正在加载图片...
,606 北京科技大学学报 第30卷 经转化为不规则的粗大渗碳体颗粒和细小的球化渗 度变形的组织形貌比较，形变量达到80%时，渗碳 碳体颗粒.图2()是形变80%的组织，与图2(b)相 体片层已经转化成不规则的位于晶界处大颗粒渗碳 比，铁素体晶界略为明显，片层组织基本消失 体和晶内弥散分布的细小颗粒渗碳体，尺寸分布统 形变过程中使渗碳体片各处出现不同的曲率， 计表明：随着温度升高，渗碳体颗粒尺寸增大，大尺 根据Gibbs"一Thompson方程，在不同曲率半径的渗 寸渗碳体的形状更为规则，边界相对平滑；铁素体基 碳体附近，铁素体内平衡碳原子浓度有差异，这是导 体晶粒尺寸增大，晶界更加明显，晶粒尺寸较粗大， 致渗碳体加速球化的重要原因.在组织发生大的形 100 变后，珠光体片层严重变形和溶断，组织中出现大量 80F 形状复杂的渗碳体片层或者颗粒，渗碳体片层各处 。600℃ ◆-650℃ 的曲率有很大差别，导致各处铁素体中的平衡碳原 60 +-700℃ 子浓度差距增大，具有较大曲率半径处的渗碳体附 40 近铁素体中平衡碳原子浓度低于小曲率半径处的渗 碳体附近铁素体的平衡碳原子浓度，导致具有小曲 20 率半径处的渗碳体不断分解，通过碳原子扩散向大 20 40 60 80 曲率半径渗碳体位置沉积可].与传统的球化退火工 形变量% 艺相比较，温变形使共析钢球化动力学明显加快， 另一方面，形变使组织中引入大量空位或者位 图3共析钢在1：应变速率、不同温度下渗碳体球化百分比和 形变量的关系 错等晶体学缺陷，形成碳原子扩散的高扩散率通道， Fig.3 Relationship between the volume fraction of spheroidized ce- 有效加速小曲率半径处渗碳体溶解同时也促进了大 mentite and the strain of eutectoid steel during deformation under the 曲率半径处渗碳体附近的沉积，使渗碳体颗粒不断 strain rate of 1s at different temperatures 趋于球形，铁素体基体中的晶界或亚晶界也可以成 为促进碳原子扩散的因素，在这些位置的渗碳体颗 2.3温变形后保温过程中的组织演变 粒具有更大的优势发生球化和长大)，另外，溶 图5为1s-1应变速率、650℃、形变80%、保温 解渗碳体的碳原子在铁素体中过饱和，当组织发生 一定时间后的形貌，在保温过程中组织主要发生两 回复，位错密度下降时，重新在铁素体基体中析出， 种变化，随着时间延长，渗碳体颗粒不断长大，特别 形成弥散细小的渗碳体颗粒并不断长大，由于珠光 是位于（亚）晶界位置的大尺寸渗碳体颗粒，在保温 体片层的取向不同，形变时其应力状态不同，这将导 30s的组织中其形状不规则，保温1min后的组织， 致片层弯曲的程度有差异，所以不同取向片层的溶 颗粒形状明显规则，边界更为平滑，保温5min后明 断和球化进程各不相同；但是随着形变量增大，最终 显长大，此处统计尺寸为20nm以上的渗碳体颗粒 都将球化 尺寸分布，从其分布情况可以看出，渗碳体颗粒尺寸 2.2不同形变温度对组织演变的影响 呈现双峰分布.较短时间保温后（图5(a),(c),尺 比较600~700℃下形变的组织可以看到，随着 寸介于40到80nm的渗碳体颗粒大量存在，而分布 温度升高，相同应变量下渗碳体球化的百分比明显 在晶界位置的大尺寸晶粒相对较少，尺寸大约是 提高，即这一过程的动力学明显提前，图3为三个 150到200nm,保温时间较长的组织中（图5(e), 温度下渗碳体球化百分比与形变量的关系曲线，此 出现较多20nm左右的小颗粒（图5(e)中白色箭头 处定义长宽比例小于2：1的渗碳体颗粒是球化渗碳 所示)和220nm的大颗粒.造成这一现象的原因应 体.形变量为10%时，渗碳体都没有明显的溶断现 是Gibbs-一Thompson效应导致渗碳体颗粒发生熟 象.随着形变量增大，形变温度高的组织发生渗碳 化，部分大尺寸颗粒长大而部分基体中的小颗粒的 体溶断和球化的过程较快.比较形变量为50%的组 渗碳体溶解]，同时由于保温过程中组织的缺陷密 织，600℃时组织中主要还是弯曲和溶断的片层结 度下降，导致铁素体中的过饱和碳原子重新析出，形 构为主，而700℃时组织中已经较多地存在短棒形 成细小的渗碳体颗粒· 态和渗碳体颗粒组织，两个温度下渗碳体球化百分 另一方面，铁素体基体晶粒发生等轴化并且长 比有较大差距.形变量70%的时候，700℃时组织 大，定义试样受压缩方向（轴向）的晶粒尺寸为宽， 已经找不到片层结构渗碳体，650℃和600℃时组织 垂直于压缩方向（径向）的晶粒尺寸为长，保温30s 中还残留少量片层结构.