D0I:10.13374/i.i8sn1001-t53.2010.04.006 第32卷第4期 北京科技大学学报 Vol 32 No 4 2010年4月 Journal of Un iversity of Science and Techno logy Beijng Apr.2010 TiC在Ti2CS上形核生长的电镜观察及其取向关系 的测定 娄艳芝)李春志”柳得橹) 1)北京航空材料研究院，北京1000952)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要为探讨与控制薄板坯连铸连轧工艺条件下碳化钛在钢中的析出行为，应用透射电子显微术(TEM)研究了纳米尺度 T℃和T玉CS析出相的结构及取向关系，结果表明，实验钢中TCS的析出温度较TC的高，先析出的TiCS可作为TC的非 自发形核地点·实验观察到细小T℃粒子在T玉CS上生长的现象，电子衍射和X射线能谱(EDS)分析表明：TC和TCS之间 的取向关系为《001)re∥(111}c,〈100recs∥(01r在TEM下还观察到以李晶形式存在的TC李晶面为(1i)面.总 之，在钢中先行析出的T玉CS和TC粒子都可能成为新生成TC的非自发形核地点，孪生和外延生长是T汇沉淀的两种重要机 制. 关键词CSP工艺：微合金化：钛析出相；李生：外延生长；取向关系 分类号TG142.1 TEM observation of TiC precipitates nucleated on Ti2CS and detem ination of orien tation relationsh ips LOU Yan,LI Chun?,LIU De-h2) 1)Beijing Institte of AemonauticalMaterials Beijing 100095.China 2)School ofMaterials Science and Engineerng University of Science and Technolgy Beijing Beijing 100083 China ABSTRACT In order to investigate and control the precipitation behavior of titanium cabide in Tisteels produced by thin slab cast ing and rolling (TSCR).the structure and orientation relationship of TC and TiCS were studied by transm ission electron m icroscopy (TEM).The results show that n the experinental steeks TiCS precipitates at relatively higher temperature than TC TiCS precipita- ted previously can act as heterogeneous nucleation sites for TC Many tiny TC particles grow from TiCS The results of electmon dif fraction and X-ray energy dispersive spectroscopy show that the orientation relationship between TC and TiCs is (001s (111(100recs(011)re There are also some titanium cabdle particles with winned stmucture in the steels and the t nning plane is (111).Therefore the previous precipitates either TiCS or TC can provide preferential sites for latter TC nucleation Both of the twinning and epitaxial grow th are mportantmechaniss for precipitation of titanium catbide in the TSCR steels KEY WORDS campact strip production (CSP):m icmoalloyng titanium precipitates twins epitaxial grow th orientation relation- ship 广钢集团珠江钢铁公司充分利用薄板坯连铸连 淀强化作用，此外，在这些钢板中还观察到纳米尺 轧CSP(canpact strip production)工艺的特点，采用 寸的其他析出相，如TiCs3.