金属学报, 2019, 55(4): 496-510 DOI: 10.11900/0412.1961.2018.00191

先共析渗碳体上形核的珠光体晶体学研究

徐文胜, 张文征,

清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室 北京 100084

An Investigation of the Crystallography of Pearlites Nucleated on the Proeutectoid Cementite

XU Wensheng, ZHANG Wenzheng,

Key Laboratory of Advanced Materials MOE, School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China

通讯作者: 张文征,zhangwz@tsinghua.edu.cn,主要从事金属材料固态相变晶体学及组织形成理论等相关研究

责任编辑: 肖素红

收稿日期: 2018-05-15   修回日期: 2018-11-18   网络出版日期: 2019-03-28

基金资助: 国家自然科学基金项目.  No.51671111
国家重点研发计划项目.  No.2016YFB0701304

Corresponding authors: ZHANG Wenzheng, professor, Tel: (010)62773795, E-mail:zhangwz@tsinghua.edu.cn

Received: 2018-05-15   Revised: 2018-11-18   Online: 2019-03-28

Fund supported: National Natural Science Foundation of China.  No.51671111
National Key Research and development Program of China.  No.2016YFB0701304

作者简介 About authors

徐文胜,男,1990年生,博士生

摘要

利用SEM和EBSD技术表征了Fe-1.29C-13.9Mn (质量分数,%)钢中先共析渗碳体上形核珠光体的形貌和晶体学。大多数珠光体内铁素体与奥氏体之间接近K-S位向关系,与渗碳体之间则可出现多种择优位向关系。分析表明,魏氏渗碳体旁珠光体的形核领先相是铁素体,未观察到珠光体中渗碳体从魏氏渗碳体分支生长,或它们之间存在择优取向。晶界渗碳体旁珠光体存在2种可能:晶界渗碳体可延续为珠光体的渗碳体,同时铁素体往往与背靠奥氏体接近K-S位向关系,渗碳体可视为领先相,不排除铁素体为领先相的可能;同时也观察到晶界渗碳体与珠光体内渗碳体呈现不同取向,此时领先相是铁素体。珠光体团初期形貌不规则,生长后期两相基本保持平行片层结构,同一铁素体片层会存在取向变化甚至分层。

关键词: 珠光体 ; 渗碳体 ; 形貌 ; 晶体学 ; 位向关系 ; 领先相

Abstract

Pearlite is common microstructure in the carbon steel, which is widely applied in the railway steel and cold drawn steel where high wear resistance and strength are required. The pearlite colony is a circumscribed aggregate within which lamellae of cementite and ferrite phases have the same orientation. A cluster of wedge-shaped pearlite colonies will form the pearlite group nodules. The morphology of pearlite colonies will be influenced by the crystallography of pearlite. The common orientation relationship (OR) between pearlitic ferrite and pearlitic cementite is the Pitsch-Petch, Bagaryatsky, and Isaichev ORs. Combined with deep etching, SEM was used to investigate the morphology and crystallography of pearlite colonies and pearlite group nodules nucleated on the proeutectoid cementite in a Fe-1.29C-13.9Mn steel. The results showed that the initial morphology of the pearlite is irregular, but the pearlite possesses a parallel lamellar structure at the later stage of growth. Mutual ORs between phases of austenite, cementite, and ferrite in pearlite, proeutectoid grain boundary cementite, and Widmannstätten cementite were measured with the EBSD technique. Several reproducible ORs between cementite and ferrite lamellar have been observed, including the Pitsch-Petch, Bagaryatsky, and Isaichev ORs, without a particularly dominant OR. Since the two phases in the pearlite colonies have reproducible preferential OR, they are usually not independently nucleated, otherwise the independent nucleation of the cementite and ferrite inside the austenite has special crystallographic requirements for the mutual ORs between ferrite, cementite, and austenite. Thus, there will be a phase that nucleates first, which is called the "active nucleus". The active nucleus of pearlite has been carefully examined mainly according to the preferred OR between the pearlitic phases and existing phases. While the development of the pearlite crystallography is influenced by the active nucleus, no clear relationship was found between the ORs within the pearlite and active nucleus of the pearlite. The ORs between austenite and major pearlitic ferrite are near the K-S OR, but the ORs between austenite and the pearlitic cementite are various, depending on the preferred ORs between pearlitic ferrite and both austenite and pearlitic cementite. Widmannstätten cementite has never been seen to grow into pearlite. The measured data suggests that active nucleus of the pearlite colonies and pearlite group nodules nucleated on Widmannstätten cementite is ferrite. In some cases, grain boundary cementite was seen to grow as part of pearlite. Consequently, the grain boundary cementite is regarded as the active nucleus, though a preferred OR often coexists between pearlitic ferrite and either austenite or proeutectoid cementite. In other cases, the orientations of pearlitic cementite and grain-boundary cementite are discontinuous. For these cases, the ferrite is likely the active nucleus of pearlite. The orientation of pearlitic ferrite was seen to alter with the growth of pearlite, even causing the split of a single ferrite layer into two grain layers with a considerable misorientation. Significant distortion varying with the layers of pearlite was noticed in austenite near the pearlite growth front, indicating an evident strain field caused by the pearlite transformation. This requests a further investigation.

Keywords: pearlite ; cementite ; morphology ; crystallography ; orientation relationship ; active nucleus

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本文引用格式

徐文胜, 张文征. 先共析渗碳体上形核的珠光体晶体学研究. 金属学报[J], 2019, 55(4): 496-510 DOI:10.11900/0412.1961.2018.00191

XU Wensheng, ZHANG Wenzheng. An Investigation of the Crystallography of Pearlites Nucleated on the Proeutectoid Cementite. Acta Metallurgica Sinica[J], 2019, 55(4): 496-510 DOI:10.11900/0412.1961.2018.00191

珠光体是钢中常见的组织,以珠光体组织为主的钢种常应用于轨道钢、冷拔钢丝等对耐磨性和强度要求比较高的场合[1,2,3]。珠光体通常呈现渗碳体与铁素体片层相间形貌,前人很早就发现一定区域的珠光体是由2个相互穿插的同一取向铁素体和渗碳体晶体组成,该区域称为珠光体团(colony)[4],同时一个珠光体区域内(珠光体团簇,group nodules[5])也存在晶体学取向不同的多个珠光体团的情况。珠光体团的晶体学特征得到了透射电子显微镜(TEM)和电子背散射技术(EBSD)观察的证实[6,7,8,9]。珠光体团内两相的晶体学关系是研究珠光体形貌的一个重要因素[10]。珠光体团内铁素体和渗碳体片层间存在可重复的位向关系,但并不是唯一的[6,11]。已报道的位向关系主要有3种,即Bagaryatsky[12]、Isaichev[13]和Pitsch-Petch[14,15]位向关系,如表1[12,13,14,15,16,17]所示。

