不同形变速率条件下低碳钢过冷奥氏体形变过程铁素体超细化

D0I:10.13374/i.is8n1001053x.2001.05.015 第26卷第5期 北京科技大学学报 VoL26 No.5 2004年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2004 不同形变速率条件下低碳钢过冷奥氏体形变 过程铁素体超细化 周荣锋)杨王玥”孙祖庆)何建平) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 3)昆明理工大学机电工程学院，昆明650093 摘要研究了低碳钢过冷奥氏体在760℃，形变速率为1s'和10s变形时组织演变规律. 结果表明，形变速率为1s'时真应力一应变曲线双峰特征为形变强化相变和铁素体动态再结 晶的表征，相变形核集中在铁素体/奥氏体相界前沿奥氏体高畸变区，晶粒长大在时间和空间 上受到限制，细化能力较高：形变速率提高到10s'时，相变动力学提前，曲线只表现为形变强 化相变的单峰特征，相变形核除了在上述铁素体/奥氏体相界前沿奥氏体高畸变区，还分布到 奥氏体晶内各处，晶粒间约束有所减小，尺寸稍大.通过形变强化相变和铁素体动态再结晶 可以获得平均晶粒尺寸为(1.98±1.07)m和(2.331.01)m(10s)左右的徽细铁素体晶粒. 关键词低碳钢；形变强化相变：铁素体动态再结晶；晶粒细化；形变速率 分类号TG1112,TG142.31 “形变强化相变”的学术思路已被系统地证 程组织演变的研究，探讨形变速率对低碳钢形变 实为一种在低碳钢中有效细化铁素体晶粒的途 强化相变的影响，分析铁素体晶粒细化机制， 径.它是一个以形核为主的过程，形变过程中铁 素体在铁素体/奥氏体相界前沿奥氏体一侧或形 1实验方法 变带上反复形核，长大在几何空间和时间上受到 实验用钢经真空感应熔炼获得铸锭，再经 限制，晶粒得以大大细化，这是晶粒细化的主要 1100℃保温1h后锻为直径11mm的棒料，终锻 原因.其中涉及到过冷奥氏体向铁素体的动态 温度为850℃，锻后正火，使原始组织尽可能均 转变，使得相变、奥氏体变形、铁素体变形同时存 匀，其化学成分为Fe0.16C0.17Si0.55Mn(质量 在且相互影响，而铁素体在较低的形变速率下发 分数，%).经机加工成6mm×15mm的圆柱压缩 生回复而软化，形变过程会在铁素体上产生应力 试样. 集中现象.形变速率提高，铁素体容易产生加工 根据形变强化相变理论R-1,在Gleeble 1500热 硬化，降低与奥氏体之间的强度差，形变将有效 模拟试验机上进行热压缩变形实验，即经910℃ 地向奥氏体传递”，奥氏体内部缺陷密度升高， 保温5min奥氏体化（奥氏体晶粒大约为45m) 可能导致随着形变速率的提高铁素体集中在相 后，再以10℃s的冷却速度冷却到760℃（经用 界形核转移到相界和奥氏体晶内各处形核，铁素 DT1000热膨胀仪测定未变形时的A,和Aa分别为 体的长大约束条件发生变化，这将可能影响形变 810℃和730℃)，紧接着以1s和10s的形变速 强化相变的进行和铁素体晶粒的细化以及随后 率()进行变形，变形后立即水淬.变形后水淬的 的铁素体动态再结晶的进行. 目的是保留形变后的组织，以便确定铁素体的转 本文主要利用SEM,EBSD分析技术对20钢 变量和晶粒尺寸.过冷奥氏体变形前没有铁素体 在形变速率为1s和10s时过冷奥氏体形变过 析出. 收稿日期2003-11-14周荣锋男，34岁，博士研究生 ★国家重点基础研究发展规划“973”项目(No.G1998061506) 将变形试样沿轴线方向切开，机械研磨、抛 和国家高技术研究计划“863”项目0No.2001AA332020)资助 光制成金相试样，用硝酸与酒精体积比为4：100

