钢中奥氏体晶界遗传性再探讨

作者用２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ钢研究了晶界遗传现象和本质、再次处理前的热变形对晶界遗传的影响以及晶界传对力学性能的影响。研究表明，该钢存在典型的晶界遗传现象，其本质在于加热过程中于原晶界处形核的新相奥氏体分属于两个原奥氏体晶粒，并且不能跨越原晶界合并或长大。高温大变形能够彻底消除晶界遗传现象。遗传下来的粗大原晶界对材料的力学性能无特殊影响。     

超纯净18Ni马氏体时效钢的晶粒尺寸及其对拉伸性能的影响

研究了不同固溶处理温度下超纯净18Ni(2200 MPa级）马氏体时效钢晶粒尺寸及分布的变化，以及原奥氏体晶粒尺寸对马氏体时效钢在固溶和时效状态下拉伸性能的影响，初步探讨了其影响机理，结果表明，原奥氏体晶粒随固溶温度的升高而均匀持续地正常长大，晶粒尺寸对固溶态马氏体时效钢的强度和塑性影响微弱，有害元素含量的大幅度降低避免了Ti(C,N)等夹杂物在晶界偏聚而引起的高温固溶下的“热脆”现象，时效状态马氏时效钢的屈服强度与原奥氏体晶粒尺寸之间符合Hall-Petch关系，随着原奥氏体晶粒尺寸的增大，马氏体时效钢出现“时效脆性”是由于明效析出相在晶界偏聚所致。     

THE NON-EQUILIBRIUM SEGREGATION OF BORON TO AUSTENITE GRAIN BOUNDARIES

采用高分辨率的径迹显微照相技术,研究了淬火硼钢中硼向奥氏体晶界偏聚的规律,定量地测定出跨过奥氏体晶界的硼的成分剖面图以及非平衡晶界偏聚的特征参量(晶界贫硼区宽度、晶界富集程度和富集带宽度)。试验表明,这种偏聚具有如下特征: 在偏聚晶界的两侧存在有一定宽度的贫硼区,晶界偏聚的硼是在冷却过程中由该区富集而来;这种偏聚对冷却速度很敏感,急速冷却可以抑制这种偏聚。冷却速度降低,晶界偏聚由连续的偏聚带,逐步发展为不连续的聚集直至明显地析出硼相,贫硼区宽度与冷却速度的平方根成反比;它的温度关系与晶界平衡偏聚预言相反,随淬火温度升高,晶界偏聚程度与贫硼区宽度增加。 通过试验,论证了淬火钢中硼向奥氏体晶界的偏聚,是在冷却过程中发生的一种非平衡的晶界偏聚现象。     

硼向奥氏体晶界的非平衡偏聚

采用高分辨率的径迹显微照相技术,研究了淬火硼钢中硼向奥氏体晶界偏聚的规律,定量地测定出跨过奥氏体晶界的硼的成分剖面图以及非平衡晶界偏聚的特征参量(晶界贫硼区宽度、晶界富集程度和富集带宽度)。试验表明,这种偏聚具有如下特征: 在偏聚晶界的两侧存在有一定宽度的贫硼区,晶界偏聚的硼是在冷却过程中由该区富集而来;这种偏聚对冷却速度很敏感,急速冷却可以抑制这种偏聚。冷却速度降低,晶界偏聚由连续的偏聚带,逐步发展为不连续的聚集直至明显地析出硼相,贫硼区宽度与冷却速度的平方根成反比;它的温度关系与晶界平衡偏聚预言相反,随淬火温度升高,晶界偏聚程度与贫硼区宽度增加。通过试验,论证了淬火钢中硼向奥氏体晶界的偏聚,是在冷却过程中发生的一种非平衡的晶界偏聚现象。     