表1   珠光体团内铁素体与渗碳体片层间几种常见位向关系[12,13,14,15,16,17]

Table 1  Several common orientation relationships between cementite and ferrite layers inside pearlite colony[12,13,14,15,16,17]

Orientation relationshipMathematical equation
Isaichev[13]1¯03C//(110)F; 010C//11¯1¯F; [311]C0.91°//[11¯1]F
Bagaryatsky[12][100]C//[11¯0]F; 010C//11¯1¯F; [001]C//[112¯]F
Pitsch-Petch[14,15][100]C2.6°//[131¯]F; 010C2.6°//113F;[001]C//[52¯1¯]F
New-2[16,17]1¯03C//(1¯01)F; 010C8.5°//131F; [311]C//[11¯1]F
New-3[16,17]022¯C//(1¯01)F;[311]C//[11¯1]F; [100]C2.4°//[13¯1]F
New-4[16,17]210C//(1¯01)F; [001]C//[131]F; [1¯21]C5.9°//[101]F

Note: subscripts C and F are the abbreviation for cementite and ferrite, respectively

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能量计算和原子模拟的结果[18,19,20,21]表明,在上述3种位向关系下珠光体中铁素体与渗碳体片层原子尺度择优界面皆为低能界面,说明珠光体内铁素体和渗碳体位向关系的形成受两相间择优匹配晶面的影响。Bagaryatsky[12]和Isaichev[13]位向关系偏差较小,但是控制位向关系择优匹配的晶面不同[18,22]。最新的研究[16,17]还报道了多种不同的位向关系,如表1[12,13,14,15,16,17]所示。珠光体内部会实现哪一种位向关系在很大程度上取决于形核方式,既然珠光体内的两相具有可重复的择优位向关系,通常它们不是独立形核的,否则对独立形核的2个位置所关联的相有特殊的晶体学要求,因此会存在先形核的相,称为“活性核”(active nucleus)[17], 国内教科书和文献往往称之为领先相[23,24]。珠光体内两相间位向关系在很大程度上受领先相的影响。研究[6,11,25]表明,当晶界上存在渗碳体网时,在渗碳体网上形核的珠光体团内保持Bagaryatsky[12]位向关系,并且渗碳体片层与晶界渗碳体的晶体学是一致的,铁素体与奥氏体无特定位向关系,隐含领先相为渗碳体。也有研究[18]表明,当珠光体依附先共析铁素体形核时会出现Isaichev[13]位向关系,但并未给出领先相的明确结论。当珠光体团内为Pitsch-Petch[14,15]位向关系时,相关领先相的观点并不一致。有的观察[6]表明,当珠光体在干净晶界形核时,铁素体与非生长进入的奥氏体晶粒之间存在接近K-S[26]的择优位向关系,意味着领先相为铁素体。另一些观察[14,15]表明,在亚共析钢及过共析钢中珠光体团内渗碳体都与先共析渗碳体或者在奥氏体晶界形核的渗碳体相连,认为渗碳体是领先相[22]。可见渗碳体作为领先相时导致珠光体团内的位向关系既可以是Bagaryatsky[12]位向关系也可以是Pitsch-Petch[14,15]位向关系。国内的观点多认为先共析相是珠光体形成时的领先相,因此亚共析钢中的领先相是铁素体,而过共析钢中的领先相是渗碳体[24]。国际上存在相反的新观点,即在过共析钢中,先共析渗碳体与奥氏体的界面上铁素体薄层作为领先相;在亚共析钢中先共析铁素体与奥氏体的界面上渗碳体薄层作为领先相;而在共析钢中在晶界先析出的渗碳体是领先相[17]。总之,关于珠光体依附于先共析相形核的观点是达到共识的,但是关于先共析相是否延续成为珠光体的领先相至今尚未获得一致的认识,关于位向关系和领先相是否存在对应关系,也没有定论。EBSD的发展为澄清领先相提供了便利,近年来人们利用EBSD观察到珠光体团簇内存在晶体学取向不同的分区而并非单一位向关系[7,9],且同一铁素体片层存在取向的变化,暗示相变过程中存在应力[8],但是很少将EBSD分析应用于领先相的辨别[22]

本工作利用奥氏体与珠光体中两相的位向关系澄清领先相,采用高碳高锰钢,以便保留奥氏体基体。定量研究表明,铁素体与奥氏体间常见的位向关系为N-W[27,28]和K-S[26]位向关系,渗碳体与奥氏体之间常见的位向关系为Pitsch[29]和F-E[30]位向关系。领先相的辨别依据珠光体中某一相与形核位置的先共析相或奥氏体之间的位向关系,如果存在某种择优位向关系,说明该相在形核初期有选择其晶体学取向的自由,那么存在择优位向关系的相很可能是珠光体的领先相,而另一相与相邻先共析相或者奥氏体之间的位向关系则由珠光体内形成的择优位向关系所决定。本工作运用扫描电镜(SEM)及其配备的EBSD检测附件,研究了沿晶界渗碳体和魏氏渗碳体界面附近形核的珠光体在不同时期的形貌及晶体学,表征了珠光体内两相、晶界渗碳体、魏氏渗碳体以及奥氏体5个组成晶体相互间的晶体学位向关系,部分结果与已有报道一致,也得到与经典观点不一致的新结果。

1 实验方法

实验所用高碳高锰钢成分为Fe-1.29C-13.9Mn (质量分数,%),通过高温真空熔炼获得,然后经锻造为尺寸10 mm×10 mm×100 mm的长棒,在1200 ℃均匀化72 h。样品在1150 ℃固溶处理30 min,然后淬火到室温获得全奥氏体。样品平均晶粒尺寸接近1 mm,以减少渗碳体和珠光体在晶界形核,增加珠光体在魏氏渗碳体界面形核的几率。最后将样品在650 ℃分别保温3、8、15和72 h。用于SEM观察的深度腐蚀样品在10% (体积分数)的硝酸酒精溶液里浸泡10 min。用于EBSD观察的样品首先通过机械抛光和振动抛光获得平整表面,然后电解抛光10 s来移除表面的残余应力和抛光颗粒。电解抛光的电解液成分为150 g CrO3+750 mL CH3COOH+50 mL H2O[31]。使用配有EBSD模块的Merlin SEM对晶界渗碳体、魏氏渗碳体及珠光体内两相的晶体学和形貌进行观察及表征,采用OIM analysis软件对EBSD实验结果进行数据分析。