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 不 同形变速率条件下低碳钢过冷奥氏体形变 过程铁素体超细化 周 荣锋 ’， 杨 王 明 ” 孙祖庆 ” 何建平 ， 北 京科技大学材料科学与工 程 学 院 ， 北 京 北 京科技大 学新 金属 材料 国家重 点 实验 室 ， 北 京 昆 明理 工 大 学机 电工 程学 院 ， 昆 明 摘 要 研 究 了低碳钢 过 冷奥 氏体在 ℃ ， 形变速 率 为 一 ，和 一 ，变形 时组 织 演 变规 律 结果 表 明 ， 形 变速率为 一 ’ 时真应 力一应 变 曲线双 峰特征 为 形 变 强 化相 变和 铁 素体动 态再 结 晶的表 征 ， 相 变形核集 中在铁素体 奥 氏体相 界前沿奥 氏体 高畸变 区 ， 晶粒长 大在 时 间和 空 间 上 受 到限制 ， 细 化 能力较 高 形变速率提 高到 一 ，时 ， 相 变动 力学提 前 ， 曲线只 表 现 为形 变 强 化相 变 的单 峰特征 ， 相变 形 核除 了在 上 述铁素 体 奥 氏体相 界前 沿 奥 氏体 高畸变 区 ， 还 分布 到 奥 氏体 晶 内各 处 ， 晶粒 间约 束有 所 减小 ， 尺 寸稍大 通过 形变强 化 相 变和 铁 素 体动 态再 结 晶 可 以获 得平 均 晶粒尺 寸 为 月 阿 和 月 阿 一 ’ 左 右 的微 细铁 素体 晶粒 关键 词 低 碳钢 形 变强化相 变 铁 素体动态 再 结 晶 晶 粒细 化 形 变速 率 分 类号 ， “ 形 变 强 化 相 变 ” 的学 术 思 路 已被 系统 地 证 实 为 一 种 在 低 碳 钢 中有 效 细 化 铁 素 体 晶粒 的途 径 它 是 一 个 以形 核 为 主 的过 程 ， 形 变过 程 中铁 素 体 在铁 素体 奥 氏体 相 界前沿 奥 氏体 一侧 或 形 变带上 反 复形 核 ， 长大在 几何 空 间和 时 间上 受到 限制 ， 晶粒 得 以大 大细 化 ， 这 是 晶粒 细 化 的主 要 原 因‘团 其 中涉 及 到过 冷 奥 氏体 向铁 素体 的动 态 转变 ， 使得 相变 、 奥 氏体变 形 、 铁 素 体变 形 同时存 在 且 相互 影 响 ， 而铁 素体在较低 的形变 速 率 下 发 生 回复而 软 化 ， 形 变 过 程会在 铁 素 体 上产 生应 力 集 中现 象 形变速 率提 高 ， 铁 素 体 容 易产 生 加 工 硬 化 ， 降低 与奥 氏体 之 间 的强度 差 ， 形 变将有 效 地 向奥 氏体传 递 伟 ， 奥 氏体 内部 缺 陷密 度升 高 ， 可 能 导 致 随着 形 变 速 率 的提 高铁 素 体 集 中在 相 界形 核转 移到 相 界 和 奥 氏体 晶 内各 处形 核 ， 铁 素 体 的长 大 约束条件 发生变化 ， 这 将 可 能影 响形变 强化 相变 的进 行 和 铁 素 体 晶粒 的细 化 以及 随后 的铁 素 体 动 态 再 结 晶 的进 行 本 文主 要 利 用 ， 分 析 技 术 对 钢 在 形 变 速 率 为 一 ，和 “ ，时过 冷 奥 氏体 形 变 过 收稿 日期 加 一 一 周 荣锋 男 ， 岁 ， 博士 研 究 生 国家重点基 础研 究发展 规划，’ ” 项 目 和 国家高技术研 究计划 “ ’ 项 目 。 资助 程 组织 演变 的研 究 ， 探 讨 形变速 率对 低 碳 钢 形变 强化 相 变 的影 响 ， 分析 铁 素体 晶粒 细 化机 制 实验 方 法 实验 用 钢 经 真 空 感 应 熔 炼 获 得铸 锭 ， 再 经 ℃ 保温 后锻 为直 径 的棒料 ， 终锻 温 度 为 ℃ ， 锻 后 正 火 ， 使 原 始 组 织 尽 可 能均 匀 ， 其 化 学成 分 为 刁 刁 刁 质 量 分 数 ， 经 机 加 工 成杯 ‘ 巧 的 圆柱 压 缩 试 样 根据 形 变强化 相 变理论 ‘，一，，， 在 热 模拟 试 验 机 上 进 行 热 压 缩 变 形 实验 ， 即经 ℃ 保 温 奥 氏体 化 奥 氏 体 晶粒 大 约 为 脚 后 ， 再 以 ℃ 的冷 却速 度 冷 却 到 ℃ 经用 热 膨胀 仪测 定未 变 形 时 的 ， 和 。 