Vol.18 No.1 董文卜等：HSLAI00钢的时效动力学 .2 a/(x+e)-Cu转变线处Cu的摩尔分数，650℃取为0.0022；Xy为溶质原子在GP区 靠近GP区/基体界面处的原子分数，由于GP区通常是几层溶质原子组成的团，溶质原子 分数近50%，故取X,=0.5.第2项代表过饱和空位对△G,的贡献，X为某一时效温 度下的平衡空位浓度，X,则为实际空位浓度，即淬火所保留下来的空位浓度，F的空位 形成能为l.5eV1,则形成1mol空位所需能量为114.5kJ/mol,空位浓度可由下式计算： X=exp(△S/K-△Em/KT);V,和V.分别为析出相和GP区的摩尔体积，经测量，析出相 粒子数n,2.04×105/cm3,平均直径d=10mm,故单位体积内析出相的摩尔数M=(4π/3)·(d/2》. po·n/63.5=1.49×10-4mol/cm3,'=6.7×103cm3/mol,取△V/V.=0.05,则△G,=-6.39J/cm3 对晶界析出的情形，形核自由能为： Ac,c)=-71n是 其中，X.=0.0145为铜在钢中的摩尔分数，则△G,(GB)=-2.16J/cm. 2.4析出相的粗化与长大 超过峰值硬度后，析出相失去共格性，并开始粗化，颗粒的长大将依靠消耗尺寸小的粒子 而长大.图5表示析出相尺寸与时效时间的关系，直线斜率△gd/△gt=031,这表明， Wagner--Lifshitz方程d"-=kt中，n=3.因此，可以认为e-Cu在550℃、650℃的粗 化符合Ostwald机制. 3讨论 100r TEM观察和硬度试验表明，淬火 HSLA100钢时效初期在铁素体基体上析出细 10 小的第2相，如富铜的GP区的e-Cu,.使 基体得到强化，同时阻止了基体因时效引起的 软化.随时效时间的延长，析出相体积百分数 增加，当达到最大时，硬度值也达到最大值， 0650℃时效 此后析出相失去共格性，且保持体积百分数不 ●550℃时效 变，按Ostwald粗化机制聚集长大，从而 0.1 110100 促进基体的软化，表现为硬度值逐渐下降， t/h 实验所得的时效激活能低于Cu在铁素体 图5HSLA1G0钢析出相尺寸与时效时间的 中的扩散激活能，这表明缺陷对析出动力学具 关系 有相当大的影响，即加速它的析出过程.由于Cu在Fe中是置换型溶质，可认为按空位机 制迁移，受淬火超额空位的影响，使Cu在550℃和650℃的扩散系数分别增加了147倍 和24倍，超额空位还使ε一Cu在基体与GP区界面上的形核自由能更负，从而降低了临界 形核能，提高了形核率.位错则为ε一C1提供形核位置，位错密度越高，形核位置越多， 形核率越大， 时效温度对HSLA100钢时效动力学起决定作用，主要表现在形核率因子xp(-9m/kT)丫b l . 18 N b . 1 董文 卜等: H S L A l o 钢 的时效动力学 · 21 · 刘( : + 。 ) 一 C u 转 变 线 处 Cu 的 摩 尔 分数 , 6 50 ℃ 取 为 .0 0 2 ;2 弋犷为 溶 质 原 子 在 GP 区 靠 近 G P 区 /基体界 面处的原子 分数 , 由于 C P 区通 常是 几 层 溶 质 原 子 组 成 的 团 , 溶 质 原 子 分 数 近 50 % , 故 取 弋了= .0 5 . 第 2 项 代 表 过 饱 和 空 位对 △ G 、 的 贡 献 , 鹭 为 某 一 时 效 温 度 下 的平衡空 位浓 度 , vX 则 为实 际空位浓 度 , 即 淬 火 所保 留 下 来 的 空 位 浓 度 , eF 的 空 位 形 成 能 为 1 . 