本文選題：鋼鐵 + 相變動力學(xué)　； 參考：《清華大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：進一步提高鋼鐵材料的力學(xué)性能有賴于更加深入地理解相變動力學(xué),而合金元素添加對相變動力學(xué)的作用仍有許多問題有待澄清。本文選取珠光體奧氏體化、鐵素體相變及貝氏體相變?nèi)齻�過程來系統(tǒng)研究合金元素對相變動力學(xué)的影響,以期為鋼鐵材料進一步微觀組織控制和力學(xué)性能優(yōu)化提供實驗和理論基礎(chǔ)。首先通過理論模擬研究了Fe-0.6C-(0~2.5)M(M=Mn/Cr/Si/Ni)合金中的珠光體奧氏體化過程,重點關(guān)注合金元素配分與奧氏體生長動力學(xué)。假定初始組織為層片狀珠光體,奧氏體在滲碳體/鐵素體界面形核并垂直于層片方向生長,相界面條件滿足局域平衡。計算結(jié)果表明Cr和Si等與C具有強烈交互作用的元素顯著升高配分臨界溫度,而Ni則與之相反。不配分模式下,合金元素通過改變相界面C活度影響奧氏體生長速率;配分模式下,合金元素對相變驅(qū)動力的改變可能是影響奧氏體化動力學(xué)的主要因素。然后通過熱處理實驗研究了Fe-0.1C-1.5Mn-(0,0.5)Mo合金在650~700oC下的等溫鐵素體相變,重點利用EPMA測定了界面條件的演變并闡明了溶質(zhì)拖曳效應(yīng)的影響。鐵素體相變初期受C擴散控制,隨后進入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)階段;Mo元素添加降低相變初期相界面處C濃度,推遲鐵素體相變,而準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)階段開始時奧氏體C濃度十分接近PLE/NPLE線,且不受Mo元素添加影響,表明溶質(zhì)拖曳效應(yīng)僅減緩相變初期動力學(xué),而至準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)階段時其影響可忽略。最后通過熱處理實驗研究了Fe-0.1C-1.5Mn-(0,0.03,0.3,0.5,1)Mo合金在500~600oC下的等溫貝氏體相變,重點利用EPMA測定了不同Mo含量合金中的奧氏體C富集行為并揭示了當(dāng)前各種不完全轉(zhuǎn)變理論的不足。550~600oC下Mo添加量超過0.3%時觀察到相變停滯現(xiàn)象;500oC下大量碳化物析出,相變迅速完成。相變停滯時奧氏體中的C濃度低于T0線,且隨Mo含量增加和溫度升高而降低,但不受原奧氏體晶粒尺寸的影響。實驗測定的奧氏體C富集極限與T0’理論、溶質(zhì)拖曳理論和WBs理論作了詳細對比,三種理論均不能很好解釋實驗數(shù)據(jù)。奧氏體C富集極限相對T0線的過冷度隨Mo含量增加而不斷增大,并非T0’理論提出的400J?mol-1恒定值;相變停滯階段相界面速度過低,無法產(chǎn)生顯著溶質(zhì)拖曳效應(yīng);WBs曲線也與實驗數(shù)據(jù)不十分吻合。貝氏體不完全轉(zhuǎn)變現(xiàn)象仍有待進一步研究。
[Abstract]:The further improvement of mechanical properties of iron and steel materials depends on a deeper understanding of the phase transformation kinetics, but there are still many problems to be clarified about the effect of alloying elements on the phase transformation dynamics.In this paper, three processes of pearlite austenitization, ferrite transformation and bainite transformation are selected to systematically study the effect of alloying elements on the transformation kinetics.In order to provide experimental and theoretical basis for further microstructure control and optimization of mechanical properties of iron and steel materials.In this paper, the austenitization process of pearlite in Fe-0.6C-MU / Cr / Si / Ni alloy has been studied by theoretical simulation, focusing on the alloying element partition and austenite growth kinetics.Assuming that the initial structure is lamellar pearlite, austenite nucleates at the cementite / ferrite interface and grows perpendicular to the lamellar direction, and the phase interface conditions satisfy the local equilibrium.The calculated results show that the critical temperature of partitioning is significantly increased by elements such as Cr and Si, which interact strongly with C, while Ni is the opposite.The austenitic growth rate is affected by the change of C activity at the interface between alloying elements and the change of the transformation driving force of alloying elements, which may be the main factor affecting the austenitization kinetics.Then the isothermal ferrite phase transition of Fe-0.1C-1.5Mn-0. 5Mn-0. 5Mo alloy under 650~700oC was studied by heat treatment experiment. The evolution of interface conditions and the effect of solute drag effect were mainly determined by EPMA.The ferrite phase transition is controlled by C diffusion at the beginning of the phase transformation, and then the Mo element is added to the quasi-steady phase to reduce the C concentration at the interface of the initial phase transformation, thus postponing the ferrite phase transition. At the beginning of the quasi-steady phase, the concentration of austenite C is very close to the PLE/NPLE line.It is not affected by Mo addition, which indicates that the solute drag effect only slows down the initial kinetics of phase transition, but the effect can be neglected in the quasi-steady phase.Finally, the isothermal bainitic transformation of Fe-0.1C-1.5Mn-0. 03 (0. 3 + 0. 3) and 0. 5 (1 +) Mo alloy under 500~600oC was studied by heat treatment experiment.The enrichment behavior of austenitic C in alloys with different Mo content was determined by EPMA and the deficiency of various incomplete transformation theories was revealed. A large number of carbides precipitated under 500oC were observed when Mo addition amount exceeded 0.3.The phase transition is completed quickly.The concentration of C in austenite is lower than the T0 line during the stagnation of transformation, and decreases with the increase of Mo content and temperature, but is not affected by the grain size of the original austenite.The enrichment limit of austenite C measured by experiment is compared with T0 'theory, solute towing theory and WBs theory in detail. The three theories can not explain the experimental data well.The supercooling of austenitic C enrichment limit relative to T _ 0 line increases with the increase of Mo content, and is not the 400J?mol-1 constant value proposed by T _ 0 'theory, and the interphase velocity is too low during phase transformation stagnation.The WBs curve which can not produce significant solute drag effect is not in good agreement with the experimental data.The phenomenon of incomplete transformation of bainite remains to be further studied.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG142.1

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本文編號：1760245