4Cr13不锈钢非平衡组织激光加热时的组织遗传特征

对4Cr13不锈钢淬火及淬火 低温回火等非平衡组织经激光加热时奥氏体形成特点及加热后的表面层硬度的分布进行了研究分析。结果表明,4Cr13不锈钢非平衡组织激光加热时存在明显的组织遗传特征和相变硬化再结晶现象。当激光加热时,细小的奥氏体晶粒沿原奥氏体晶界优先析出,产生“晶粒边界效应”;原奥氏体晶内除形成少量细小奥氏体晶粒外,基本恢复原来的大小,产生“组织遗传”;在0．1mm-0．3mm加热表层内存在较小的奥氏体晶粒,产生“相变硬化再结晶”。非平衡组织激光加热后的表层硬度分布为5个区域,硬度曲线呈马鞍形。     

晶界非平衡偏聚与晶体缺陷构型的关系

对Ｆｅ－３０％Ｎｉ合金和超低碳贝氏体钢在高温进行不同方式变形和保温,通过变形、回复、与再结晶,获得秒同的晶体缺陷数量与构型（主要是位错分布形态）。用硼径迹显微照相技术研究了 空冷过程中硼向晶界的非平衡偏聚及与不同形态晶体缺陷的关系。结果表明,在再结晶新晶粒冷却时晶界偏聚明显。晶界附近会出现较显著的贫硼现象,而变形并回复后的原始晶粒中此现象不明显,高温回复阶段形成的多边形化亚晶界（位错墙）对冷却时硼     

THE MECHANISM OF NON-EQUILIBRIUM SEGREGATION OF BORON TO AUSTENITE GRAIN BOUNDARIES

业已证实,淬火硼钢中硼向奥氏体晶界的偏聚,是在冷却过程中发生的一种非平衡的晶界偏聚。本文通过解变温扩散方程,导出了非平衡晶界偏聚的理论公式,建立了晶界贫硼区宽度与淬火加热温度、冷却速度以及非平衡晶界偏聚扩散激活能与扩散常数之间的关系,理论预言与实验结果较好地吻合。 根据实验结果和理论分析,提出这种非平衡晶界偏聚的机制,是在冷却过程中,过饱和空位或双空位带着硼原子向晶界(空位阱)迁移的结果。 基于这种非平衡晶界偏聚的新概念,可以较完满地说明影响硼钢淬透性的众多复杂因素。     

硼向奥氏体晶界非平衡偏聚的机制

业已证实,淬火硼钢中硼向奥氏体晶界的偏聚,是在冷却过程中发生的一种非平衡的晶界偏聚。本文通过解变温扩散方程,导出了非平衡晶界偏聚的理论公式,建立了晶界贫硼区宽度与淬火加热温度、冷却速度以及非平衡晶界偏聚扩散激活能与扩散常数之间的关系,理论预言与实验结果较好地吻合。根据实验结果和理论分析,提出这种非平衡晶界偏聚的机制,是在冷却过程中,过饱和空位或双空位带着硼原子向晶界(空位阱)迁移的结果。基于这种非平衡晶界偏聚的新概念,可以较完满地说明影响硼钢淬透性的众多复杂因素。     

微量溶质元素在金属晶界的偏聚

溶质元素在金属晶界的偏聚可以分为两类，即平衡偏聚和非平衡偏聚。本文回顾了这两类偏聚现象及其机理，着重讨论分析了有重要工程用途的三类典型的晶界偏聚：硼在奥氏体晶界的两类偏聚的实验规律及对硼钢淬透性影响；磷在奥氏体晶界的平衡偏聚及对钢回火脆性的作用，钢中的其他合金元素对磷的偏聚的影响；硼在多种金属间化合物的偏聚及对这些金属间化合物塑性的影响及其机理。     

INFLUENCE OF QUENCHING TEMPERATURE ON STRESS CORROSION IN 4330M STEEL——The Role of Impurity Segregation in Stress Corrosion Cracking of High Strength Steel