近期的研究工作表 钛微合金化技术成功地开发出屈服强度高达 明，含T和Mo的高强低合金钢的屈服强度可达 700MP的高强热轧钢板1-).研究表明：在奥氏体 780MPa微量合金元素使钢屈服强度提高的主要 区析出的T(CN)粒子可通过阻止晶粒长大而细 原因之一是纳米尺度析出相的沉淀强化，而沉淀强 化晶粒，而在较低温度析出的T℃则具有明显的沉 化作用的大小取决于析出相粒子的尺寸、体积分数 收稿日期：2009-05-22 作者简介：娄艳芝(1974仁)，女，工程师，博士，Email yz@yahoo cn
第 32卷 第 4期 2010年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．4 Ａｐｒ．2010 ＴｉＣ在 Ｔｉ2ＣＳ上形核生长的电镜观察及其取向关系 的测定 娄艳芝 1） 李春志 1） 柳得橹 2） 1） 北京航空材料研究院北京 100095 2） 北京科技大学材料科学与工程学院北京 100083 摘 要 为探讨与控制薄板坯连铸连轧工艺条件下碳化钛在钢中的析出行为应用透射电子显微术 （ＴＥＭ）研究了纳米尺度 ＴｉＣ和 Ｔｉ2ＣＳ析出相的结构及取向关系．结果表明实验钢中 Ｔｉ2ＣＳ的析出温度较 ＴｉＣ的高先析出的 Ｔｉ2ＣＳ可作为 ＴｉＣ的非 自发形核地点．实验观察到细小 ＴｉＣ粒子在 Ｔｉ2ＣＳ上生长的现象．电子衍射和 Ｘ射线能谱 （ＥＤＳ）分析表明：ＴｉＣ和 Ｔｉ2ＣＳ之间 的取向关系为｛001｝Ｔｉ2ＣＳ∥｛111｝ＴｉＣ〈100〉Ｔｉ2ＣＳ∥〈011 － 〉ＴｉＣ．在 ＴＥＭ下还观察到以孪晶形式存在的 ＴｉＣ孪晶面为 （1 － 11 － ）面．总 之在钢中先行析出的 Ｔｉ2ＣＳ和 ＴｉＣ粒子都可能成为新生成 ＴｉＣ的非自发形核地点孪生和外延生长是 ＴｉＣ沉淀的两种重要机 制． 关键词 ＣＳＰ工艺；微合金化；钛析出相；孪生；外延生长；取向关系 分类号 ＴＧ142∙1 ＴＥＭ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆＴｉＣｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓｎｕｃｌｅａｔｅｄｏｎＴｉ2ＣＳａｎｄｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ＬＯＵＹａｎ-ｚｈｉ 1）ＬＩＣｈｕｎ-ｚｈｉ 1）ＬＩＵＤｅ-ｌｕ 2） 1） ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＢｅｉｊｉｎｇ100095Ｃｈｉｎａ 2） ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｉｔａｎｉｕｍｃａｒｂｉｄｅｉｎＴｉ-ｓｔｅｅｌｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｉｎｓｌａｂｃａｓｔ- ｉｎｇａｎｄｒｏｌｌｉｎｇ（ＴＳＣＲ）ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆＴｉＣａｎｄＴｉ2ＣＳｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ （ＴＥＭ）．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｅｅｌｓＴｉ2ＣＳｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓａｔｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｈｉｇｈｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｈａｎＴｉＣ．Ｔｉ2ＣＳｐｒｅｃｉｐｉｔａ- ｔｅｄｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙｃａｎａｃｔａｓｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｎｕｃｌｅａｔｉｏｎｓｉｔｅｓｆｏｒＴｉＣ．ＭａｎｙｔｉｎｙＴｉＣｐａｒｔｉｃｌｅｓｇｒｏｗｆｒｏｍＴｉ2ＣＳ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｄｉｆ- ｆｒａｃｔｉｏｎａｎｄＸ-ｒａｙｅｎｅｒｇｙｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎＴｉＣａｎｄＴｉ2ＣＳｉｓ｛001｝Ｔｉ2ＣＳ∥ ｛111｝ＴｉＣ〈100〉Ｔｉ2ＣＳ∥〈011 － 〉ＴｉＣ．