2 实验结果与分析

图1是Fe-1.29C-13.9Mn钢在650 ℃保温15 h后早期珠光体团及珠光体团簇形貌的SEM像。可以看出,样品局部存在珠光体团及团簇,并且观察到珠光体有2种形核位置,即依附于晶界渗碳体(grain-boundary cementite,GC)和晶粒内渗碳体,晶粒内渗碳体又称魏氏渗碳体(Widmannstätten cementite,WC),因为其具有三维片状(二维针状)特征。图1a显示了一个形核于魏氏渗碳体宽界面的早期珠光体团的形貌,整个珠光体团依附在魏氏渗碳体的界面上,形貌十分不规则。图1b显示了形核于晶界渗碳体早期珠光体团簇的横截面区域I~III,区域I和III形貌十分不规则,区域II呈现珠光体平行片条初始形貌。由于没有晶体学信息,不能确定这些区域是否分别构成珠光体团。

图1

图1   Fe-1.29C-13.9Mn钢在650 ℃保温15 h后早期珠光体团及团簇形貌的SEM像

Fig.1   SEM images of early pearlite colonies and pearlite group nodules in Fe-1.29C-13.9Mn steel after heat treatment at 650 ℃ for 15 h

(a) intact pearlite colony nucleated on Widmannstätten cementite plate

(b) pearlite group nodules nucleated on grain-boundary cementite (The morphology of pearlite in colonies I and III is irregular, but the morphology of pearlite in colony II is the common lamellar morphology)


在650 ℃保温72 h的样品内,珠光体团簇明显长大。图2a中珠光体团簇形核于魏氏渗碳体界面,图2b中珠光体团簇形核于晶界渗碳体,2种珠光体形貌相似。图2a和b还显示,靠近先共析渗碳体附近的珠光体形貌不规则,与短时间热处理样品的观察结果(图1a)一致。然而随着时间延长,珠光体团内铁素体和渗碳体的生长方向会发生偏转,后期两相呈现平行片层形貌并且趋于垂直于生长前沿(即奥氏体与珠光体的界面),说明珠光体生长后期的形貌很可能主要受奥氏体界面附近扩散场的影响。图2c和e分别是形核于魏氏渗碳体界面和晶界的珠光体团簇深度腐蚀后的形貌。图2d和f分别对应图2c和e垂直于水平方向分别倾转56°和45°后的观察结果。结合图2c~f,可以发现同一个珠光体团簇内存在片层生长取向差别很大的区域,例如图2c中区域I和II中珠光体片层取向以及图2e区域III~V中珠光体片层的取向明显不一致,这说明一定区域的珠光体内有可能由若干晶体学取向不同的珠光体团构成珠光体团簇。图1和2表明魏氏渗碳体与珠光体中的渗碳体紧密结合,而晶界渗碳体似乎与珠光体之间有一层被深腐蚀掉的带,但是从EBSD结果来看,晶界渗碳体也是紧贴珠光体的,深腐蚀掉的带可能是由于界面附近的成分偏聚导致的。如果先共析渗碳体与珠光体中的渗碳体是同一个晶体,则可确认晶界渗碳体或魏氏渗碳体是珠光体的领先相,但是仅凭图1和2中的SEM像并不能确定,相关晶体取向的信息要根据EBSD表征,这在下文介绍。

图2

图2   Fe-1.29C-13.9Mn钢在650 ℃保温72 h后珠光体团簇横截面的SEM像

Fig.2   Cross section SEM images of large pearlite group nodules in Fe-1.29C-13.9Mn steel after heat treatment at 650 ℃ for 72 h (The growth orientations of the pearlite in colonies I~V in Figs.2c and e are different)

(a) pearlite group nodules nucleated on the Widmannstätten cementite plates

(b) pearlite group nodules nucleated on the grain-boundary cementite

(c) pearlite group nodules nucleated on the cementite plate (deep-etched)

(d) 56° tilt of Fig.2c

(e) pearlite group nodules nucleated on grain boundary (deep-etched)

(f) 45° tilt of Fig.2e


为了保留奥氏体及铁素体的晶体学信息,EBSD表征必须在深度腐蚀之前进行。图3显示了Fe-1.29C-13.9Mn钢在650 ℃保温8 h后一个早期珠光体团簇的EBSD结果。图3a是选定区域的SEM像,显示珠光体团簇被晶界渗碳体及魏氏渗碳体包围,珠光体团簇内铁素体和渗碳体形貌十分不规则。图3b是对应扫描区域各个相的颜色图,可以清晰地分辨出铁素体、渗碳体及奥氏体各相。图3c是对应区域的反极图(inverse pole figure,IPF)。对比图3b和c,根据取向的一致性,可以发现这个珠光体团簇分3个取向和形貌不同的珠光体团:Colony 1、Colony 2和Colony 3。根据它们邻近的先共析渗碳体,可以估计它们的形核位置不同:Colony 1可能依附晶界渗碳体形核,Colony 3可能依附魏氏渗碳体形核,Colony 2与Colony 1以及Colony 3 这两处渗碳体皆相连,并且中间隔了奥氏体,其形核位置难以根据所依附的先共析渗碳体来判定。从图3的取向颜色可以确定,3个珠光体团内渗碳体的取向与所依附形核的晶界渗碳体或魏氏渗碳体的取向是不一致的,因此珠光体中的渗碳体不是其紧邻先共析渗碳体的延续生长,否定了这些先共析渗碳体作为珠光体领先相的可能,但是不能彻底否定渗碳体是领先相。基于EBSD数据可以计算珠光体中铁素体、渗碳体、晶界渗碳体、魏氏渗碳体以及奥氏体基体之间的晶体学位向关系,结果列于表2中。表中所示3个珠光体团内的位向关系并不一致,但是它们都与前人报道过的择优位向关系符合[6,22],Colony 1 和Colony 2内渗碳体与铁素体都保持Pitsch-Petch[14,15]位向关系,而Colony 3内渗碳体与铁素体保持Isaichev[13]位向关系,说明铁素体和渗碳体间择优界面主导了它们之间的位向关系。Colony 1内铁素体或渗碳体二者与奥氏体及晶界渗碳体之间的位向关系都未见报道,因此无法根据已知择优取向来判别可能的领先相。Colony 2内铁素体与所在奥氏体之间的位向关系也未见报道,但渗碳体与奥氏体保持Switched F-E[32]位向关系,且铁素体与背靠奥氏体(珠光体在奥氏体界面形核时没有生长进入的奥氏体)的位向关系接近K-S[26] (I)位向关系(I代表与背靠晶粒而不是珠光体生长进入的奥氏体晶粒之间的关系),这说明在该区域内珠光体形核的领先相有可能是渗碳体也可能是铁素体。Colony 3内的情况则正好相反,渗碳体与奥氏体之间的位向关系未见报道(可能是不择优的),而铁素体分别与奥氏体及魏氏渗碳体保持K-S[26]以及New-3[16] 择优位向关系,由此可以基本确定铁素体是Colony 3内珠光体的领先相,它在魏氏渗碳体与奥氏体界面上形核,向奥氏体侧贫C区生长。Colony 2内渗碳体与铁素体的位向关系与Colony 3内不同,与Colony1内的渗碳体与铁素体一样具有Pitsch-Petch[14,15]位向关系,但属于不同变体。这符合Mangan和Shiflet[22]的观察结果,即当珠光体依附于晶界渗碳体形核生长时,珠光体内片层间保持Pitsch-Petch[14,15]位向关系,该结果表明Colony 2内珠光体团很可能在晶界渗碳体界面形核,但是仍然不确定Colony 1和Colony 2内珠光体两相如何在晶界渗碳体和奥氏体界面先后形核。