本文研究了淬火温度对4330M钢在蒸馏水中的应力腐蚀裂纹扩展速率的影响。实验表明,淬火温度从870℃上升到1100℃时,裂纹扩展速率da/dt显著下降(相差一个数量级);从1100℃上升到1200℃时,裂纹扩展速率da/dt却稍提高,在1100℃处,da/dt有一最小值。断口分析表明,随淬火温度升高,应力腐蚀的断裂方式有所改变,870,1000℃淬火的试样系沿晶断裂,而1100,1200℃淬火试样则是穿晶准解理断裂。 用饱和苦味酸溶液腐蚀显示奥氏体晶界,通过奥氏体晶界腐蚀沟槽深度估算出杂质磷在奥氏体晶界的平衡偏聚浓度,它和淬火加热温度之间的关系符合Mclean的平衡偏聚理论。磷在奥氏体晶界的偏聚是造成应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt变化的主要原因。 采用杂质原子偏聚和氢对脆性断裂影响的理论,对各种实验现象加以解释,并认为杂质原子在晶界偏聚和氢共同作用的氢脆断口是沿晶断裂型,而单纯氢起作用的氢脆断口是穿晶准解理断裂型。     

锻造加热温度对20Cr2Ni4A钢奥氏体晶粒长大及力学性能的影响

研究了锻造加热温度(1050~1200 ℃)和锻造保温时间(40~120 min)对20Cr2Ni4A钢经相同锻造变形后锻后奥氏体晶粒长大行为的影响,并对不同锻造加热温度下的淬火态20Cr2Ni4A钢进行了力学性能检测。结果表明,锻后20Cr2Ni4A钢奥氏体晶粒长大规律在低于1150 ℃仍然符合Beck模型,模型计算值与实际测量值相吻合。随着锻造加热温度的升高,奥氏体晶粒长大呈现先缓慢增加后快速增加的规律。当锻造加热温度超过1150 ℃时,第二相粒子大量溶解,对晶界的钉扎作用急剧减弱。综合考虑20Cr2Ni4A钢锻后奥氏体晶粒尺寸均匀性、热处理后力学性能测试结果及可锻性因素,确定最优锻造加热温度为1150 ℃。     

20Cr2Ni4A钢和17Cr2Ni2MoVNb钢渗碳层的组织与性能

研究了相同热处理工艺下20Cr2Ni4A和17Cr2Ni2MoVNb钢渗碳层的组织和性能特点。结果表明,17Cr2Ni2MoVNb钢的原材料和热处理后的晶粒比20Cr2Ni4A钢的均匀细小,经淬火+低温回火后,20Cr2Ni4A钢心部晶粒度等级为7级,17Cr2Ni2MoVNb钢心部晶粒度等级为8级。渗碳层晶粒呈梯度变化,最外层最粗但仍与心部晶粒尺寸相当;这得益于V、Nb等微量元素形成的碳化物对晶界的钉扎作用,同时因为含有更多的碳化物颗粒使得17Cr2Ni2MoVNb钢的显微硬度略高于20Cr2Ni4A钢。17Cr2Ni2MoVNb钢的渗层比20Cr2Ni4A钢的具有更高的硬度和更多的碳化物使其耐磨性更优。     

离子渗碳层中的晶间脆性SCIEI

本文对20Cr2Ni4A钢离子渗碳层出现的沿晶断裂的原因进行了分析,结果表明,渗碳层中的残余奥氏体与在该区域产生的沿晶脆断无关。TEM分析和Auger电子能谱分析表明,形成沿晶断裂的主要原因是S,P等杂质元素在原奥氏体晶界的偏聚。采用二次加热淬火可以消除这种现象。     

