《ae3温度以上变形对先共析铁素体相变形核影响的理论分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ae3温度以上变形对先共析铁素体相变形核影响的理论分析（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、A e 3 温度以上变形对先共析铁素体相变形核影响的理论分析 王启超杨志刚 清华大学材料科学与工程系，北京10 0 0 8 4 本文通过经典相变形核理论中的P i l l b o x 模型以及B e r g s t r o m 等人的位错模型定量研究 了低碳钢在高温变形条件下的形核行为，得到了热变形可以增加铁素体形核的结论。 计算方法 奥氏体区变形的储能计算 根据U m e m o t o 1 的分析，变形引起的奥氏体晶粒拉长和晶界面积增加而导致的能量增 加很小，所以此处根据位错模型分析变形储能的贡献，可以建立变形储能和流变应力的关 系为， B = 羔 M 对F C C 晶体取3 11 ，G
2、是奥氏体切变模餐，b 是B u r g e s 矢量，a 为常数，k 为0 5 - I 0 。 变形储能对形核率的影响 根据C a h n t 2 的研究结果，奥氏体晶界形核位置可分为晶面( g r a i nf a c e ) 、晶边( g r a i n e d g e ) 和晶隅( g r a i nc o m e r ) 三类，其临界核心的形状取决于界面情况，在P i l l b o x 模型中， 晶面形核为“帽盒”( P i l l b o x ) 状，晶边形核为二棱柱状，晶隅形核为正四面体状。 对T - P i l l b o x 模型的二种形核位置，根据经典形核率公式可推导晶面形
3、核率【3 】， 班M 黯e x p ( 一鲁H 嚣) 其中D 为扩散系数，对于F e C 合金为C 的扩散系数，对予F e - C - X 合金，在准平 衡条件下为C 的扩散系数，正平衡条件下为合金元素在奥氏体晶界的扩散系数，粕是奥氏 体中扩散原子的浓度，V r a 是铁原子占据的体积，a 是近邻原子间距，= 0 0 9J t o o l 4 ， = 0 0 0 2 1 J m o l l 4 ，临界形核功么G + = 4 n ( c r ：r ) 2 占G ；。 2 I 计算结果 变形储能的计算结果 7 8 0 以不同变形速率加变形计算得到的应力鹿变曲线和以低碳合金钢 ( C O 0 9 7
4、 w t - M n O 5 0 w t - S i O 2 3 w t - C r O 8 8 w t ) 实验得到的曲线比较得到图l ，根据实 验数据得到三种应变速率和真应变组合( 1 OO 4 ) ( O 5 O 6 ) ，( 4 00 2 5 ) 的应力分别为 2 3 6 7 6 M P a ，2 3 5 9 2 M P a 和2 3 9 3 5 M P a ，预测的最人相对误差为1 5 。根据( 1 ) 式，三种 应变速率和真应变组合( 1 00 4 ) ，( O 50 6 ) ，( 4 0O 2 5 ) 具有相同的变形储能，计算得到 其变形储能为3 6 J 佃o l 。 形核率的计
5、算结果 图l 应变速率分别为4 0 s ，I O s 。1 和0 5 s 。的应力一应变曲线实验曲线和 计算值曲线，实线为实验值，虚线为计 算值，该实验在G l e e b l e l 5 0 0 上完成 以低碳合金钢( C O 0 9 7 w t - M n O 5 0 w t * , - S i O 2 3 w 竹, 4 C r O 8 8 w t ) 进行计算，该低碳钢 的A e 3 温度为8 1 4 “ C ，对于等温转变过程，加入变形储能后，以晶面位置为例，其实际形 核情况如图2 所示，其它形核位置情况相似，从图中可以看出在不加变形时，8 0 2 “ C 等温 转变有不到1 0 的潜
6、在形核位置产生核心。而加入3 J m o l 变形储能后，则约有4 5 的潜 在形核位置形核，并使铁索体生长加快，变形使得奥氏体等温转变先共析铁素体所需时间 大幅降低。对于连续冷却过程，需考虑( 1 ) 式中的时间项，还应考虑对已消耗形核位置 的修正，即乘以( 1 f ) 。对丁一定冷速，如l “ C s ，加入分别为O J t o o l ，3 J t o o l 和6 J t o o l 的 变形储能，归一化后得到的形核率随温度变化如图3 。计算得到加入6 J m o l 变形能后最大 形核率温度升高约3 5 ，变形后形核率曲线右移，先共析铁素体相交的起始温度升高。 2 2 图2 成分为C
7、 O 0 9 7M n 0 5 0S i O 2 3图3 成分为C O 0 9 7M n 0 5 0S i 0 2 3 C 巾8 8 w t 的低碳钢变形储能分别为O J m o l ， 3 J m o l 和6 J m o l 时，等温转变过程中归一化 的形核百分数随温度的变化曲线 C r O 8 8 w t 的低碳钢变形储能分别为0 J m o l ， 3 J m o l 和6 J m o l 时，连续冷却过程中归一化的 形核百分数随温度的变化曲线 参考文献： 【I 】U m e m o t oM ，T a m u r aI ，O t s u k aH ，T e t s u - H a g
8、 a n e1 9 8 2 ；6 8 ：S 1 3 8 4 【2 】C a h nJ W , A c t aM e t a l l 19 5 6 ；4 ：4 4 9 【3 】Y a n gZ G , E n o m o t oM ：D i s c u s s i o no nt h en u c l e a t i o nr a t eo ff e r r i t ed u r i n gc o n t i n u o u s c o o l i n gi nal o wc a r b o ns t e e lm e a s u r e db y3 D X R D ，i n t e r n a
9、 t i o n a lC o n f e r e n c eo nS o l i d - S o l i d P h a s eT r a n s f o r m a t i o ni nI n o r g a n i cM a t e r i a l s ，P r r M 2 0 0 5 ，p p s4 7 5 2 ，M a y2 9 - J u n e3 ，2 0 0 5 ， P h o e n i x ，A r i z o n a n ，U S A 【4 】L a n g eI I lW F E n o m o t oM ，A a r a o n s o nH I ，M e t a l l T r c m s A ，1 9 8 8 ；19 A ：4 2 7 2 3 亡空甘v墨主-誊c暑篁蔓客Z