图3

图3   Fe-1.29C-13.9Mn钢在650 ℃保温8 h后早期珠光体团簇EBSD测量结果

Fig.3   EBSD results of an early pearlite group nodule in Fe-1.29C-13.9Mn steel after heat treatment at 650 ℃ for 8 h

(a) SEM image of the pearlite group nodules and proeutectoid cementite
(b) phase color of the pearlite group nodules and proeutectoid cementite
(c) inverse pole figure (IPF) map of the phases in the pearlite group nodules, austenite matrix and the proeutectoid cementite (The pearlite group nodule is composed of three pearlite colonies: colony 1, colony 2 and colony 3)


表2   图3中珠光体内铁素体(F)、珠光体内渗碳体(C)、晶界渗碳体(GC)、魏氏渗碳体(WC)以及奥氏体基体(A)之间的晶体学位向关系

Table 2  Orientation relationships between pearlitic ferrite (F), pearlitic cementite (C), grain-boundary cementite (GC), Widmannstätten cementite (WC) and austenite matrix (A) in Fig.3

ColonyF/CF/AC/AF/WC or F/GCC/WC or C/GC
1Pitsch-Petch[14,15]UnreportedUnreportedUnreportedDiscontinuous
2Pitsch-Petch[14,15]Near K-S (I)Switched F-E[32]UnreportedDiscontinuous
3Isaichev[13]K-S[26]UnreportedNew-3[16]Discontinuous

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在650 ℃保温72 h的样品内,珠光体团将继续长大。随着珠光体的生长,同一个珠光体团内的铁素体取向存在明显变化,这意味着两相之间的位向关系不是完全固定的。图4显示了Fe-1.29C-13.9Mn钢在650 ℃保温72 h后魏氏渗碳体界面处形核的珠光体团的EBSD结果。图4a是相颜色图,可以区分各相的组成。图4b是对应的IPF (Z轴)取向颜色图,图中魏氏渗碳体与珠光体中的渗碳体取向颜色明显不同。图5a~c是珠光体团内渗碳体(C)及魏氏渗碳体(WC) 3个晶面族的极图。可见,渗碳体片层与魏氏渗碳体的(100)C取向离得近,但是(010)C和(001)C对应的偏差很大,表明魏氏渗碳体没有作为领先相延续成为珠光体内的渗碳体,不符合已报道的先共析渗碳体分支形成珠光体的过程[6,22]。根据图5a~c的数据,珠光体中渗碳体和魏氏渗碳体2部分的取向都存在一些改变,但是这并没有反映在图4b中同一个珠光体团内渗碳体颜色的变化。相反,图4b中的铁素体颜色变化清楚可见,说明取向存在明显变化,一些区域显示的颜色不连续过渡,比如图4b中方框内黄色和浅粉红色。图4c是珠光体区域EBSD图像质量图,铁素体内部的细线暗示了铁素体内部的晶体学缺陷,有不少的片条可以大致平行于片条走向的细线,似乎中间有分层。仔细对照图4c和b分析,可以发现图4c中的铁素体缺陷对应图4b中的颜色不连续位置,说明这些缺陷可能是小角度晶界。图4d是图4b中铁素体部分,为了定量分析取向的改变,依照图4d中方框内界面,使用OIM analysis分析软件选择方框内界面下侧铁素体让它的颜色变成蓝色,允许的角度偏差值在12°以内。换句话说,图4d中蓝色区域中铁素体的取向与方框内下侧的铁素体取向偏差在12°以内。可以看到,紧靠魏氏渗碳体的铁素体以蓝色区域为主,而未标蓝色的区域远离渗碳体,但是右侧同一铁素体分层中蓝色的区域则在远离魏氏渗碳体的一侧。

图4

图4   Fe-1.29C-13.9Mn钢在650 ℃保温72 h后形核于魏氏渗碳体界面的珠光体团EBSD测量结果

Fig.4   EBSD results of a single pearlite colony nucleated on Widmannstätten cementite plate in Fe-1.29C-13.9Mn steel after heat treatment at 650 ℃ for 72 h (The dashed lines in Figs.4a, b and d show the split of single ferrite layer, which are clear shown in the corresponding rectangulars)

(a) phase figure (b) IPF map (c) image quality map (d) ferrite part of Fig.4b with part of ferrite colored (The scatter of blue part is within 12°)


图5

图5   图4中WC、F和C及A所对应的极图

Fig.5   Pole figures of F, C, WC and A in Fig.4 (TD—transverse direction, RD—rolling direction, TD and RD are the axis of sample coordinate system in the equipment)

(a) (100)C (b) (010)C (c) (001)C (d) {011}C (e) {210}C (f) {131}F (g) {101}F (h) {111}F (i) {111}A (j) {101}A (k) pole figure of {100}A and {100}F under the orientation relationships with the Bain correspondence (K-S, N-W and G-T) and the experimental results