分别 为 ℃ 和 ℃ ， 紧接 着 以 一 ，和 ” 的形 变速 率。 进 行 变 形 ， 变形 后 立 即水淬 变 形 后 水 淬 的 目的是 保 留形 变后 的组 织 ， 以便 确 定铁 素体 的转 变量 和 晶粒 尺 寸 过冷 奥 氏体变 形前没有 铁 素体 析 出 将 变 形试 样 沿 轴 线方 向切 开 ， 机械 研 磨 、 抛 光制 成金 相试 样 ， 用 硝酸 与酒精 体积 比 为 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．05．015

Vol.26 No.5 周荣锋等：不同形变速率条件下低碳钢过冷奥氏体形变过程铁素体超细化 513 的试剂侵蚀铁素体及多相组织.EBSD试样经电 22组织演变 解抛光制备而成，电解抛光溶液为70%无水乙 形变开始是在奥氏体基体上进行的，应力逐 醇+20%高氯酸+10%甘油，电压15V,抛光10-15 渐增大，奥氏体晶界发生畸变，这也就是形变强 s.用LEICA金相显馓镜及其配带的QWNS分析 化相变的孕育期.当形变到一定程度时，铁素体 软件统计钢中铁素体转变量.借助SEM形貌图 开始在畸变能较高的奥氏体三岔界和晶界析出， 和mage-Tool图像分析软件，用截线法测量铁素 σε曲线斜率开始减小.图2和图3为两种形变 体晶粒大小， 速率条件下，分别变形0.20,0.36,0.51,0.70,0.92 和1.11后的水淬组织.两种形变速率条件下，都 2实验结果及讨论 在形变量为020时开始从奥氏体三岔界和晶界 2.1真应力一应变曲线 析出细小等轴铁素体晶粒（图2(a),(d),同时可以 图1为压缩变形所对应的真应力一应变曲 发现原奥氏体晶界在形变作用下已经发生弯曲 线.可以看出，形变速率为1s时，在真应变ε 形成凸阶，有利于铁素体的形核.可见，较小的变 形就能使晶界产生较大的畸变，晶界形核率显著 =0.48附近c一e曲线上出现第一峰值（图1箭头a 所示)，继续变形，应力快速降低并在ε=1.06处出 提高，形变提高铁素体从部分晶界形核过渡到整 现波谷（图1箭头b所示），而后曲线又上升在ε 个晶界形核，再发展到铁素体/奥氏体相界前沿 奥氏体区反复形核并向晶内推进，同时奥氏体晶 =1.52处出现一个比较宽阔的第二峰值（图1箭头 c所示)，曲线表现双峰特征.而形变速率为10s 粒在变形过程中显著发生变形（图2和图3(a), (d).在形变量小于0.70的形变过程中，两种形变 时，曲线只表现为单峰特征，与1$时有明显不 同，首先形变初期加工硬化率较1s时高，应力 速率时组织演变情况基本一致，都是在铁素体/ 水平也相应提高：其次，仅在ε=0.60附近σ-e曲 奥氏体相界前沿奥氏体高畸变区形核， 线上出现一峰值（图1箭头d所示），继续变形， 继续变形，1s时在铁素体/奥氏体相界前沿 高畸变区明显表现出铁素体以链状向奥氏体晶 真应力一直呈下降趋势，且开始时下降比较缓 慢，到ε=1.40左右下降速度提高，但没有出现波 内推进的形核方式，未转变残余奥氏体仍然呈变 谷和第二峰值。 形条状，形成的铁素体晶粒也呈链状平行分布， 如图3(b),(c)所示形变量为0.92和1.11时的组织 350 形貌，奥氏体内部缺陷密度显著增加，通过反复 300 10s 250 形核铁素体转变量迅速增加，大部分铁素体在形 200 变量为0.51至1.11的动态转变过程中形成，形变 150 到1.11时相变已经基本完成（图4(a),铁素体平 100 均晶粒尺寸为(2.13±0.97)m.