Ｔｈｅｒｅａｒｅａｌｓｏｓｏｍｅｔｉｔａｎｉｕｍｃａｒｂｉｄｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈｔｗｉｎｎｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｈｅｓｔｅｅｌｓａｎｄｔｈｅｔｗｉｎｎｉｎｇ ｐｌａｎｅｉｓ（1 － 11 － ）．ＴｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓｅｉｔｈｅｒＴｉ2ＣＳｏｒＴｉＣｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｉｔｅｓｆｏｒｌａｔｔｅｒＴｉＣｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ． ＢｏｔｈｏｆｔｈｅｔｗｉｎｎｉｎｇａｎｄｅｐｉｔａｘｉａｌｇｒｏｗｔｈａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｆｏｒｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｆｔｉｔａｎｉｕｍｃａｒｂｉｄｅｉｎｔｈｅＴＳＣＲｓｔｅｅｌｓ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｃｏｍｐａｃｔｓｔｒｉｐｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ（ＣＳＰ）；ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｉｎｇ；ｔｉｔａｎｉｕｍｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ；ｔｗｉｎｓ；ｅｐｉｔａｘｉａｌｇｒｏｗｔｈ；ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎ- ｓｈｉｐ 收稿日期：2009--05--22 作者简介：娄艳芝 （1974－ ）女工程师博士Ｅ-ｍａｉｌ：ｙｚｌｏｕ＠ｙａｈｏｏ．ｃｎ 广钢集团珠江钢铁公司充分利用薄板坯连铸连 轧 ＣＳＰ（ｃｏｍｐａｃｔｓｔｒｉｐｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）工艺的特点采用 钛 微 合 金 化 技 术 成 功 地 开 发 出 屈 服 强 度 高 达 700ＭＰａ的高强热轧钢板 ［1--2］．研究表明：在奥氏体 区析出的 Ｔｉ（ＣＮ）粒子可通过阻止晶粒长大而细 化晶粒而在较低温度析出的 ＴｉＣ则具有明显的沉 淀强化作用．此外在这些钢板中还观察到纳米尺 寸的其他析出相如 Ｔｉ2ＣＳ ［3--5］．近期的研究工作表 明 ［6］含 Ｔｉ和 Ｍｏ的高强低合金钢的屈服强度可达 780ＭＰａ．微量合金元素使钢屈服强度提高的主要 原因之一是纳米尺度析出相的沉淀强化而沉淀强 化作用的大小取决于析出相粒子的尺寸、体积分数 DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2010．04．005
第4期 娄艳艺等：TC在TCS上形核生长的电镜观察及其取向关系的测定 ,439. 以及粒子的分布，CSP工艺含钛耐候钢获得较大的 耐候钢，其主要成分为（质量分数，%）：C0.05 沉淀强化效果主要来自钢中大量弥散分布的细小 0.07;Si≤0.6：Mn≤0.6S≤0.01：P<0.12 T℃粒子以及其他沉淀相. Cu≤0.3Ni≤0.2Ti0.060.14将实验用钢 钛的性质活泼，易与钢中的氧、硫和氨等杂质元 板去掉氧化皮，然后萃取出钢中的析出相，把萃取的 素结合形成化合物，它们通常在较高温度析出.一 析出相粉末分散到微栅上制备成TEM电镜试样. 般认为钢中先析出的第二相粒子可以成为其后析出 萃取所用电解液为10%乙酰丙酮十1%的四甲基氯 相的形核地点，因此当T℃随后在较低温度析出 化铵的甲醇溶液，电压4~10V,电流密度 时，钢中较高温的析出相都可能成为TC的形核位 15mA.am-2[9. 置，影响其形核率的关键因素不仅有钢中的有效钛 含量、钢的冷却速度及温度，还有先行析出的第二相 2实验结果与讨论 粒子的尺寸、分布与数量等. 