通过极图可以进一步定量分析铁素体取向变化的规律。图5f~h是图4中铁素体(F)的极图,极图内蓝色和黑色数据点分别对应图4d中铁素体标成蓝色和未标蓝色的部分。极图取向的选取没有采用常见的{100}晶面族是为了方便根据表1中的Pitsch-Petch[14,15]等位向关系与渗碳体进行比较。图5f是铁素体{131}F晶面族的极图,整体看来蓝色和黑色部分铁素体取向变化是连续的,但是取向是明确分开的,分层两侧Euler角度离散的最大值为30°。对比图5f和a中相同位置的红色和深绿色虚线圈内铁素体和渗碳体的数据点,可见铁素体的中2个{131}F极点区域分别与2种渗碳体的(100)C接近平行,并且铁素体的大量蓝色数据点与珠光体中渗碳体更为接近,上述平行关系满足New-3[16]或Pitsch-Petch[14,15]位向关系。根据计算可以得到New-3[16]与Pitsch-Petch[14,15]位向关系比较接近,绕接近平行的(100)C /{131}F转动约7.5°,只是不同研究者强调的平行特征不同,下面可以进一步比较。对比图5f与b中对应位置粉红色和深棕色虚线圈内的铁素体和渗碳体数据点,可见铁素体的2个{131}F极点区域分别接近平行2种渗碳体的(010)C,这部分数据基本符合Pitsch-Petch[14,15]位向关系。也就是说,珠光体中一部分铁素体与珠光体中的渗碳体和魏氏渗碳体的位向关系可以描述为Pitsch-Petch[14,15] 的2个不同变体。图5g所示为铁素体{101}F晶面族的极图,2个颜色对应铁素体取向的差异十分明显。对比图5g与d中橙色虚线圈内的数据点,可见图5g中{101}F的一个蓝色数据区域与图5d中珠光体中渗碳体的一个{011}C数据区域基本重合,说明铁素体蓝色区域的这部分的数据更符合表1中New-3[16]位向关系描述。对比图5f和c中相同位置黑色虚线圈内的数据极点可以发现,铁素体{131}F的一个黑色区域数据点大致平行于珠光体中渗碳体(001)C,同时对比图5g和e中相同位置深蓝色虚线圈对应的极点可以发现,铁素体{101}F的一个黑色区域数据点大致平行于珠光体中渗碳体的{210}C的一个区域,对照表1可知这部分铁素体黑色区域与渗碳体更符合New-4[16]位向关系。

同样的方法也适用于铁素体与奥氏体母相之间位向关系的统计。图5i和j分别为图4b中奥氏体(A)的{111}A和{101}A晶面族的极图。对比图5g和i中相同位置深绿色虚线圈中的数据点可见,铁素体的一个{101}F面与奥氏体的一个{111}A密排面很接近,说明图4d中铁素体的(101)F和奥氏体的(111)A基本平行。进一步比对会发现,图5g中深绿色圈内极点对应的离散值比较小,黑色点被蓝色点覆盖,大部分在12°以内。为了排除离散角受极图位置的影响,特别分析了图4d中小方框区域的铁素体,发现分层两侧铁素体(101)F极点是重叠的,但是两侧的铁素体围绕(101)F面法向旋转了约17°,说明黑色和蓝色区域铁素体的(101)F面都与奥氏体的(111)A接近平行,它们之间的取向差主要是来自绕平行面法线方向的转动。对比图5h和j可见,图中相同位置2处橙色与紫色虚线圈内{111}F极点与{101}A区域的位置大致重合,说明不同颜色铁素体区域的2个<111>F密排方向分别大致平行于奥氏体的2个<101>A密排方向。不过比较图5i和j可见,只有紫色虚线圈内<111>F蓝色数据点与<101>A的平行的方向在对应平行的{101}F与{111}A的平行面上,说明靠近魏氏渗碳体的蓝色部分铁素体与奥氏体接近K-S[26]位向关系,而生长后期偏离了该位向关系。而<111>F黑色数据并不是在{101}F与{111}A平行条件下另一个K-S[26]位向关系的变体。上述关系也可以通过与标准极图比较看出,将极图中奥氏体(100)A的极点转至正中央[33]图5k显示了图4中铁素体与奥氏体之间的位向关系和常见维持Bain[34]相关关系的典型位向关系,即K-S[26]、N-W[27,28]及G-T[35]位向关系。图中可见由K-S[26]和N-W[27,28]位向关系构成的所谓Bain域[36,37]。比较测量的位向关系和理想位向关系,注意到铁素体的蓝色数据点离Bain域较近,而黑色数据点明显更远离Bain域,这似乎意味着铁素体和奥氏体之间的位向关系存在随着珠光体生长偏离Bain[34]相关关系的倾向。

尽管上述分析携带一定程度的误差,仍然可以得到下面半定量的结论。珠光体中的铁素体发生分层,蓝色区域铁素体贴近魏氏渗碳体,它们之间的位向关系接近Pitsch-Petch[14,15]位向关系。分层的铁素体与邻近的渗碳体片层保持不同的位向关系,蓝色区域铁素体与珠光体内渗碳体大致保持New-3[16]位向关系,而黑色区域的铁素体与珠光体内渗碳体大致保持New-4[16]位向关系。蓝色区域铁素体与奥氏体之间接近择优的K-S[26]位向关系,黑色区域与奥氏体之间的位向关系偏离Bain域较远。魏氏渗碳体和奥氏体之间存在F-E[30]位向关系,这与已有结果吻合[38],故未做具体分析,但是珠光体中的渗碳体与奥氏体之间的位向关系未见报道,也可能是不择优的。分析结果表明,对于这一个珠光体团,铁素体作为领先相的可能性很大,这与来自图3中Colony 3的结论相同。除了珠光体内的铁素体,注意到珠光体团前端奥氏体的取向也发生改变,这可以从图5i和j中数据点的离散可见。此外,图4b中右侧相变前沿奥氏体颜色随珠光体片层变化反映了相变前沿局部奥氏体畸变,说明奥氏体中应变与界面附近的相变应变场相关,仔细观察可见渗碳体前沿的颜色变化更为显著,而铁素体前端颜色更接近远处奥氏体颜色,说明铁素体分层可能起了相变应变场抵消的作用。应变场的传递通常要求界面存在相当大程度的匹配,因此,至少对于这一个珠光体团而言,珠光体转变未必通过通常以为的非共格界面迁移进行,这个结论需要界面精细结构的深入研究来证实,其普适性有待于更多数据的验证,以及进一步定量表征和理论分析。

