·554· 北京科技大学学报 第33卷 所下降.在实验的回火温度内，回火温度增加，MA 平均尺寸缓慢增大，达到1.1~1.33μm. 的平均尺寸增大，达到1.33~1.66um.但是，回火 3分析 温度对MA的体积分数有较大的影响.MA的体积 分数与回火温度的关系如图7所示.可以看出，随 MA组分也是连续冷却过程中贝氏体转变形成 回火温度升高，MA体积分数呈先升高后降低的特 的，组织因呈粒状，多称为粒状贝氏体.事实上，低 征.在750℃回火等温时，MA的体积分数达到最大 合金钢中MA组织是一种含碳量极不相同的富碳合 值7.9%. 金马氏体、奥氏体或它们的混合物，其含碳量远远超 2.0 过基体中的平均含碳量.虽然关于贝氏体相变机理 的多种观点未达成一致，但对其相变过程中存在于 5 奥氏体中的碳扩散的认识基本相同阅.奥氏体中 固溶碳浓度的提高应当是形成MA组织的必要条 1.0 件，而MA组织的转变过程，主要是碳向奥氏体扩散 导致固溶量提高的过程.MA的总量、分布位置 05 与热处理过程中碳扩散密切相关.按照扩散定 律，可得 650 675700725750775800 回火温度℃ (1) 图7回火温度对MA体积分数及尺寸的影响 Fig.7 Influence of tempering temperature on the volume fraction and 式中，J为扩散通量，D为扩散系数，c为碳原子在奥 average size of MA 氏体中的浓度，x。和x分别表示碳在贝氏体内和 平衡奥氏体内的浓度.扩散系数与温度的关系可用 2.4回火时间对MA的影响 Arrhenius公式表示： 金相组织观察，MA的形态、数量和尺寸随着回 火保温时间延长而变化.保温时间少于300s时， D=D.exp(-RT) (2) MA的尺寸细小，且多呈圆形颗粒状或等轴状，弥散 式中，Q为扩散激活能，R为摩尔气体常量，T为 分布.当保温时间多于300s时，部分MA颗粒呈现 温度 粗大的多边形块状或短棒状，分布在铁素体晶界. 扩散的快慢与扩散系数D成正比，根据式(2) 保温时间长，单位面积内的MA质点数减少.图8 可知，温度升高，原子热运动加剧，扩散系数很快提 是不同的保温时间回火试样中MA体积分数及平均 高，当然随碳在奥氏体中的浓度增加，扩散通量J会 尺寸.随着回火保温时间的延长，MA的体积分数呈 逐渐降低.另外，晶体中的位错也会影响扩散，位错 现出先增加后减小的趋势，回火保温200~300s时 可以近似地看成扩散的“通道”，可以加速扩散 出现了峰值：随保温时间延长，MA平均尺寸有所增 回火加热过程中，温度升高一方面会导致碳原 大，不保温时为0.77m,保温时间超过200s,MA 子扩散速度的增大，有利于未转变奥氏体中碳含量 2.00 增加a,另一方面过高的温度会使已经转变的贝氏 1.75 体长大).回火时间长短直接影响碳扩散距离及 64 150里 未转变奥氏体中的碳含量，也就决定了MA的分布. 高温回火过程中，碳在铁素体和未转变奥氏体中的 平衡浓度x总与x相应增加，导致未转变奥氏体中 1.00 碳含量升高，以及未转变奥氏体稳定性提高，使MA 0.75 体积分数增加：同时，回火温度升高，贝氏体中的碳 0.50 固溶量相应增加，奥氏体的碳含量增加受影响，会导 100 200300 400500 保温时间⅓ 致MA体积分数减少，回火贝氏体晶粒粗大，未转变 奥氏体分解产生的贝氏体及MA也粗大.回火温度 图8回火时间对MA体积分数及尺寸的影响 Fig.8 Influence of tempering holding time on the volume fraction 低于750℃，前一种机理占优势；其他TP效应钢 and average size of MA 的相关研究也有相近的结果89.回火温度高于北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 所下降． 