2.1TC和TCS的析出热力学分析 由于CSP工艺生产过程中钢的凝固速度和冷 钢中TC和T玉CS在奥氏体区的固溶度积公式 却速度要比传统工艺条件的快得多，热加工参数也 为0-山， 有很大差别⑧)，关于钛的碳化物、碳氨化物和碳硫 g([%T[%C].5[%s]-5),= 化物等在薄板坯连铸连轧条件下的析出行为仍然有 -17045m+7.9 (1) 待于进行相关深入研究 g([%Ti][%C])y=-7000个+2.75(2) 本文应用透射电子显微镜，通过电子衍射和X 针对实验钢中元素SC和T的含量范围，根据 射线能谱分析等方法研究了薄板坯连铸连轧含钛钢 溶度积公式计算出了钢中T重CS和TC在奥氏体区 中纳米尺度碳化钛的形核机制及其与碳硫化钛的取 的稳定性，如图1所示，由稳定性图可知，在实验钢 向关系，对深入了解与控制钛碳化物的析出从而控 中碳含量和钛含量范围(0.06%~0.14%)内，钢中 制钢的组织与性能具有重要意义 T飞CS在奥氏体区的析出温度均高于TC的析出温 1实验材料与方法 度，在铁素体区域T℃均满足热力学析出条件，因 此，实验钢在由高温到低温的生产过程中TCS将 实验用钢为珠江钢铁公司CSP线生产的含钛 在较高温度开始析出. 0.20n 0.20 a b 0.16 1320℃ 0.16 1250℃ 1300℃ 1150℃ 1280℃ -0.08 1050℃ 1260℃ 0.04 1)20 0.04 950 1150℃ 120 850 0.020.040.06 0.080.10 0.02 0.040.060.080.10 1CI 1%C 图1碳硫化钛和碳化钛在奥氏体区的稳定性图.(a)TeCS([%S]=0.O01):(b)TC Fig 1 Stability ofTiCS and TC n the austenite region (a)TiCS([%S]=0.001):(b)TC 2.2实验钢中的TiCS 是TiS和C能谱中的Fe和Cr来自旁边的小片晶 在实验钢中观察到线度在10m左右的细小析 体，而Cu来源于铜网.图2(c)、(d)是图2(a)的快 出粒子.图2(a)是一个小棒状析出粒子的高分辨 速傅里叶变换(FT)及其逆变换.对图2(c)的指数 电子显微像(HREM),粒子的宽约3m,长约10m, 标定结果表明，该小棒状析出物为六方晶系的 在它右下方还有一片晶体，析出粒子的X射线能谱 TCS图2(a)中竖直方向的晶面为TCS的(01 (EDS)如图2(b)所示，可见棒状颗粒的主要成分 2),面间距为0.249m
第 4期 娄艳芝等： ＴｉＣ在 Ｔｉ2ＣＳ上形核生长的电镜观察及其取向关系的测定 以及粒子的分布ＣＳＰ工艺含钛耐候钢获得较大的 沉淀强化效果主要来自钢中大量弥散分布的细小 ＴｉＣ粒子以及其他沉淀相． 钛的性质活泼易与钢中的氧、硫和氮等杂质元 素结合形成化合物它们通常在较高温度析出．一 般认为钢中先析出的第二相粒子可以成为其后析出 相的形核地点 ［7］因此当 ＴｉＣ随后在较低温度析出 时钢中较高温的析出相都可能成为 ＴｉＣ的形核位 置．影响其形核率的关键因素不仅有钢中的有效钛 含量、钢的冷却速度及温度还有先行析出的第二相 粒子的尺寸、分布与数量等． 由于 ＣＳＰ工艺生产过程中钢的凝固速度和冷 却速度要比传统工艺条件的快得多热加工参数也 有很大差别 ［8］关于钛的碳化物、碳氮化物和碳硫 化物等在薄板坯连铸连轧条件下的析出行为仍然有 待于进行相关深入研究． 本文应用透射电子显微镜通过电子衍射和 Ｘ 射线能谱分析等方法研究了薄板坯连铸连轧含钛钢 中纳米尺度碳化钛的形核机制及其与碳硫化钛的取 向关系对深入了解与控制钛碳化物的析出从而控 制钢的组织与性能具有重要意义． 1 实验材料与方法 实验用钢为珠江钢铁公司 ＣＳＰ线生产的含钛 耐候钢其主要成分为 （质量分数％ ）：Ｃ0∙05～ 0∙07；Ｓｉ≤0∙6；Ｍｎ≤0∙6；Ｓ≤0∙01；Ｐ＜0∙12； Ｃｕ≤0∙3；Ｎｉ≤0∙2；Ｔｉ0∙06～0∙14．将实验用钢 板去掉氧化皮然后萃取出钢中的析出相把萃取的 析出相粉末分散到微栅上制备成 ＴＥＭ电镜试样． 萃取所用电解液为 10％乙酰丙酮 ＋1％的四甲基氯 化铵 的 甲 醇 溶 液电 压 4～10Ｖ电 流 密 度 15ｍＡ·ｃｍ －2［9］． 2 实验结果与讨论 2∙1 ＴｉＣ和 Ｔｉ2ＣＳ的析出热力学分析 钢中 ＴｉＣ和 Ｔｉ2ＣＳ在奥氏体区的固溶度积公式 为 ［10--11］： ｌｇ（ ［％Ｔｉ］ ［％Ｃ］ 0∙5 ［％Ｓ］ 0∙5 ）γ＝ －17045／Ｔ＋7∙9 （1） ｌｇ（ ［％Ｔｉ］ ［％Ｃ］ ）γ＝－7000／Ｔ＋2∙75 （2） 针对实验钢中元素 Ｓ、Ｃ和 Ｔｉ的含量范围根据 溶度积公式计算出了钢中 Ｔｉ2ＣＳ和 ＴｉＣ在奥氏体区 的稳定性如图 1所示．由稳定性图可知在实验钢 中碳含量和钛含量范围 （0∙06％ ～0∙14％ ）内钢中 Ｔｉ2ＣＳ在奥氏体区的析出温度均高于 ＴｉＣ的析出温 度在铁素体区域 ＴｉＣ均满足热力学析出条件．因 此实验钢在由高温到低温的生产过程中 Ｔｉ2ＣＳ将 在较高温度开始析出． 