在650 ℃保温72 h的样品内,很多情况下同一个珠光体团簇内存在晶体学取向不同的若干个珠光体团,图6显示了分别形核于魏氏渗碳体及晶界渗碳体界面的2个珠光体团簇例子。图6a和c是2个团簇的相颜色图,图6b和d为对应区域的IPF (Z轴)图。图6b中的珠光体团簇形核于魏氏渗碳体的两侧,珠光体团I和III中渗碳体片层与魏氏渗碳体的晶体学取向明显不一致,珠光体团II内渗碳体与魏氏渗碳体偏差约10°,因此两者颜色比较相近。右侧虚线分隔开的2个珠光体团I和II之间的形貌和取向明显不连续。基于EBSD数据计算(如表3所示)和极图可知,珠光体团I内铁素体与渗碳体保持Bagaryatsky[12]位向关系,而铁素体片层与魏氏渗碳体或是奥氏体、以及渗碳体片层与奥氏体间的位向关系都未见报道,因此难以确定领先相,这结果说明Bagaryatsky[12]位向关系不是必须以渗碳体是领先相作为前提。珠光体团II内铁素体片层与渗碳体保持Pitsch-Petch[14,15]位向关系,界面处铁素体片层与奥氏体之间的取向接近K-S[26]位向关系,铁素体片层与魏氏渗碳体以及渗碳体片层与奥氏体间的位向关系是不常见的,说明领先相是铁素体的可能性很大。珠光体团III内铁素体与渗碳体片层保持New-2[16]位向关系,铁素体与奥氏体的取向为近K-S[26]位向关系,而铁素体片层与魏氏渗碳体、以及渗碳体片层与奥氏体间的位向关系是不常见的,这也再次说明领先相是铁素体的可能性很大。正如图4和5的情况,有可能早期形核铁素体与奥氏体的位向关系更接近K-S[26]位向关系,珠光体长大过程中铁素体的取向逐渐变化导致生长前沿奥氏体与铁素体之间的位向关系逐步偏离K-S[26]位向关系,鉴于这种偏离,将偏转角在15°范围内都视为近K-S[26]位向关系。

图6

图6   Fe-1.29C-13.9Mn钢在650 ℃保温72 h后2个珠光体区域EBSD测量结果

Fig.6   EBSD results of pearlite group nodules nucleated on WC (a, b) and GC (c, d) in Fe-1.29C-13.9Mn steel after heat treatment at 650 ℃ for 72 h

(a, c) phase maps with different colors

(b, d) IPF color maps of the pearlite group nodules (I~VI are pearlite colonies with different orientation inside the pearlite group nodules)


表3   图6中F、C、GC、WC以及A之间的晶体学位向关系

Table 3  Orientation relationships between F, C, GC, WC and A in Fig.6

ColonyF/CF/AC/AF/WC or F/GCC/WC or C/GC
IBagaryatsky[12]UnreportedUnreportedUnreportedDiscontinuous
IIPitsch-Petch[14,15]Near K-S[26]UnreportedUnreportedNear (10°)
IIINew-2[16]Near K-S[26]UnreportedUnreportedDiscontinuous
IVPitsch-Petch[14,15]Near K-S[26]UnreportedBagaryatsky[12]Discontinuous
VPitsch-Petch[14,15]Near K-S[26]UnreportedNew-3[16]Continuous
VIPitsch-Petch[14,15]Near K-S[26]F-E[30]Pitsch-Petch[14,15]Continuous

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图6c和d显示了形核于晶界渗碳体的珠光体团簇内各相颜色及IPF (Z轴)取向颜色图。晶界渗碳体左侧珠光体团IV中渗碳体片层的取向与晶界渗碳体的取向不一致。基于EBSD数据计算(如表3所示)及极图可知,图6d中珠光体团IV内铁素体与渗碳体保持Pitsch-Petch[14,15]位向关系,铁素体与晶界渗碳体保持Bagaryatsky[12]位向关系,铁素体片层与所在奥氏体保持的位向关系接近K-S[26]位向关系,而渗碳体片层与奥氏体之间的位向关系未见报道。上述结果表明,珠光体团IV中依附在晶界渗碳体形核的珠光体领先相很可能是铁素体。珠光体团V和VI中珠光体内渗碳体片层与晶界渗碳体的取向大致相同,说明晶界先共析渗碳体外延生长为珠光体内渗碳体,此时可以认为渗碳体是领先相。珠光体团V和VI内铁素体与渗碳体也保持Pitsch-Petch[14,15]位向关系,2个区域内铁素体都与所在奥氏体晶粒接近K-S[26]位向关系。但是同一个奥氏体晶粒内珠光体团IV和V内的铁素体取向是不一致的,图7a~d分别对应图6d中左侧珠光体团IV和V内铁素体{101}F和{111}F极图,以及左侧珠光体生长进入的晶粒内奥氏体的{111}A和{101}A极图。图7a和b中黑色部分数据点对应珠光体团IV内铁素体,蓝色部分对应珠光体团V中铁素体。采用图5中的分析方法,发现2个珠光体团内的铁素体与奥氏体保持近K-S[26]位向关系的2个互为孪晶的变体。2个变体中铁素体与奥氏体大致平行的密排方向是一致的(见图7b和d中虚线圈),它们大致平行的密排面也相同(见图7a和c中不同颜色的虚线圈)。上述结果进一步表明,奥氏体与铁素体之间有很强的形成择优位向关系的趋势,似乎意味着铁素体作为领先相形核是影响珠光体晶体学的关键,在奥氏体与铁素体之间形成择优位向关系的前提下,如果铁素体碰巧也可以与先共析渗碳体之间维持珠光体要求的择优位向关系,那么先共析渗碳体可以延续到珠光体内,这要求奥氏体正好与晶界渗碳体具有特殊的位向关系,这种情况下,虽然同样可以根据奥氏体与铁素体之间的择优位向关系视铁素体为领先相,但将先共析渗碳体视为领先相更合理。

图7

图7   图6中珠光体团簇内铁素体与左侧晶粒内奥氏体基体的极图

Fig.7   Pole figures of pearlitic ferrite and austenite matrix in Fig.6 (ND—normal direction)

(a, b) pole figures {101}F and {111}F of pearlitic ferrite in Fig.6d (The black and blue parts are corresponding to the pearlitic ferrite in colonies IV and V, respectively) (c, d) pole figures {111}A and {101}A of the austenite in left grain