这一结果和o-e曲 50 线在&0.48出现第一峰后应力快速下降，到ε 0 00.30.60.91.21.5 1.82.1 =1.06出现一个明显的波谷相对应，说明第一峰 真应变 后应力显著下降是由于形变强化相变快速进行 图1本实验条件下低碳钢压缩变形的真应力一应变曲 的结果 线 而形变速率为10s时的组织演变在形变量 Fig.1 True stress-strain curves of the low carbon steel in 大于0.70后和形变速率为1s时存在明显差别. hot compression test under present experimental condi- 首先，同样形变量时铁素体转变量明显偏低；其 tions 次，形变量为0.92和1.11时未转变奥氏体不是呈 应变速率为1s时的组织分析表明第一峰 发生变形后沿水平方向排列的条状，而是呈散乱 主要对应过冷奥氏体形变强化相变铁素体的大 分布的等轴状，因此形成的铁素体也就不是链状 量析出过程，而第二峰主要对应相变基本完成后 排列分布（图3（©），（①小：第三，形变强化相变在形变 铁素体动态再结晶过程，而10s时真应力一应 量为1.27时还没有全部转变完成，仍然还有部分 变曲线与1s时的存在如此大的差别，表明不同 尺寸较大的未转变奥氏体（图4(d),应变量提高 形变速率条件下的组织演变机制有一定区别. 到1.40时相变才基本完成，铁素体平均晶粒尺寸

、 一 一 周 荣锋 等 不 同形 变速 率 条件 下 低碳钢 过冷 奥 氏体形 变过 程 铁素体 超细 化 的试 剂侵 蚀 铁 素体 及 多相 组 织 试 样 经 电 解 抛 光 制 备 而 成 ， 电解 抛 光 溶 液 为 无 水 乙 醇 十 高 氯酸 甘 油 ， 电压 ， 抛 光 一 用 金 相 显 微 镜及 其配 带 的 分 析 软 件 统 计 钢 中铁 素 体 转 变 量 借 助 形 貌 图 和 一 图像 分 析 软 件 ， 用 截 线法 测 量 铁 素 体 晶粒 大 小 实验 结 果 及 讨 论 真 应 力一应 变 曲线 图 为 压 缩 变 形 所 对 应 的真 应 力一应 变 曲 线 可 以看 出 ， 形 变 速 率 为 一 ，时 ， 在 真应 变 二 附近 曲线 上 出现 第 一 峰值 图 箭 头 所 示 ， 继 续变形 ， 应 力 快 速 降低 并在 司 处 出 现 波 谷 图 箭 头 所 示 ， 而 后 曲线 又 上 升 在 ‘ 处 出现 一 个 比较 宽阔 的第 二 峰值 图 箭 头 所 示 ， 曲线表 现 双 峰特 征 ， 而 形 变速 率 为 “ ， 时 ， 曲线 只 表 现 为 单峰特 征 ， 与 一 ，时有 明显 不 同 ， 首 先 形变初 期 加 工硬化 率较 一 ’ 时 高 ， 应 力 水 平 也 相应 提 高 其 次 ， 仅 在 。 二 附近 曲 线 上 出现 一 峰值 图 箭 头 所 示 ， 继 续 变 形 ， 真 应 力 一 直 呈 下 降趋 势 ， 且 开 始 时 下 降 比较 缓 慢 ， 到 左 右 下 降速 度 提 高 ， 但 没 有 出现 波 谷 和 第 二 峰值 一 真应变 本实验条件 下 低碳 钢 压 缩 变形 的真应 力一应 变 曲 一 恤 组 织 演 变 形 变 开始 是 在 奥 氏体基体 上 进 行 的 ， 应 力逐 渐 增 大 ， 奥 氏体 晶界 发 生 畸变 ， 这 也就 是 形 变 强 化 相 变 的孕 育期 当形 变 到 一 定 程 度 时 ， 铁 素体 开 始在 畸变 能较 高 的奥 氏体三 岔 界和 晶界析 出 ， 莎一 ‘ 曲线 斜 率 开 始减 小 图 和 图 为两 种形 变 速 率条件 下 ， 分 别 变 形 ， ， ， ， 和 后 的水 淬 组 织 两 种 形 变速 率条 件 下 ， 都 在形 变 量 为 时 开 始 从 奥 氏体三 岔 界 和 晶界 析 出细 小 等 轴 铁 素 体 晶粒 图 ， ， 同 时可 以 发现 原 奥 氏 体 晶 界 在 形 变 作 用 下 己 经 发 生 弯 曲 形成 凸 阶 ， 有利 于铁 素 体 的形 核 可 见 ， 较 小 的变 形 就 能使 晶界产 生较 大 的畸变 ， 晶界形 核 率显 著 提 高 