不同镍含量奥氏体基低密度热轧钢的组织与力学性能

研究了3种Fe-18Mn-10Al-1C-(0, 3, 5)Ni-0.08V-0.03Nb(wt%)奥氏体基低密度双相钢在热轧后的组织和力学性能。结果表明,热轧后,试验钢的组织由拉长的奥氏体、条带状B2相及沿再结晶奥氏体晶粒晶界处的块状B2颗粒组成。此外,在奥氏体晶粒和B2颗粒中分别形成了纳米级κ-碳化物和DO₃相。5Ni钢屈服强度高达1352 MPa,这主要是由于奥氏体晶界存在大量纳米级别的B2颗粒以及VC相产生析出强化效果。随着Ni含量的增加,钢的强度与硬度均增加,5Ni钢屈服强度比0Ni钢高116 MPa,归因于5Ni钢中更多的B2相含量(16.9%)。但含Ni钢在强度增加的同时,极大损失了塑性,导致钢的伸长率极低,分析其原因为条带状B2相主要分布在奥氏体晶界处,试样在变形过程中裂纹更易沿晶界断裂,断口有分层现象。     

30Cr2Ni4MoV钢晶粒细化工艺方法研究

利用金相显微镜对不同热处理工艺下的显微组织进行观察,研究低压转子钢30Cr2Ni4Mo V晶粒度变化的规律。实验结果表明,粗大的奥氏体晶粒经临界区侧正火＋850℃×3 h淬火后,30Cr2Ni4Mo V钢试样的晶粒度等级最高可达8.0级;粗大的奥氏体晶粒经高温正火＋850℃×3 h淬火后,30Cr2Ni4Mo V钢试样的晶粒度等级可达6.5级。上述热处理工艺经二次正火加热后晶粒细化效果更佳。     

低压转子钢30Cr2Ni4MoV珠光体等温转变动力学

用定量金相法研究了30Cr2Ni4MoV低压转子钢在不同原奥氏体晶粒度条件下(1.0级与6.0级)以30℃/h加热至840℃保温10 h后过冷奥氏体在不同等温温度(575、600、625℃)下珠光体转变量与等温时间的关系。根据试验结果拟合得到表征珠光体转变动力学的Avrami方程,进而绘制了分别适用于低压转子锻后热处理与性能热处理的30Cr2Ni4MoV钢珠光体等温转变的时间-温度-转变量曲线(TTT曲线)。在拟合得到考虑原奥氏体晶粒度因素的修正Avrami方程的基础上,比较了不同的原奥氏体晶粒度对珠光体转变的影响。     

稀土低温高浓度气体渗碳工艺及其在20Cr2Ni4A钢上的应用

２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ钢由于渗碳层奥氏体十分稳定，无法渗碳后直接淬火，而需经过复杂的热处理，本文采用稀土低温高浓度大气体渗碳，使渗层过共析区沉淀析出大量细小弥散的碳化物，奥氏体的稳定性大幅度下降，实现了渗后直接淬火，同时使组织和性能得到进一步改善。     

高温回火消除85Cr_2Mn_2Mo钢组织遗传的研究

本文在研究85Cr2Mn2Mo钢的组织遗传的基础上,着重研究了该钢组织遗传的消除,文中采用三次高温回火工艺,使85Cr2Mn2Mo钢的粗大的非平衡组织发生充分的再结晶,有效地细化了奥氏体晶粒,切断了组织遗传。     

提高渗碳淬火齿轮硬度的后处理工艺

研究了20Cr2Ni4A钢渗碳淬火齿轮在低温回火后硬度较低时进行后冷处理和后低温回火处理对表面硬度、有效硬化层深度及心部硬度的影响。结果表明,20Cr2Ni4A钢在渗碳淬火低温回火后的残留奥氏体稳定化现象并不明显,此时进行冷处理仍能提高工件硬度,而当残留奥氏体较多时具有低温回火二次硬化现象,提高低温回火温度也能提高表面硬度。据此可采用后冷处理和后低温回火工艺提高硬度,代替常规的重新高温回火+渗碳淬火+低温回火的返工工艺。后冷处理温度可根据Mf点确定,对于渗碳后高温回火并重新加热淬火和低温回火工艺,Ms和Mf点不能按常规方法计算,可根据残留奥氏体含量进行估算。