为了考察测试结果的统计性意义,本工作应用EBSD针对650 ℃热处理72 h的样品共测量了14个形核于先共析渗碳体界面的珠光体团和团簇内各部分晶体学信息,测量结果汇总在表4中。No.1~No.9为珠光体形核于魏氏渗碳体,No.10~No.14为珠光体形核于晶界渗碳体。可以看到,绝大多数珠光体团内渗碳体与铁素体保持可重复的某种位向关系。测试表明,先共析渗碳体(包括魏氏渗碳体和晶界渗碳体)与奥氏体之间的位向关系往往保持常见的F-E[30]和Pitsch[29]位向关系,也观察到新的可重复位向关系(New OR)[39]。从表4中可见,大多数珠光体内铁素体形成具有择优自由,这表现在铁素体与所在奥氏体或晶界背面奥氏体之间的位向关系往往接近K-S[26]位向关系 (表4中如果偏离角<5°表达为K-S,如果偏离角>5°同时<15°表达为Near K-S),特别是对于同一个珠光体团簇内的不同区域,例如No.8、No.9、No.12~No.14的珠光体团簇包含若干晶体学取向不同的珠光体团,不同珠光体团内铁素体与奥氏体之间的位向关系都接近K-S[26]位向关系,不同位置可以出现铁素体与奥氏体之间K-S[26]位向关系的不同变体,从而导致了不同的珠光体内两相的位向关系,以及与此相关珠光体片层间取向差异。珠光体内铁素体和先共析渗碳体之间可以保持特定位向关系也可以是未见报道的(或称随机的)。相反,表4中数据反映珠光体中渗碳体与魏氏渗碳体之间无明显关系,没有观察到可以连续的情况,珠光体内渗碳体与奥氏体之间的位向关系往往是未见报道的(可能是随机的)。上述分析可以基本排除魏氏渗碳体作为领先相外延生长的情况,虽然魏氏渗碳体为珠光体提供了异质形核位置,但是珠光体的晶体学取向主要受作为领先相的铁素体与奥氏体之间界面择优的支配,有的情况下(例如No.8中的一个珠光体团),铁素体与魏氏渗碳体具有择优位向关系,而与奥氏体之间偏离已知的择优位向关系,但铁素体作为领先相的可能性仍然很大。依附于魏氏渗碳体形核的个别珠光体内铁素体与奥氏体的位向关系也出现完全偏离了K-S[26]位向关系的情况,此时铁素体取向可能由于受生长后期铁素体影响导致取向严重偏离形核的择优位向关系或者存在未知择优位向关系。

表4   先共析渗碳体界面形核珠光体内铁素体片层、珠光体内渗碳体片层、先共析渗碳体以及奥氏体基体间不同的位向关系EBSD测量结果

Table 4  EBSD results of different orientation relationships between C and F, proeutectoid cementite, and A for the pearlite colonies nucleated on proeutectoid cementite

No.F/CF/WC or F/GCF/AC/WC or C/GCC/AWC/A or GC/A
1Pitsch-PetchUnreportedUnreportedDiscontinuousUnreportedF-E
2New-4UnreportedUnreportedDiscontinuousUnreportedF-E
3New-3/New-4Pitsch-PetchNear K-SDiscontinuousUnreportedF-E
4Pitsch-PetchUnreportedNear K-S10°UnreportedUnreported
5Pitsch-PetchUnreportedK-SDiscontinuousSwitched F-EPitsch
6IsaichevNew-3K-SDiscontinuousUnreportedF-E
7New-3-Near K-S-Unreported-
8BagaryatskyUnreportedUnreported10°UnreportedUnreported
8UnreportedIsaichevK-S10°UnreportedUnreported
8New-3New-3UnreportedDiscontinuousUnreportedUnreported
8BagaryatskyIsaichevK-SDiscontinuousUnreportedUnreported
9BagaryatskyUnreportedNear K-SDiscontinuousUnreportedPitsch
9Pitsch-PetchUnreportedNear K-SDiscontinuousUnreportedPitsch
9Pitsch-PetchUnreportedNear K-SDiscontinuousSwitched F-EPitsch
10Pitsch-PetchPitsch-PetchK-S (I)ContinuousUnreportedUnreported
11Pitsch-PetchPitsch-PetchK-S (I)ContinuousF-E (I)F-E (I)
12Pitsch-PetchBagaryatskyNear K-SDiscontinuousUnreportedUnreported
12New-3Pitsch-PetchNear K-S/K-S (I)UnreportedNew OR[39]
12Pitsch-PetchPitsch-PetchNear K-S (I)ContinuousNew OR[39]New OR[39]
13Bagaryatsky-K-S (I)-Pitsch (I)-
13BagaryatskyBagaryatskyNear K-S (I)ContinuousPitsch (I)Pitsch (I)
13Pitsch-PetchPitsch-PetchNear K-SContinuousPitsch (I)Pitsch (I)
13New-3New-3Near K-S (I)ContinuousF-E (I)F-E (I)
13New-3New-3UnreportedContinuousPitsch (I)Pitsch (I)
14UnreportedUnreportedK-SContinuousUnreportedUnreported
14Pitsch-PetchPitsch-PetchUnreportedDiscontinuousUnreportedF-E (I)
14Pitsch-PetchPitsch-PetchNear K-SDiscontinuousUnreportedF-E (I)

Note: Nos.1~9 are pearlite colonies and pearlite group nodules nucleated on WC; Nos.10~14 are pearlite colonies and pearlite group nodules nucleated on GC

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当珠光体在晶界渗碳体形核时珠光体中两相与背靠奥氏体保持择优关系的比例明显大于所在奥氏体晶粒,这似乎表明珠光体更倾向往没有择优位向关系的奥氏体晶粒生长,此时多数测试结果表明珠光体内渗碳体与晶界渗碳体连续。珠光体内渗碳体通常与背靠奥氏体保持择优位向关系,珠光体内铁素体也往往与背靠奥氏体保持K-S[26] (I)位向关系,后缀(I)表示铁素体与背靠奥氏体而不是生长进入的奥氏体保持K-S[26]位向关系。此时铁素体与晶界渗碳体间保持特定的位向关系,并且生长进入另一个与其没有择优位向关系的奥氏体晶粒,珠光体中的渗碳体与铁素体会保持上述择优位向关系。注意个别珠光体内铁素体与奥氏体的位向关系完全偏离了K-S[26]位向关系,因此不排除铁素体依附于晶界渗碳体形核的情况。由于珠光体渗碳体与晶界渗碳体取向一致,晶界渗碳体自然被认为是领先相。铁素体与背靠奥氏体保持K-S[26]位向关系意味着珠光体必须要与背靠奥氏体接触,也就是晶界渗碳体不能完全隔绝2个晶粒,此时铁素体在晶界渗碳体的空隙处形核,与背靠奥氏体保持择优位向关系,也有可能是奥氏体直接在干净的晶界上分解形成珠光体,因为当珠光体内渗碳体与晶界渗碳体取向一致时,很难去确认晶界附近的渗碳体是先共析渗碳体,因为此时两者的形貌和晶体学都十分相似。当珠光体内渗碳体与晶界渗碳体取向不一致时,可以明确区分珠光体内渗碳体与晶界渗碳体,此时珠光体内铁素体往往与所在奥氏体而不是背靠奥氏体保持近K-S位向关系[26],铁素体与珠光体内部渗碳体及晶界渗碳体可以分别保持不同的择优位向关系或是相同位向关系的不同变体,晶界渗碳体类似于魏氏渗碳体只是提供一个形核位置,类似于在魏氏渗碳体上形核的情况,铁素体的择优可能是支配因素,它是领先相的可能性比较大。