形 变提 高铁 素 体 从 部分 晶界形 核 过 渡 到整 个 晶界 形 核 ， 再 发 展 到 铁 素 体 奥 氏 体 相 界前 沿 奥 氏体 区 反 复形 核 并 向晶 内推 进 ， 同时奥 氏体 晶 粒 在 变 形 过 程 中显 著 发 生 变 形 图 和 图 ， 》 在 形 变量 小 于 的形 变 过程 中 ， 两 种形 变 速 率 时 组 织 演变 情 况 基 本 一 致 ， 都是 在铁 素体 奥 氏体 相 界 前 沿 奥 氏体 高 畸变 区 形 核 继 续 变 形 ， 一 ’ 时在 铁 素 体 奥 氏体 相 界前 沿 高 畸变 区 明显 表 现 出铁 素 体 以链 状 向奥 氏体 晶 内推 进 的形 核方 式 ， 未 转 变残余 奥 氏体 仍 然 呈变 形 条 状 ， 形 成 的铁 素 体 晶粒 也 呈链 状 平行 分 布 ， 如 图 伪 ， 所 示 形 变 量 为 和 时 的组 织 形 貌 ， 奥 氏体 内部缺 陷密度 显 著 增 加 ， 通 过 反 复 形 核铁 素 体转 变量 迅速增 加 ， 大 部分铁素 体在 形 变量 为 至 的动 态 转 变 过程 中形 成 ， 形 变 到 时相 变 已 经 基 本 完成 图 ， 铁 素 体平 均 晶粒 尺 寸 为 土 卜皿 这 一 结 果和 口一 曲 线 在二 出 现 第 一 峰 后 应 力 快速 下 降 ， 到。 月 出现 一 个 明显 的波谷 相对 应 ， 说 明第 一 峰 后 应 力 显 著 下 降 是 由于 形 变 强 化 相 变快速 进 行 的 结果 而 形 变 速 率 为 一 ，时 的组 织 演 变 在 形 变 量 大 于 后 和 形变速 率 为 一 ’ 时存在 明显 差 别 首先 ， 同样 形 变 量 时铁 素 体 转变量 明显 偏 低 其 次 ， 形 变 量 为 和 时未 转 变奥 氏体 不 是 呈 发生变 形 后 沿 水平方 向排 列 的条状 ， 而 是 呈散 乱 分 布 的等轴状 ， 因此 形 成 的铁 素 体也就 不 是链状 排 列 分布 图 ，助 第 三 ， 形 变 强化 相 变在 形 变 量 为 时还 没 有 全 部 转 变 完成 ， 仍然 还有 部 分 尺 寸较 大 的未 转 变 奥 氏体 图 ， 应 变量 提 高 到 时相 变 才 基 本 完成 ， 铁 素 体 平 均 晶粒 尺 寸 一 ，‘﹄︸，‘ 侧只碱、芝﹄ 线即 五 谧 应 变速 率 为 一 ’ 时 的组 织 分 析 〔 表 明第 一 峰 主 要 对 应 过 冷 奥 氏体 形 变 强 化 相 变 铁 素 体 的大 量 析 出过程 ， 而 第 二 峰 主 要对应 相 变 基 本 完 成 后 铁 素体动 态 再 结 晶过程 而 曰 时 真应 力一应 变 曲线 与 一 ，时 的存在 如 此 大 的差 别 ， 表 明不 同 形 变速 率条件 下 的组 织 演 变机 制 有 一 定 区 别

514 北京科技大学学报 2004年第5期 (a)e=1s,e-0.20 (b)e=1s,e=0.36 (c)e=1s,e=0.51 40m de=10s',8=0.20 (e)e=10s,e0.36 (06=10s,8=0.51 图2低碳钢在760℃，真应变为0.20,0.36,0.51，形变速率为1s'和10s形变时的SEM形貌 Fig.2 SEM micrographs of the low carbon steel after deformation at 760C,strain rates of 1sand 10sand true strains of 0.20,0.36,0.51 respectively (a)e=1s',e=0.70 (b)e=1s1,e=0.92 (C)e=1s,e=1.11 20um (de=10s,e-=0.70 (e)e=10s,8=0.92 (0e=10s1,6=111 图3低碳钢在760℃，真应变为0.70,0.92,111，形变速率为1s和10s形变时的SEM形貌 