。824 北京科技大学学报 2006年第9期 (HRTEM一EDX)以及X射线衍射等手段分析得 元素有相同的晶格占位类型，因而它们用相同的 知A:MC型沉淀相中，TN颗粒为方形， 吉布斯自由能的表达形式，它们之间的平衡可用 (TixV1-x)(CyN-y)复合颗粒呈长椭圆形或称圆 溶解度间隙(miscibility gap)来表示y,通用的 角方形，部分该类颗粒中存在明显的成分分层现 (M)(C,N,Va表示式中M表示置换原子，Va表 象，即颗粒内核富Ti而外层富V.通常TN或复 示空位.对于面心立方(fcc)奥氏体中，Fe和Va 合(TixV1-x)(CyN-y)颗粒的尺寸较大，一般大 分别是第一和第二个亚晶格中的主要组元：对于 于50nm;而低温单独形核析出的V(CxN1-x)颗 碳氨化物相，Ti和/或V是第一个亚晶格的主要 粒尺寸细小，在5~50nm之间，但大多数小于18 组元，C和/或N是第二个亚晶格的主要组元. nm.因此，为了分析33Mn2V的析出模式.有必 研究所用33Mn2V钢的化学成分列于表1. 要应用计算材料学方法来研究此合金的热力学稳 尽管33Mn2V中13个元素在TCFE3数据库中 定性 均能处理，但考虑到这个体系过于复杂，为简化处 目前，有许多热力学计算工具，在本工作中采 理，Cu和P元素没有包括在目前的计算工作中. 用了带有TCFE3(TCS Steel/FE-Alloys Database 由于Cu和P元素在钢中的含量有限，如此处理 (Version3.O))数据库商用Themo一Calc软件. 对计算结果的准确性影响不大 在此数据库中，由于奥氏体和碳氮化物沉淀中的 表1研究用钢33Mn2V的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the experimental stee 33Mn2V % N Ti Mn Si Cr Ni Cu Al 032 0.011 01 0017 1.49 028 014 004 013 001 00070021 fcc#3.图1为0011N-0.1V-0.017Ti-1.49Mn 2 计算结果与讨论 -0.28Si-0.14C0.04Ni0.01A-0.007S(质量 在计算时面心立方(fcc)相考虑用三相共存 分数，%组成等值计算图.可以看到此图与e一 的溶解度间隙，即奥氏体Y相和富Ti一N及富V一 FesC相图极为相似，只是增加了fcc#2和fcc3 C的碳氮化物相，在Thero-一Calc中可用三组成 碳氮化物相以及AIN和MnS的析出线而己，各 分的fcc相来表示，分别标识为fcc#1,fce#2和 相区序号所表示的含义示于表2. 1600 1550 15005 (a) (b) 1400 1300F 10 12 13 1500 1200 16 2 美1100 8 1000 21 90026 14 450 10 800X19 20 700 18 2322 24 6006 2 14006 0.4 0.6 0.8 1.0 C含量% C含量% 图10.011N0.1-0.017T-149M-0.28S-014C一004Ni-0.014-0007S(质量分数，%)组成的等值计算图(e基，C量 可变).(b)图是(a)图的局部放大图 Fig.I Isopleths calculated using three composition sets of the fee phase,note calculated with the composition of 0.01IN-0.IV- 0.017Ti-1.49Mm-0.28Si-0.14Cr-0.04Ni-0.01AF0.007S,and the carbon content on the x-axis (a)and its local magnification (b) 图1中可以看出，富Ti一N的fcc#2相在高 33M2V钢中析出相的析出模式及其析出相组成 温下析出，而富VC的fcc#3相在相对较低的温 的演变过程，本文分别计算了33Mn2V钢的相组 度下才析出，但在此图中似乎没能看到复合 成图以及析出相的元素组成图，分别示于图2和 (TixV1-x)(CyN1-y)的生成.为进一步了解 图3，其平衡相变点温度见表3.( HRTEM-EDX) 以及 X 射线衍射等手段分析得 知[ 6] :MC 型 沉 淀 相 中, TiN 颗 粒 为 方 形, ( Ti xV1-x ) ( CyN1-y ) 复合颗粒呈长椭圆形或称圆 角方形, 部分该类颗粒中存在明显的成分分层现 象, 即颗粒内核富 Ti 而外层富 V .