3 讨论

本研究观察到在晶界或晶内(魏氏)先共析渗碳体上形核的珠光体团内部铁素体与渗碳体之间通常可以保持已报道的Pitsch-Petch[14,15]、Bagaryatsky[12]以及Isaichev[13] 等位向关系。通过计算发现几种已报道的New-2、New-3和New-4位向关系[16,17]都比较接近Pitsch-Petch[14,15]位向关系(<9°),考虑到珠光体生长过程中铁素体存在较大的取向变化,如果把3种New位向关系都视作Pitsch-Petch[14,15]位向关系的拓展,那么本体系中Pitsch-Petch[14,15]位向关系占的比例会比较大,而Bagaryatsky[12](以及其邻近的Isaichev[13])位向关系的比例相对较小。从本工作的结果统计来看,绝大多数情况下铁素体与奥氏体(和先共析渗碳体)存在择优位向关系,说明其择优形核是珠光体晶体学形成的择优影响因素。

当珠光体在魏氏渗碳体界面形核时,魏氏渗碳体的取向与珠光体中的渗碳体是不连续的。大多数情况下,铁素体与奥氏体保持K-S[26]或接近K-S[26]位向关系,有时候铁素体与渗碳体可以同时保持Pitsch-Petch[14,15]等择优位向关系,而渗碳体与奥氏体的位向关系未见报道,因此可以确定铁素体为领先相。理论上,当魏氏渗碳体与奥氏体保持Pitsch[29]位向关系时,可能会出现魏氏渗碳体与珠光体渗碳体取向一致的情况,此时正如 Darken和Fisher[40]假设的那样,铁素体与魏氏渗碳体及珠光体内渗碳体保持Isaichev[13]位向关系,铁素体与奥氏体保持K-S[26]位向关系,此时铁素体、渗碳体及奥氏体相互之间都保持择优位向关系。虽然本工作测量结果中存在铁素体、渗碳体及奥氏体相互之间都保持择优位向关系的情况,比如表4中No.3,但是魏氏渗碳体与珠光体渗碳体取向并不一致。这可能是由于渗碳体的惯习面十分稳定难以凸起分叉作为珠光体领先相的位置。

当珠光体在晶界渗碳体界面形核时,与已有报道[6,22]部分一致,即晶界渗碳体可以外延形成珠光体内渗碳体,可以认为渗碳体为领先相。不过Mangan和Shiflet[22]的结果中,当珠光体在晶界渗碳体形核时,珠光体中渗碳体与铁素体只保持Pitsch-Petch[14,15]位向关系,但未给出铁素体与奥氏体之间的位向关系。本工作中珠光体内部两相的位向关系不一定是Pitsch-Petch[14,15]位向关系,晶界渗碳体不都可以外延形成珠光体内渗碳体。珠光体中的渗碳体与晶界渗碳体的晶体学取向一致的情况往往伴随着铁素体与背靠奥氏体之间的位向关系保持近K-S[26]位向关系,说明晶界渗碳体尚未完全隔绝2个奥氏体晶粒。不过,珠光体中的渗碳体与晶界渗碳体的晶体学取向一致时,铁素体也可能与生长进入的奥氏体之间保持接近K-S[26]位向关系。当珠光体中的渗碳体与晶界渗碳体的晶体学取向不一致时,铁素体总是与生长进入的奥氏体之间的位向关系接近K-S[26]位向关系,此时珠光体的晶体学主要由铁素体的择优选择来支配。

前面的分析主要基于晶体学,先共析渗碳体附近的成分分布是影响形核热力学的重要因素。在长时间保温过程中先共析渗碳体的析出会使其附近奥氏体基体中C和Mn的浓度降低,图8为Fe-1.29C-13.9Mn钢在650 ℃保温72 h后垂直魏氏渗碳体片两侧Mn和Fe元素分布。可以看出,先共析渗碳体Mn含量较高,而在魏氏渗碳体片两侧存在C和Mn元素的贫瘠区,成为铁素体的优先形核的区域。

图8

图8   Fe-1.29C-13.9Mn钢在650 ℃保温72 h后垂直魏氏渗碳体片两侧Mn和Fe元素分布

Fig.8   Distributions of the Mn and Fe elements vertical to the Widmannstätten cementite plate in Fe-1.29C-13.9Mn steel after heat treatment at 650 ℃ for 72 h


4 结论

(1) 依附于魏氏渗碳体形核的珠光体的领先相是铁素体,魏氏渗碳体不能长入珠光体。铁素体与奥氏体之间的位向关系通常在K-S位向关系附近,珠光体内铁素体与渗碳体之间的位向关系往往存在已知的择优位向关系,铁素体与魏氏渗碳体间可能也存在择优位向关系,但是珠光体内渗碳体与奥氏体基体的位向关系通常不是择优。

(2) 依附于晶界渗碳体形核的珠光体的领先相存在2种可能。晶界先共析渗碳体会延续进入珠光体,此时铁素体往往与背靠奥氏体保持接近K-S位向关系,这时可以视先共析渗碳体为领先相。某些情况下珠光体内渗碳体与晶界渗碳体取向不一致,此时铁素体往往与所在奥氏体保持接近K-S位向关系,这时铁素体可能是珠光体的领先相。

(3) 实验表征了铁素体和渗碳体片层之间的多种位向关系,并未发现数量特别占优的位向关系以及领先相和上述位向关系之间的一一关联。依附于同一先共析渗碳体形核的珠光体团簇内往往存在多个生长取向不一致的区域,它们对应不同铁素体和渗碳体片层之间的不同位向关系或者相同位向关系的不同变体。

(4) 单一分区珠光体团内同一个铁素体片层可能存在较大的取向偏差,并随珠光体生长而增加,可能导致铁素体以小角晶界分层的现象,及分层铁素体与相邻渗碳体间不同的位向关系。奥氏体在靠近珠光体界面附近存在明显畸变,暗示珠光体形成伴随着相当大的相变应力场。

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