图 1 碳硫化钛和碳化钛在奥氏体区的稳定性图．（ａ） Ｔｉ2ＣＳ（ ［％Ｓ］ ＝0∙001）；（ｂ） ＴｉＣ Ｆｉｇ．1 ＳｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＴｉ2ＣＳａｎｄＴｉＣｉｎｔｈｅａｕｓｔｅｎｉｔｅｒｅｇｉｏｎ：（ａ） Ｔｉ2ＣＳ（ ［％Ｓ］ ＝0∙001）；（ｂ） ＴｉＣ 2∙2 实验钢中的 Ｔｉ2ＣＳ 在实验钢中观察到线度在 10ｎｍ左右的细小析 出粒子．图 2（ａ）是一个小棒状析出粒子的高分辨 电子显微像 （ＨＲＥＭ）粒子的宽约3ｎｍ长约10ｎｍ 在它右下方还有一片晶体．析出粒子的 Ｘ射线能谱 （ＥＤＳ）如图 2（ｂ）所示．可见棒状颗粒的主要成分 是 Ｔｉ、Ｓ和 Ｃ能谱中的 Ｆｅ和 Ｃｒ来自旁边的小片晶 体而 Ｃｕ来源于铜网．图 2（ｃ）、（ｄ）是图 2（ａ）的快 速傅里叶变换 （ＦＦＴ）及其逆变换．对图 2（ｃ）的指数 标定结果表明该小棒状析出物为六方晶系的 Ｔｉ2ＣＳ．图 2（ａ）中竖直方向的晶面为 Ｔｉ2ＣＳ的 （01 2）面间距为 0∙249ｎｍ． ·439·
·440 北京科技大学学报 第32卷 (b) 能量keV 2 nm 121 图2实验钢中的TeCS粒子.(a)HREM像；(b)EDS能谱；(c)图(a的傅里叶变换及指数：(d)图(c的傅里叶逆变换 Fig 2 TeCS particle in the expermnental steel (a)HREM inage (b)EDS spectnm:(c)FFT of Fig (a)with indexes (d)inverse FFT of Fig (c) 2.3TC在TCS上形核生长 2.4TC与TCS的取向关系的测定 图3(a)所示的颗粒，大小在100m左右，由三 (1)图3(b)所示的取向关系，图3(b)显示 部分组成，如图3(a)中A、B和C所示，其中心部A TCS相和新相TC有如下关系： 为长条状，B和C以A为核心外延生长.图3(b)、 (013)rc∥(200)rc,[031]rcs∥[012]rr (c)和(d)是图3(a)所示颗粒在三个不同取向的选 区电子衍射(SAED)图，其中图3(d)与图3(a)明场 这是一个特定的取向关系，由此找出TCS和 像的入射电子束方向相同，应用X射线能谱对 T℃两相间具有普遍意义的晶体学取向关系，根据 图3(a)中的A、B和C三个区域分别进行成分分 文献[12]将上述关系代入公式，可计算出T℃与 析，结果如图3(e、（fD和(g)所示. TCS两析出相之间的变换矩阵： 对此颗粒的EDS谱和SAED图综合分析表明， 0 -0.525 1.494 颗粒心部A为六方晶系TCSa=0.321m,c= B -0.525 0 -1.494, 1.12m,两侧的B、C为面心立方TCa= 0.525 -0.525 -1.494 0.4327m图3(b)、(c)和(d)所示的SAED图的 -0.636 -1.271 0.638 入射电子束方向分别为[03i]rcs∥[012]rr方向、 B-I -1.271 -0.636 -0.636, [011]rcs∥[234]rx方向和[100]rcs∥[011]rx 0.223 -0.223 -0.223 方向 -0.636-1.271 0.223 钢中TC析出属于形核长大的固态相变.在 A=(B) -1.271 -0.636 -0.223 T℃析出过程中，需要驱动力，同时又遇到阻力，相 0.636 -0.636 -0.223 变驱动力是新旧相自由焓之差，而相变阻力主要由 由于 界面能和畸变能组成.TC在TCS上外延生长，可 以降低界面能，增加新相的形核率，生成更加弥散的 (3) 第二相，从而有效地改善钢的力学性能 1月-
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 2 实验钢中的 Ｔｉ2ＣＳ粒子．（ａ） ＨＲＥＭ像；（ｂ） ＥＤＳ能谱；（ｃ） 图 （ａ）的傅里叶变换及指数；（ｄ） 图 （ｃ）的傅里叶逆变换 Ｆｉｇ．2 Ｔｉ2ＣＳｐａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｅｅｌ：（ａ） ＨＲＥＭｉｍａｇｅ；（ｂ） ＥＤＳｓｐｅｃｔｒｕｍ；（ｃ） ＦＦＴｏｆＦｉｇ．（ａ） ｗｉｔｈｉｎｄｅｘｅｓ；（ｄ） ｉｎｖｅｒｓｅＦＦＴｏｆ Ｆｉｇ．（ｃ） 2∙3 ＴｉＣ在 Ｔｉ2ＣＳ上形核生长 图 3（ａ）所示的颗粒大小在 100ｎｍ左右由三 部分组成如图 3（ａ）中 Ａ、Ｂ和 Ｃ所示其中心部 Ａ 为长条状Ｂ和 Ｃ以 Ａ为核心外延生长．图 3（ｂ）、 （ｃ）和 （ｄ）是图 3（ａ）所示颗粒在三个不同取向的选 区电子衍射 （ＳＡＥＤ）图其中图 3（ｄ）与图 3（ａ）明场 像的入射电子束方向相同．