5 ve l ’ l , 则 形 成 1 姗1 空位 所 需 能 量 为 1 14 .s kJ/ 二l , 空 位 浓 度 可 由下 式 计 算 : X 二 ex p体S/ K 一 △ E m/ K 乃 ; 价 和 V 二 分别 为 析 出相 和 GP 区 的 摩 尔体 积 , 经 测 量 , 析 出 相 粒子 数 n v 魂 . 04 xl 0 ” / cm3 , 平均直径 d = 10 m m , 故单位体积内析 出相 的摩尔数 M = (4 川 3) · d( /琴 沁 · vn/ 63 . 5 月 . 49 xl o 一 呜 。 l/ cm 3 , 巧 = .6 7 xl 0 3 e m 3 /二l , 取 △州 K = .0 05 , 则 △q = 一 .6 39 J/ 二.3 对晶界析 出的情 形 , 形 核 自由能 为 : △G , (e B )一 等 , · 尸 令资 其 中 , X 。 = .0 01 4 5为 铜 在 钢 中 的 摩 尔 分 数 , 则 △ G v (G B) = 一 2 . 16 J/ 的子 . .2 4 析出相 的粗化与长大 超过峰 值硬 度后 , 析 出相 失去共格 性 , 并开始粗化 , 颗粒的长大 将依靠 消耗尺 寸小 的粒 子 而 长 大 . 图 5 表 示 析 出相 尺 寸 与 时 效 时 间 的 关 系 , 直 线 斜 率 △ 地d/ △ gl t = .0 31 , 这 表 明 , 从恤助e r 一 L滋h itZ 方 程 d ” 一 心= kt 中 , n 二 3 . 因 此 , 可 以 认为 。 一 uC 在 5 50 ℃ 、 6 50 ℃ 的 粗 化符合 C贻t场吸 ld 机制 . 3 讨论 T E M 观 察 和 硬 度 试 验 表 明 , 淬 火 } E L A l o 钢 时效 初 期 在 铁 素体基体 上 析 出 细 小 的第 2 相 , 如 富 铜 的 G p 区 的 。 一 uC , _ 使 基体 得到 强化 , 同时 阻止 了基 体因 时效 引起的 软化 . 随 时效 时间的延 长 , 析 出相 体积 百分数 增加 , 当达到最大 时 , 硬 度 值 也 达 到 最 大 值 , 此 后析 出相失 去共格性 , 且保 持体积百 分数不 变 , 按 O st w al d 粗 化 机 制 聚 集 长 大 , 从 而 促进 基体 的软 化 , 表现 为硬度 值逐 渐下 降 . 实验所得 的 时效激 活能 低 于 C u 在 铁 素体 中的扩散激活 能 , 这表 明缺 陷对 析 出动 力 学具 粉叱娜簇昌J U,I 丫 帕 10 l 0() 图 5 E S L A l o 钢析 出相尺寸与时效时 间的 关 系 有相 当大 的影 响 , 即加速 它 的析 出过程 . 由于 C u 在 eF 中是 置 换 型 溶 质 , 可 认 为 按 空 位 机 制迁 移 , 受淬火 超额 空位 的影 响 , 使 C u 在 5 0 ℃ 和 6 50 ℃ 的扩 散 系 数分 别 增 加 了 147 倍 和 2 4 倍 , 超额空位 还使 。 一 C u 在 基体与 G P 区界 面上 的形 核 自由能更 负 , 从 而 降低 了 临 界 形核 能 , 提高 了形 核率 . 位错 则 为 。 一 C u 提供形 核位 置 , 位 错 密 度 越 高 , 形 核 位 置 越 多 , 形核 率越 大 . 时效 温度 对 SH L A l o 钢 时 效 动力学起 决 定 作 用 , 主 要 表 现在 形核 率 因 子 ex p ( 一 gm / k )T