和长度方 向 轴 的长大速度均受控于界面位错的 攀移速度 ，则必 然获得长 宽比接近于 的 块型 形貌的铁素体 。 魏氏铁素体的界面台阶的 横向运动 长度方向 由于碳在奥氏体 中的 体积扩散而 加速 ， 所以具有较大的长 宽比 。 贝氏体铁素体则 由于 界面位错的 横向滑移而加速 台阶的 横 向非保守运动 ， 所以 也具有大 的长 宽比 。 刘桦葵 、 崔文暄〔 〕在研究 的 粒 状贝 氏体时发现二 个有 趣 现象 ， 对 “ 攀移一 滑移” 模 型是 一 个支持 。 第 一个现象是在 ℃超高温 奥氏体化后 ， 粒 贝铁素体的亚 结构为块状， 在 ℃奥 氏体化后为板条状 。 第 二个现象是 在奥氏 体 再 结晶温度以下大压下量形 变后 ， 粒 贝铁素体的亚结构又是 块状 。 这 些现象如果从空 位浓 度对界面位错的攀移的影响来解释 ， 是 不矛盾的 结 论 一 一 一 一 合 金在 ℃形 成的 贝 氏体 奥氏体界面结 构是 由相互平行的 ， 平均投影间距 为 的线 性缺陷组成的 。 这种缺陷 被认 为是 界面位错 。 贝 氏体一奥氏体界面 位错 的柏 氏矢 量为 、 ， 并 且具有刃型特性 ， 很接近于魏 氏铁素体一 奥氏体界面的 一 结构模型 ， 但不 同于板 条马 氏体一奥氏体界面 的 一 结构模型 。 致谢 本文的 主要实验工作是在加拿大 ， “ “ 大学进行的 ， 并得到 教授 北京钢铁学院名誉教授 的 热情指导及资助 ， 对此深表感谢 参 考 文 献 〔 〕 ， ， ， 。 。 ， ， 〔 〕 ， 。 ， ， ， ， 。 。 ， ， 〔 〕 ， ， ， 月 才 ， ， 〔 〕 ， 。 ， ， 。 ， ， 〔 〕 ， ， ， 月 ， ， 〔 〕 ， ， 。 。 。 〔 〕 李承基 金属热处理学 报 ， 〔 〕 李承 基 金属学报 ， ， 〔 〕 李承基 ， 胡梦怡 金属 热处理学 报 ， ， 〔 〕 ， 。 ， ， ， 少 夕 。 。 。 ， 。 。 〔 〕 ， ， ， ， “ 理 ， 〔 〕 刘梓葵 硕士论 文 北京 钢铁学 院 材料科学 与工程系 ，导师崔文暄
