第8期 于浩等：回火温度对Q60钢小角度晶界的影响 ·955· 0.11间 0.12Fb) 0.10 0.11 0.09 0.10 0.08 0.09 0.07 0.08 0.06 湖0.07 0.05 堡0.06 0.04 0.05 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02 0.01 出 0.01 051015202530354045505560 051015202530354045505560 取向差角) 取向差角) 0.12f 0.09(c 0.11 (d) 0.08 0.10 0.07 0.09 0.06 0.08 0.05 0.07 据0.06 0.04 0.05 0.03 0.04 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01 T4L 051015202530354045505560 051015202530354045505560 取向差角) 取向差角e) 图4不同回火温度下的取向差角分布图.(a)淬火态：(b)200℃：(c)400℃：(d)600℃ Fig.4 Distribution of misorientation angle at different tempering temperatures:(a）quenched state;(b)200℃；(c）400℃：(d)6O0℃ 体心立方(bcc)的相的体积分数分别为99.6%、 粒间的取向差，所以小角度晶界能y也和取向差日 99.5%、99.6%和99.2%.由于残余奥氏体和析出 有关们： 物的晶体结构均为面心立方(fcc),铁素体（包括马 y=Yo0(A-Ine) (1) 氏体)的晶体结构为体心立方(bcc):因此可知在a、 b、c和d试样中残余奥氏体或析出物均非常少，对 式中%=4m-可为常数，取决于材料的切变模 量G、泊松比v和伯氏矢量b;A为积分常数，取决于 钢的力学性能贡献不大.对力学性能起主要作用的 还是马氏体板条结构. 位错中心的原子错排能.由式(1)可知，小角度晶界 由上述分析可知：在整个回火过程中，马氏体领 的界面能随取向差增加而增大.对于小角度晶界来 说，一般情况下，晶界能越高则晶界越不稳定，原子 域和马氏体板条束均没有发生明显的变化：但在较 迁移率也越大.晶粒间取向差越大，晶界能也越大， 高温度回火时，马氏体板条发生了较为明显的变化， 小角度晶界的数量明显减少.也就是说，随着回火 因此迁移率越大。由图4可以看出，试样中小角度 温度的升高，最先发生变化的是马氏体板条，而马氏 晶界的取向差大小主要在5°左右，对于马氏体来 讲，这个角度几乎达到了小角度晶界取向差的最小 体板条界为小角度晶界，所以研究回火过程中小角 值，利用式(1)可知小角度晶界的界面能非常小，故 度晶界的变化机理具有重要意义 马氏体板条界很稳定，这与图3中的现象相吻合，即 2.4不同回火温度下的小角度晶界、位错及力学性 在400℃回火后其板条结构和板条界依然清晰可 能分析 见，在600℃回火后仍保持了板条结构和板条的轮 影响钢的力学性能的因素有马氏体内的位错密 廓.相应地，在淬火态、200℃回火和400℃回火后 度、碳及合金元素的固溶强化、a-Fe的摩擦应力以 试样的力学性能变化缓慢，但600℃回火时力学性 及马氏体形态等，回火后还应考虑碳化物之间的距 能发生了显著的变化，如图1所示. 离.但是，对于某种具体的钢来说，其中的一种或两 为了进一步研究Q960钢中小角度晶界的稳定 种强化起主要作用.对于Q960钢，实验结果表明， 性的机理，引入原子间的键级积分(BOI),键级积 起主要作用的是小角度晶界频率的大小.小角度晶 分可以定量地描述原子间的相互作用.体系的费米 界的能量主要来自位错的能量（形成位错的能量和 能级由下式确定： 将位错排成有关组态所做的功)，因此位错强化在 Q960钢中起主要强化作用，而位错密度又决定于晶 Z=∑u(E)dE (2)第 8 期 于 浩等: 回火温度对 Q960 钢小角度晶界的影响 图 4 不同回火温度下的取向差角分布图． ( a) 淬火态; ( b) 200 ℃ ; ( c) 400 ℃ ; ( d) 600 ℃ Fig． 4 Distribution of misorientation angle at different tempering temperatures: ( a) quenched state; ( b) 200 ℃ ; ( c) 400 ℃ ; ( d) 600 ℃ 体心立 方 ( bcc) 的相的体积分数分别为 99. 6% 、 99. 5% 、99. 6% 和 99. 2% ． 由于残余奥氏体和析出 物的晶体结构均为面心立方( fcc) ，铁素体( 包括马 氏体) 的晶体结构为体心立方( bcc) ; 因此可知在 a、 b、c 和 d 试样中残余奥氏体或析出物均非常少，对 钢的力学性能贡献不大． 对力学性能起主要作用的 还是马氏体板条结构． 由上述分析可知: 在整个回火过程中，马氏体领 域和马氏体板条束均没有发生明显的变化; 但在较 高温度回火时，马氏体板条发生了较为明显的变化， 小角度晶界的数量明显减少． 也就是说，随着回火 温度的升高，最先发生变化的是马氏体板条，而马氏 体板条界为小角度晶界，所以研究回火过程中小角 度晶界的变化机理具有重要意义． 2. 4 不同回火温度下的小角度晶界、位错及力学性 能分析 影响钢的力学性能的因素有马氏体内的位错密 度、碳及合金元素的固溶强化、α--Fe 的摩擦应力以 及马氏体形态等，回火后还应考虑碳化物之间的距 离． 但是，对于某种具体的钢来说，其中的一种或两 种强化起主要作用． 对于 Q960 钢，实验结果表明， 起主要作用的是小角度晶界频率的大小． 小角度晶 界的能量主要来自位错的能量( 形成位错的能量和 将位错排成有关组态所做的功) ，因此位错强化在 Q960 钢中起主要强化作用，而位错密度又决定于晶 粒间的取向差，所以小角度晶界能 γ 也和取向差 θ 有关［7］: γ = γ0 θ( A － lnθ) ( 1) 式中: γ0 = Gb 4π( 1 － υ) ，为常数，取决于材料的切变模 量 G、泊松比 υ 和伯氏矢量 b; A 为积分常数，取决于 位错中心的原子错排能． 由式( 1) 可知，小角度晶界 的界面能随取向差增加而增大． 对于小角度晶界来 说，一般情况下，晶界能越高则晶界越不稳定，原子 迁移率也越大． 晶粒间取向差越大，晶界能也越大， 因此迁移率越大． 由图 4 可以看出，试样中小角度 晶界的取向差大小主要在 5°左右，对于马氏体来 讲，这个角度几乎达到了小角度晶界取向差的最小 值，利用式( 1) 可知小角度晶界的界面能非常小，故 马氏体板条界很稳定，这与图 3 中的现象相吻合，即 在 400 ℃ 回火后其板条结构和板条界依然清晰可 见，在 600 ℃回火后仍保持了板条结构和板条的轮 廓． 相应地，在淬火态、200 ℃ 回火和 400 ℃ 回火后 试样的力学性能变化缓慢，但 600 ℃ 回火时力学性 能发生了显著的变化，如图 1 所示． 为了进一步研究 Q960 钢中小角度晶界的稳定 性的机理，引入原子间的键级积分( BOI) ，键级积 分可以定量地描述原子间的相互作用． 体系的费米 能级由下式确定: Zl = ∑αl ∫ EF －∞ nαl ( E) dE ( 2) ·955·