应用 Ｘ射线能谱对 图 3（ａ）中的 Ａ、Ｂ和 Ｃ三个区域分别进行成分分 析结果如图 3（ｅ）、（ｆ）和 （ｇ）所示． 对此颗粒的 ＥＤＳ谱和 ＳＡＥＤ图综合分析表明 颗粒心部 Ａ为六方晶系 Ｔｉ2ＣＳａ＝0∙321ｎｍｃ＝ 1∙12ｎｍ两 侧 的 Ｂ、Ｃ 为 面 心 立 方 ＴｉＣａ＝ 0∙4327ｎｍ．图 3（ｂ）、（ｃ）和 （ｄ）所示的 ＳＡＥＤ图的 入射电子束方向分别为 ［03 － 1 － ］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［012］ＴｉＣ方向、 ［011］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［234］ＴｉＣ方向和 ［100］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［011］ＴｉＣ 方向． 钢中 ＴｉＣ析出属于形核--长大的固态相变．在 ＴｉＣ析出过程中需要驱动力同时又遇到阻力．相 变驱动力是新旧相自由焓之差而相变阻力主要由 界面能和畸变能组成．ＴｉＣ在 Ｔｉ2ＣＳ上外延生长可 以降低界面能增加新相的形核率生成更加弥散的 第二相从而有效地改善钢的力学性能． 2∙4 ＴｉＣ与 Ｔｉ2ＣＳ的取向关系的测定 （1） 图 3（ｂ）所示的取向关系．图 3（ｂ）显示 Ｔｉ2ＣＳ相和新相 ＴｉＣ有如下关系： （013 － ）Ｔｉ2ＣＳ∥ （2 － 00）ＴｉＣ［03 － 1 － ］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［012］ＴｉＣ． 这是一个特定的取向关系由此找出 Ｔｉ2ＣＳ和 ＴｉＣ两相间具有普遍意义的晶体学取向关系．根据 文献 ［12］将上述关系代入公式可计算出 ＴｉＣ与 Ｔｉ2ＣＳ两析出相之间的变换矩阵： Ｂ＝ 0 －0∙525 1∙494 －0∙525 0 －1∙494 0∙525 －0∙525 －1∙494 Ｂ －1＝ －0∙636 －1∙271 0∙636 －1∙271 －0∙636 －0∙636 0∙223 －0∙223 －0∙223 Ａ＝（Ｂ －1 ） Ｔ＝ －0∙636 －1∙271 0∙223 －1∙271 －0∙636 －0∙223 0∙636 －0∙636 －0∙223 ． 由于 ｕ ｖ ｗＴｉＣ ＝Ｂ ｕ ｖ ｗＴｉ2ＣＳ ｈ ｋ ｌＴｉＣ ＝Ａ ｈ ｋ ｌＴｉ2ＣＳ （3） ·440·
第4期 娄艳艺等：TC在TCS上形核生长的电镜观察及其取向关系的测定 ,441. 3. 042 TiC 2001C 20 nm 242TG 100T7S 000 O11 TCS ilinc 244TiC 402 TiC 4000le 3500 1600 4000Hg 3000 1400 3500 2500 Ti 1200 3000 2000 2500 1500 80 2000 0 1500 1000 400 Ti 1000 500 200 公 500 0 Fe 0 4 6 能量keV 能量keV 能量eV 图3TCs上生长的TC颗粒.(a)[100]rcs∥[011]rx方向的明场像：(b)[03]rcs∥[012]rr方向衍射图；(c)[o11]res∥ [234]rc方向衍射图；(d)[I00]rcs∥[0I1]r方向的衍射图；(c),(),(g)图(a)冲AB和C处的能谱 Fig3 TC preeipitated on TiCS (a)bright fiel inage of preeipitates taken frmn zone axes of [100]Tecs//[011]c:(b)diffraction pattem taken from [031]Tecs/[012]rc:(c)[01l]recs//[234]rc pattem:(d)[100]Tes//[011]rc patlem (e).().(g)EDS of the arcas A. B and C in Fig (a).mspectively 取TCS析出相的[100]方向和(001)晶面，代入上 (i00)rcs∥(242)re[011]rcs∥[234]rx 式可得： 根据此关系求得TCS与TC两析出相之间的坐标 .11. 变化矩阵B为： -0.003 -0.5191.519 B 0.522 0.0061.494 由此可知，TCS和TC两析出相之间具有普遍 L -0.527 0.5301.470 意义的晶体学取向关系应为： (001)Tecs∥(11i)r,[100]rcs∥[011]rx(4) -0.6361.271 -0.636 -1.26 0.646 0.646, (2)图3(c)所示的取向关系，在图3(c)中 0.227 0.223 TCS和TC两析出粒子之间有如下关系： 0.219
