過冷高氮奧氏體中溫回火分解機(jī)制的研究.pdf

1、應(yīng)用可控滲氮理論改進(jìn)高氮奧氏體試樣的制備工藝,可以獲得高含氮量且濃度分布均勻的Fe-N奧氏體試樣。這種新工藝的要點是在640℃-645℃溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行變氮勢氣體滲氮。通過抑制試樣表面氮化物的生長,使得純鐵試樣完全轉(zhuǎn)變?yōu)檫^飽和的含氮奧氏體,將其淬火后可以獲得常溫下穩(wěn)定的過冷高氮奧氏體組織。采用X射線衍射(XRD)等標(biāo)定方法可以確定該奧氏體的平均含氮量可達(dá)10at.％N,接近奧氏體中氮原子的最大飽和溶解度。
　　 采用光學(xué)顯微鏡(OM)

2、,掃描電子顯微鏡(SEM),透射電子顯微鏡(TEM)等多種方法對高氮奧氏體的中溫分解過程進(jìn)行觀察和研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),淬火態(tài)的高氮奧氏體組織經(jīng)自然時效后,其內(nèi)部會產(chǎn)生氮原子的有序化和偏聚現(xiàn)象。再經(jīng)過低溫回火(225℃)后,奧氏體晶界處首先發(fā)生分解,生成類似Fe-C系上貝氏體的羽毛狀分解產(chǎn)物,而奧氏體晶粒內(nèi)部則發(fā)生細(xì)微變化,形成富氮區(qū)與貧氮區(qū)相間隔的周期性調(diào)制結(jié)構(gòu)。隨著等溫時間的延長,α(α')-Fe從貧氮區(qū)生成,從而形成α(α')-Fe、γ

3、'與γ的三相共存狀態(tài)。分解產(chǎn)物中的γ'與原奧氏體丫之間保持Cubic-cubic關(guān)系,α(α')-Fe與γ之間保持近似K-S關(guān)系。等溫時間保持足夠長,過冷高氮奧氏體將會完全轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я３叽缭趲资{米以內(nèi)的γ-Fe4N+α-Fe的混合組織。這種微觀結(jié)構(gòu)決定了高氮奧氏體的分解產(chǎn)物具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)Fe-C貝氏體或馬氏體的高硬度。
　　 采用高溫X射線原位觀察的方法實時記錄各分解產(chǎn)物的出現(xiàn)順序及變化,從而更好地將物相分析與顯微結(jié)構(gòu)分析相結(jié)

4、合,研究高氮奧氏體試樣的等溫分解過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn),α(α')-Fe在等溫的初期就已經(jīng)出現(xiàn),并且主要來自于奧氏體晶界。此時,還未發(fā)現(xiàn)γ-Fe4N的出現(xiàn),但是高氮奧氏體的{200}γ峰出現(xiàn)明顯的分峰現(xiàn)象,反映了高氮奧氏體內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)濃度起伏和晶格畸變。等溫約30分鐘后,才有微量的γ'-Fe4N出現(xiàn),且γ'-Fe4N的峰形與α(α’)的相比明顯寬化,說明其晶粒更加細(xì)小彌散。隨著等溫時間的延長,γ-Fe4N與α(α’)的峰不斷增強(qiáng),并且都不同程度

5、地向高角度偏移。這說明在分解過程中,γ'-Fe4N與α(α’)的品格常數(shù)并非一成不變,而是在不斷地變化。與此同時,原奧氏體γ相的晶格常數(shù)卻基本保持不變。等溫約3小時后,高氮奧氏體的分解明顯加速,表現(xiàn)在γ'-Fe4N與α(α’)的量快速增加,并在約6小時后γ相的峰完全消失,高氮奧氏體已完全分解為α-Fe+γ'-Fe4N的兩相組織。XRD原位觀察的結(jié)果發(fā)現(xiàn)高氮奧氏體的中溫分解過程具有“完全轉(zhuǎn)變”的特征,不同于一般貝氏體轉(zhuǎn)變的“不完全性”。<

6、br>　　 對實驗結(jié)果進(jìn)行深入研究可以發(fā)現(xiàn),高氮奧氏體的中溫分解過程是一個不同于Fe=C系中溫貝氏體轉(zhuǎn)變的復(fù)雜過程。高氮奧氏體中溫轉(zhuǎn)變以奧氏體晶粒內(nèi)部的勻相轉(zhuǎn)變?yōu)橹?同時存在少量奧氏體晶界和位錯處的非均勻成核轉(zhuǎn)變。奧氏體晶粒內(nèi)部的轉(zhuǎn)變大致可分為以下四個階段:氮原子上坡擴(kuò)散形成貧氮區(qū)和富氮區(qū)的階段；非化學(xué)劑量比的γ-Fe4N1-x從γ相中連續(xù)轉(zhuǎn)變形成的階段,也即γ'+γ共存階段；α(a')-Fe從貧氮區(qū)域轉(zhuǎn)變形成的階段,也即γ'+γ+α