通常 TiN 或复 合( Ti xV1 -x ) ( CyN1 -y ) 颗粒的尺寸较大, 一般大 于 50 nm ;而低温单独形核析出的 V( CxN1 -x ) 颗 粒尺寸细小, 在 5 ～ 50 nm 之间, 但大多数小于 18 nm .因此, 为了分析 33M n2V 的析出模式, 有必 要应用计算材料学方法来研究此合金的热力学稳 定性 . 目前, 有许多热力学计算工具, 在本工作中采 用了带有 TCFE3( TCS Steel/FE-Alloys Database (Version 3.0) ) 数据库商用 Thermo -Calc 软件. 在此数据库中, 由于奥氏体和碳氮化物沉淀中的 元素有相同的晶格占位类型, 因而它们用相同的 吉布斯自由能的表达形式, 它们之间的平衡可用 溶解度间隙( miscibility gap) 来表示[ 9] , 通用的 ( M) ( C, N, Va) 表示式中 M 表示置换原子, Va 表 示空位.对于面心立方( fcc) 奥氏体中, Fe 和 Va 分别是第一和第二个亚晶格中的主要组元 ;对于 碳氮化物相, Ti 和/或 V 是第一个亚晶格的主要 组元, C 和/或 N 是第二个亚晶格的主要组元. 研究所用 33M n2V 钢的化学成分列于表 1 . 尽管 33Mn2V 中 13 个元素在 TCFE3 数据库中 均能处理, 但考虑到这个体系过于复杂, 为简化处 理, Cu 和 P 元素没有包括在目前的计算工作中. 由于 Cu 和 P 元素在钢中的含量有限, 如此处理 对计算结果的准确性影响不大 . 表 1 研究用钢 33Mn2V 的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the experimental steel 33Mn2V % C N V Ti Mn Si Cr Ni Cu Al S P 0.32 0.011 0.1 0.017 1.49 0.28 0.14 0.04 0.13 0.01 0.007 0.021 2 计算结果与讨论 在计算时面心立方( fcc) 相考虑用三相共存 的溶解度间隙, 即奥氏体 γ相和富 Ti-N 及富 V￾C 的碳氮化物相, 在 Thermo-Calc 中可用三组成 分的 fcc 相来表示, 分别标识为 fcc #1, fcc #2 和 fcc #3 .图 1 为 0.011N-0.1V-0.017Ti-1.49M n -0.28Si-0.14Cr-0.04Ni-0.01Al-0.007S( 质量 分数, %) 组成等值计算图 .可以看到此图与 Fe￾Fe3C 相图极为相似, 只是增加了 fcc#2 和 fcc #3 碳氮化物相以及 AlN 和 MnS 的析出线而已, 各 相区序号所表示的含义示于表 2 . 图1 0.011N-0.1V-0.017Ti-1.49Mn-0.28Si-0.14Cr-0.04Ni-0.01Al-0.007S ( 质量分数, %) 组成的等值计算图( Fe 基, C 量 可变) .( b) 图是( a) 图的局部放大图 Fig.1 Isopleths cal culated using three composition sets of the fcc phase, note cal culated with the composition of 0.011N-0.1V- 0.017Ti-1.49Mn-0.28Si-0.14Cr-0.04Ni-0.01Al-0.007S, and the carbon content on the x-axis ( a) and its local magnification (b) 图 1 中可以看出, 富 Ti-N 的 fcc#2 相在高 温下析出, 而富 V-C 的 fcc#3 相在相对较低的温 度下 才析出, 但在此图中似乎 没能看到复合 ( Ti x V1 -x ) ( CyN1 -y ) 的生 成.为进 一步了解 33M n2V 钢中析出相的析出模式及其析出相组成 的演变过程, 本文分别计算了 33Mn2V 钢的相组 成图以及析出相的元素组成图, 分别示于图 2 和 图 3, 其平衡相变点温度见表 3 . · 824 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 9 期