Fig.3 SEM mierographs of the low carbon steel after deformation at 760C,strain rates of 1s"and 10sand true strains of 0.70,0.92,1.11 respectively (ae=1s,e=1.27 b)8=181,e=1.40 (c)e=1s',ε=1.61 20 um (d)6=10s,e=127 (e)e=10s,8=1.40 (①8=10s,8=1.61 图4低碳钢在760℃，真应变为127,1,40,1.61形变速率为1s和10s形变时的SEM形貌 Fig.4 SEM micrographs of the low carbon steel after deformation at 760C,strain rates of 1sand 10sand true strains of 1.27,1.40,1.61 respectively

Vol.26 No.5 周荣锋等：不同形变速率条件下低碳钢过冷奥氏体形变过程铁素体超细化 ◆515 为(2.35±0.97)m(图4(e),比1s相变完成时的晶 当形变量大于0.51后，相同形变量时形变速率为 粒稍微要粗大些.一ε曲线在ε=0.60后下降比较 10s时铁素体转变量明显较1s时低，相变完成 缓慢同时没有出现波谷，这说明第一峰后形变强 所需的形变量明显提高，同时10s时铁素体晶粒 化相变随着形变的增加进行缓慢. 尺寸始终较1s'时大（图5b). 形变速率提高，形变过程中形成的铁素体加 继续变形，形变速率为1s时o一e曲线在￡ 工硬化率提高，和奥氏体之间的强度差减小，形 =1.52处出现第二蜂值（图1箭头c所示），应变继 变向奥氏体晶粒内部传递，而不是仅仅集中在 续增大时应力的下降与铁素体的动态软化有关， 铁素体/奥氏体相界，因此铁素体形核地点从形 而10s时未出现第二峰. 变速率为1s时的相界转为形变速率为10s时 形变速率为1s时，相变完成后随着形变的 的相界和奥氏体晶粒内部，组织中未转变奥氏体 增加，铁素体晶粒进一步减小（图5(b),形变到 呈等轴状（图3(e),(①和图4(d),(e),和1s时有所 1.90,铁素体晶粒细化到(1.98±1.07)m(图6(b). 区别. 因为形变到111时相变基本完成，形变基本作用 图5为该钢760℃变形时铁素体转变量、铁素 在铁素体基体上，可见晶粒尺寸的减小是铁素体 体晶粒直径与形变量的关系，由图5(a)可以看出， 动态再结晶的结果，图7为两种形变速率时铁素 100a) 6 (b) 80 5 款 以 560 Is-1 4 10s4 40 3 10s- 2 浙 20 0 00.20.40.60.81.012141.6 0.3 0.6 0.9 1.21.5 1.8 真应变 真应变 图5低碳钢在70℃，形变速率为1s'和10s'形变时铁素体转变量(，晶粒尺寸(b)与形变量的关系 Fig.5 Changes of ferrite volume fraction and grain size in the low carbon steel during deformation at 760'C and strain rates of 1s-'and 10s,respectively 20m (a)e=1s,e=1.90 (b)e=10s,e=1.90 图6在760℃，真应变1.90，形变速率为1s和10s形变时的SEM形貌 Fig.6 SEM micrographs of the low carbon steel after deformation at 760'C,strain rates of 1 s and 10s and a true strain of 1.90,respectively 体相邻晶粒间取向差分布情况.