在实验的回火温度内，回火温度增加，MA 的平均尺寸增大，达到 1. 33 ～ 1. 66 μm． 但是，回火 温度对 MA 的体积分数有较大的影响． MA 的体积 分数与回火温度的关系如图 7 所示． 可以看出，随 回火温度升高，MA 体积分数呈先升高后降低的特 征． 在 750 ℃回火等温时，MA 的体积分数达到最大 值 7. 9% ． 图 7 回火温度对 MA 体积分数及尺寸的影响 Fig． 7 Influence of tempering temperature on the volume fraction and average size of MA 图 8 回火时间对 MA 体积分数及尺寸的影响 Fig． 8 Influence of tempering holding time on the volume fraction and average size of MA 2. 4 回火时间对 MA 的影响 金相组织观察，MA 的形态、数量和尺寸随着回 火保温时间延长而变化． 保温时间少于 300 s 时， MA 的尺寸细小，且多呈圆形颗粒状或等轴状，弥散 分布． 当保温时间多于 300 s 时，部分 MA 颗粒呈现 粗大的多边形块状或短棒状，分布在铁素体晶界． 保温时间长，单位面积内的 MA 质点数减少． 图 8 是不同的保温时间回火试样中 MA 体积分数及平均 尺寸． 随着回火保温时间的延长，MA 的体积分数呈 现出先增加后减小的趋势，回火保温 200 ～ 300 s 时 出现了峰值; 随保温时间延长，MA 平均尺寸有所增 大，不保温时为 0. 77 μm，保温时间超过 200 s，MA 平均尺寸缓慢增大，达到 1. 1 ～ 1. 33 μm． 3 分析 MA 组分也是连续冷却过程中贝氏体转变形成 的，组织因呈粒状，多称为粒状贝氏体． 事实上，低 合金钢中 MA 组织是一种含碳量极不相同的富碳合 金马氏体、奥氏体或它们的混合物，其含碳量远远超 过基体中的平均含碳量． 虽然关于贝氏体相变机理 的多种观点未达成一致，但对其相变过程中存在于 奥氏体中的碳扩散的认识基本相同［13］． 奥氏体中 固溶碳浓度的提高应当是形成 MA 组织的必要条 件，而 MA 组织的转变过程，主要是碳向奥氏体扩散 导致固溶量提高的过程［14］． MA 的总量、分布位置 与热处理过程中碳扩散密切相关． 按 照 扩 散 定 律［15］，可得 J = － Dc Δx ln xB C xγ C ( 1) 式中，J 为扩散通量，D 为扩散系数，c 为碳原子在奥 氏体中的浓度，xB C 和 xγ C 分别表示碳在贝氏体内和 平衡奥氏体内的浓度． 扩散系数与温度的关系可用 Arrhenius 公式表示: D = D0 ( exp － Q ) RT ( 2) 式中，Q 为扩散激活能，R 为摩尔气 体 常 量，T 为 温度． 扩散的快慢与扩散系数 D 成正比，根据式( 2) 可知，温度升高，原子热运动加剧，扩散系数很快提 高，当然随碳在奥氏体中的浓度增加，扩散通量 J 会 逐渐降低． 另外，晶体中的位错也会影响扩散，位错 可以近似地看成扩散的“通道”，可以加速扩散． 回火加热过程中，温度升高一方面会导致碳原 子扩散速度的增大，有利于未转变奥氏体中碳含量 增加［16］，另一方面过高的温度会使已经转变的贝氏 体长大［17］． 回火时间长短直接影响碳扩散距离及 未转变奥氏体中的碳含量，也就决定了 MA 的分布． 高温回火过程中，碳在铁素体和未转变奥氏体中的 平衡浓度 xB C 与 xγ C 相应增加，导致未转变奥氏体中 碳含量升高，以及未转变奥氏体稳定性提高，使 MA 体积分数增加; 同时，回火温度升高，贝氏体中的碳 固溶量相应增加，奥氏体的碳含量增加受影响，会导 致 MA 体积分数减少，回火贝氏体晶粒粗大，未转变 奥氏体分解产生的贝氏体及 MA 也粗大． 回火温度 低于 750 ℃，前一种机理占优势; 其他 TRIP 效应钢 的相关研究也有相近的结果［18--19］． 回火温度高于 ·554·