图4为形变量80%不同温 的组织中，铁素体晶粒明显因形变被压缩成长条形经转化为不规则的粗大渗碳体颗粒和细小的球化渗 碳体颗粒．图2（d）是形变80％的组织与图2（b）相 比铁素体晶界略为明显片层组织基本消失． 形变过程中使渗碳体片各处出现不同的曲率 根据 Gibbs－Thompson 方程在不同曲率半径的渗 碳体附近铁素体内平衡碳原子浓度有差异这是导 致渗碳体加速球化的重要原因．在组织发生大的形 变后珠光体片层严重变形和溶断组织中出现大量 形状复杂的渗碳体片层或者颗粒渗碳体片层各处 的曲率有很大差别导致各处铁素体中的平衡碳原 子浓度差距增大．具有较大曲率半径处的渗碳体附 近铁素体中平衡碳原子浓度低于小曲率半径处的渗 碳体附近铁素体的平衡碳原子浓度导致具有小曲 率半径处的渗碳体不断分解通过碳原子扩散向大 曲率半径渗碳体位置沉积［5］．与传统的球化退火工 艺相比较温变形使共析钢球化动力学明显加快． 另一方面形变使组织中引入大量空位或者位 错等晶体学缺陷形成碳原子扩散的高扩散率通道 有效加速小曲率半径处渗碳体溶解同时也促进了大 曲率半径处渗碳体附近的沉积使渗碳体颗粒不断 趋于球形．铁素体基体中的晶界或亚晶界也可以成 为促进碳原子扩散的因素在这些位置的渗碳体颗 粒具有更大的优势发生球化和长大［5－7］．另外溶 解渗碳体的碳原子在铁素体中过饱和当组织发生 回复位错密度下降时重新在铁素体基体中析出 形成弥散细小的渗碳体颗粒并不断长大．由于珠光 体片层的取向不同形变时其应力状态不同这将导 致片层弯曲的程度有差异所以不同取向片层的溶 断和球化进程各不相同；但是随着形变量增大最终 都将球化． 2∙2 不同形变温度对组织演变的影响 比较600～700℃下形变的组织可以看到随着 温度升高相同应变量下渗碳体球化的百分比明显 提高即这一过程的动力学明显提前．图3为三个 温度下渗碳体球化百分比与形变量的关系曲线此 处定义长宽比例小于2∶1的渗碳体颗粒是球化渗碳 体．形变量为10％时渗碳体都没有明显的溶断现 象．随着形变量增大形变温度高的组织发生渗碳 体溶断和球化的过程较快．比较形变量为50％的组 织600℃时组织中主要还是弯曲和溶断的片层结 构为主而700℃时组织中已经较多地存在短棒形 态和渗碳体颗粒组织两个温度下渗碳体球化百分 比有较大差距．形变量70％的时候700℃时组织 已经找不到片层结构渗碳体650℃和600℃时组织 中还残留少量片层结构．图4为形变量80％不同温 度变形的组织形貌比较形变量达到80％时渗碳 体片层已经转化成不规则的位于晶界处大颗粒渗碳 体和晶内弥散分布的细小颗粒渗碳体．尺寸分布统 计表明：随着温度升高渗碳体颗粒尺寸增大大尺 寸渗碳体的形状更为规则边界相对平滑；铁素体基 体晶粒尺寸增大晶界更加明显晶粒尺寸较粗大． 图3 共析钢在1s －1应变速率、不同温度下渗碳体球化百分比和 形变量的关系 Fig．3 Relationship between the volume fraction of spheroidized cementite and the strain of eutectoid steel during deformation under the strain rate of 1s －1at different temperatures 2∙3 温变形后保温过程中的组织演变 图5为1s －1应变速率、650℃、形变80％、保温 一定时间后的形貌．在保温过程中组织主要发生两 种变化随着时间延长渗碳体颗粒不断长大．特别 是位于（亚）晶界位置的大尺寸渗碳体颗粒在保温 30s 的组织中其形状不规则保温1min 后的组织 颗粒形状明显规则边界更为平滑保温5min 后明 显长大．此处统计尺寸为20nm 以上的渗碳体颗粒 尺寸分布从其分布情况可以看出渗碳体颗粒尺寸 呈现双峰分布．较短时间保温后（图5（a）（c））尺 寸介于40到80nm 的渗碳体颗粒大量存在而分布 在晶界位置的大尺寸晶粒相对较少尺寸大约是 150到200nm．保温时间较长的组织中（图5（e）） 出现较多20nm 左右的小颗粒（图5（e）中白色箭头 所示）和220nm 的大颗粒．造成这一现象的原因应 是 Gibbs－Thompson 效应导致渗碳体颗粒发生熟 化部分大尺寸颗粒长大而部分基体中的小颗粒的 渗碳体溶解［8］．同时由于保温过程中组织的缺陷密 度下降导致铁素体中的过饱和碳原子重新析出形 成细小的渗碳体颗粒． 另一方面铁素体基体晶粒发生等轴化并且长 大．定义试样受压缩方向（轴向）的晶粒尺寸为宽 垂直于压缩方向（径向）的晶粒尺寸为长．保温30s 的组织中铁素体晶粒明显因形变被压缩成长条形 ·606· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