第 4期 娄艳芝等： ＴｉＣ在 Ｔｉ2ＣＳ上形核生长的电镜观察及其取向关系的测定 图 3 Ｔｉ2ＣＳ上生长的 ＴｉＣ颗粒．（ａ） ［100］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［011］ＴｉＣ方向的明场像；（ｂ） ［03 －1 － ］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［012］ＴｉＣ方向衍射图； （ｃ） ［011］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［234］ＴｉＣ方向衍射图；（ｄ） ［100］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［011］ＴｉＣ方向的衍射图；（ｅ）（ｆ）（ｇ） 图 （ａ）中 Ａ、Ｂ和 Ｃ处的能谱 Ｆｉｇ．3 ＴｉＣｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄｏｎＴｉ2ＣＳ：（ａ） ｂｒｉｇｈｔｆｉｅｌｄｉｍａｇｅｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓｔａｋｅｎｆｒｏｍｚｏｎｅａｘｅｓｏｆ［100］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［011］ＴｉＣ；（ｂ） ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎ ｔａｋｅｎｆｒｏｍ ［03 －1 － ］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［012］ＴｉＣ；（ｃ） ［011］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［234］ＴｉＣｐａｔｔｅｒｎ；（ｄ） ［100］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［011］ＴｉＣｐａｔｔｅｒｎ；（ｅ）（ｆ）（ｇ） ＥＤＳｏｆｔｈｅａｒｅａｓＡ ＢａｎｄＣｉｎＦｉｇ．（ａ）ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ 取 Ｔｉ2ＣＳ析出相的 ［100］方向和 （001）晶面代入上 式可得： Ｂ 1 0 0Ｔｉ2ＣＳ ＝ 0 1 － 1ＴｉＣ Ａ 0 0 1Ｔｉ2ＣＳ ＝ 1 1 － 1 － ＴｉＣ ． 由此可知Ｔｉ2ＣＳ和 ＴｉＣ两析出相之间具有普遍 意义的晶体学取向关系应为： （001）Ｔｉ2ＣＳ∥ （11 － 1 － ）ＴｉＣ［100］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［01 － 1］ＴｉＣ （4） （2） 图 3（ｃ）所示的取向关系．在图 3（ｃ）中 Ｔｉ2ＣＳ和 ＴｉＣ两析出粒子之间有如下关系： （1 － 00）Ｔｉ2ＣＳ∥ （24 － 2）ＴｉＣ［011］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［234］ＴｉＣ． 根据此关系求得 Ｔｉ2ＣＳ与 ＴｉＣ两析出相之间的坐标 变化矩阵 Ｂ为： Ｂ＝ －0∙003 －0∙519 1∙519 0∙522 0∙006 1∙494 －0∙527 0∙530 1∙470 Ｂ －1＝ －0∙636 1∙271 －0∙636 －1∙26 0∙646 0∙646 0∙227 0∙223 0∙219 ·441·
,442 北京科技大学学报 第32卷 -0.636 -1.26 0.227 体学取向关系的又一个变式，TCS和TC之间具 A=(B-)T 1.271 0.6460.223 有普遍意义的晶体学取向关系应有四个变式，关系 -0.636 0.6460.219 式(4)和(5)是另外两个变式· 取TCS的[100]方向和(001)晶面，代入式 综上所述，通过对图3(b以、(c)和(d)三幅衍射 (3)可得： 图的分析，确定了钢中TCS和TC两析出相之间 1 的取向关系的普遍表达式为{001}rcs∥{111}rx, 〈100r∥(01西x:这个取向关系恰好显示出六 方晶系的TCS和立方晶系的TC之间密排面平 行，密排方向也平行， 可知，由图3(c)确定的T量CS和TC之间具有 普遍意义的晶体学取向关系为： 2.5孪晶T℃ 图4(a)所示颗粒由A、B两部分组成，整个颗 (001)rcs∥(111)rc,[100]rcs∥[011]rx(5) 粒的SAED图如图4(b)所示，其EDS谱分别如 (3)图3(d)显示的取向关系，在图3(d)中 图4(c)、(d)所示.综合分析表明，该颗粒两部分均 T飞CS和TC两相之间有如下关系： 为TC但取向不同，图4(b)中两套衍射图分别为 (001)Tecs∥(i1i)Tc,[100]recs∥[011]rc(6) [011和？011晶带轴的衍射，有理由认为图4(a) 颗粒的A、B两部分为孪晶关系，将A视为基体，则 图3(d)的衍射图对称性比较好，表示电子束方 向与晶带轴方向重合得好，这幅衍射图表示的特定 B为李晶，李晶面为(111)，两部分的取向是孪晶绕 的取向关系是TCS和TC之间具有普遍意义的晶 李生轴？111转动180° 0) 2500 2000 1200 d 1500 1000 500 200 能量及eV 能量ke 图4李晶T℃(a)TEM明场像；(b)图(a)中颗粒的选区电子衍射图：(c),(d)分别为图(a)中颗粒A和B处的EDS谱 Fig 4 TC wwins (a)TEM bright fiel image (b)SAED pattem of particle n Fig (a):(c).(d)EDS of particles A and B in Fig (a).respec tive ly 在立方晶系中，晶面指数的孪晶变换关系为： HK 2 10 H+K+L KH K (7) 00 H 其中(hk)是基体的晶面指数，(h'k'是孪晶的晶
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 Ａ＝（Ｂ －1 ） Ｔ＝ －0∙636 －1∙26 0∙227 1∙271 0∙646 0∙223 －0∙636 0∙646 0∙219 ． 取 Ｔｉ2ＣＳ的 ［100］方向和 （001）晶面代入式 （3）可得： Ｂ 1 0 0Ｔｉ2ＣＳ ≈ 0 1 1 － ＴｉＣ Ａ 0 0 1Ｔｉ2ＣＳ ≈ 1 1 1ＴｉＣ ． 可知由图 3（ｃ）确定的 Ｔｉ2ＣＳ和 ＴｉＣ之间具有 普遍意义的晶体学取向关系为： （001）Ｔｉ2ＣＳ∥ （111）ＴｉＣ［100］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［011 － ］ＴｉＣ （5） （3） 图 3（ｄ）显示的取向关系．在图 3（ｄ）中 Ｔｉ2ＣＳ和 ＴｉＣ两相之间有如下关系： （001）Ｔｉ2ＣＳ∥ （1 － 11 － ）ＴｉＣ［100］Ｔｉ2ＣＳ∥ ［011］ＴｉＣ （6） 图 3（ｄ）的衍射图对称性比较好表示电子束方 向与晶带轴方向重合得好．这幅衍射图表示的特定 的取向关系是 Ｔｉ2ＣＳ和 ＴｉＣ之间具有普遍意义的晶 体学取向关系的又一个变式．Ｔｉ2ＣＳ和 ＴｉＣ之间具 有普遍意义的晶体学取向关系应有四个变式关系 式 （4）和 （5）是另外两个变式． 综上所述通过对图 3（ｂ）、（ｃ）和 （ｄ）三幅衍射 图的分析确定了钢中 Ｔｉ2ＣＳ和 ＴｉＣ两析出相之间 的取向关系的普遍表达式为｛001｝Ｔｉ2ＣＳ∥｛111｝ＴｉＣ 〈100〉Ｔｉ2ＣＳ∥〈011 － 〉ＴｉＣ．这个取向关系恰好显示出六 方晶系的 Ｔｉ2ＣＳ和立方晶系的 ＴｉＣ之间密排面平 行密排方向也平行． 2∙5 孪晶 ＴｉＣ 图 4（ａ）所示颗粒由 Ａ、Ｂ两部分组成整个颗 粒的 ＳＡＥＤ图如图 4（ｂ）所示其 ＥＤＳ谱分别如 图 4（ｃ）、（ｄ）所示．综合分析表明该颗粒两部分均 为 ＴｉＣ但取向不同．图 4（ｂ）中两套衍射图分别为 ［011］和?01 － 1 － 」晶带轴的衍射有理由认为图 4（ａ） 颗粒的 Ａ、Ｂ两部分为孪晶关系将 Ａ视为基体则 Ｂ为孪晶孪晶面为 （1 － 11 － ）两部分的取向是孪晶绕 孪生轴?1 － 11 － 」转动 180°． 图 4 孪晶 ＴｉＣ．（ａ） ＴＥＭ明场像；（ｂ） 图 （ａ）中颗粒的选区电子衍射图；（ｃ）（ｄ） 分别为图 （ａ）中颗粒 Ａ和 Ｂ处的 ＥＤＳ谱 Ｆｉｇ．4 ＴｉＣｔｗｉｎｓ：（ａ） ＴＥＭｂｒｉｇｈｔｆｉｅｌｄｉｍａｇｅ；（ｂ） ＳＡＥＤｐａｔｔｅｒｎｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｉｎＦｉｇ．（ａ）；（ｃ）（ｄ） ＥＤＳｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓＡａｎｄＢｉｎＦｉｇ．（ａ）ｒｅｓｐｅｃ- ｔｉｖｅｌｙ 在立方晶系中晶面指数的孪晶变换关系为： ｈ′ ｋ′ ｌ′ ＝－ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ｈ ｋ ｌ ＋ 2 Ｈ 2＋Ｋ 2＋Ｌ 2 Ｈ 2 ＨＫ ＨＬ ＫＨ Ｋ 2 ＫＬ ＬＨ ＬＫ Ｌ 2 ｈ ｋ ｌ （7） 其中 （ｈｋｌ）是基体的晶面指数（ｈ′ｋ′ｌ′）是孪晶的晶 ·442·