形变速率为1s· 化的动态软化过程 时，相变基本完成时组织中存在一定比例的小角 形变速率为10s时，相变完成后继续变形， 度晶界（亚晶），这部分的亚晶应该是相变过程中 铁素体晶粒变化不大，形变量为1.90时的平均晶 早期形成的铁素体进一步承受变形产生的（图7 粒尺寸约为(2.33±1.01)m.图70是形变量为1.40 (a),随着形变的增加，亚晶发生转动，形成大角 时的晶粒取向差分布，可以看出相变基本完成时 度晶界，大角度晶界比例增加（图7（©）》，变形条状 基本为大角度晶界，形变量提高到1.61，小角度 分布组织明显减少，基本为等轴铁素体晶粒，尺 晶界比例有所增加（图7(g),而到190时又开始 寸也变得比较均匀（图4(b).形变继续提高，小角 减小，形成大部分的大角度晶界（图7）)，可能发 度晶界比例重新开始增加（图7(d),(©）)，形变过程 生了从动态回复到动态再结晶的动态软化过程 中铁素体发生动态回复与动态再结晶相交替变

周 荣锋 等 不 同 形 变速 率条件下 低碳钢 过 冷 奥 氏体形 变过程 铁素体超细 化 为 土 脚 图 ， 比 一 ’相 变 完 成 时 的 晶 粒 稍微 要 粗 大 些 曲线 在 。 后 下 降 比较 缓 慢 同时 没 有 出现 波谷 ， 这 说 明第 一 峰后 形 变 强 化 相 变 随着形 变 的增 加 进 行 缓慢 形 变速 率提 高 ， 形 变 过 程 中形 成 的铁 素 体 加 工 硬 化 率 提 高 ， 和 奥 氏体 之 间 的 强度 差 减 小 ， 形 变 向奥 氏体 晶粒 内部 传 递 口，， 而 不 是 仅 仅 集 中在 铁 素 体 奥 氏体 相 界 ， 因 此 铁 素 体 形 核 地 点从 形 变 速 率 为 一 ，时 的相 界 转 为形 变 速 率 为 一 ，时 的相 界和 奥 氏体 晶粒 内部 ， 组 织 中未转 变 奥 氏体 呈 等轴状 图 ， 幻和 图 ， ， 和 一 ’ 时 有 所 区 别 图 为该钢 ℃ 变 形 时铁 素 体 转变量 、 铁 素 体 晶粒 直 径与形 变 量 的关 系 由图 可 以看 出 ， 一 当形变 量 大 于 后 ， 相 同形 变量 时 形 变速 率 为 ” 时铁 素 体 转变 量 明显 较 一 ’时低 ， 相 变完成 所 需 的形 变量 明显 提 高 ， 同时 一 ’ 时铁 素体 晶粒 尺 寸始 终 较 一 ’ 时大 图 继 续 变 形 ， 形 变 速 率 为 一 ‘ 时 曲线 在 。 二 处 出现 第 二 峰值 图 箭头 所 示 ， 应 变 继 续 增 大 时应 力 的下 降与 铁 素 体 的动 态 软化 有 关 ， 而 一 ‘ 时未 出现 第 二 峰 形 变速 率 为 一 ‘ 时 ， 相 变完 成 后 随着 形变 的 增 加 ， 铁 素 体 晶粒进 一 步减 小 图 伪 ， 形 变 到 ， 铁 素 体 晶粒 细 化 到 士 图 因 为 形 变 到 时相 变基 本 完 成 ， 形变 基 本 作用 在铁 素体 基 体上 ， 可 见 晶粒 尺 寸 的减 小 是铁 素体 动 态 再 结 晶 的结 果 图 为两 种形 变速 率 时铁 素 丽卜 ，‘︸份︸ 翼河耸麟澎份唱除、叱日二 ︸ ” 耸那撅众彩麟芝 ︸了 八︸ “ 占 一一一 一 占一一 一 二 ， 一一一 一 一 占 一 曰 真 应变 真应 变 图 低碳钢 在 ℃ ， 形 变速率 为 一 ，和 一 ’形 变时铁 素体 转 变量 ， 晶粒尺 寸 与形 变量 的 关 系 · 介 祖 抚 ℃ 一 ， 一 ‘， 户“ 一 ，， ‘ 户 一 ，， ￡ 图 在 ‘ ℃ ， 真 应 变 ， 形 变速 率 为 “ ，和 一 ，形 变时的 形 貌 柱 ℃ ， 恤 一 ， 一 ， 加 ， 代 拄 体 相邻 晶粒 间取 向差 分 布 情 况 形 变 速 率 为 一 ， 化 的动 态 软 化 过 程 时 ， 相 变基 本 完 成 时组 织 中存 在 一 定 比例 的小 角 形 变速 率 为 一 ，时 ， 相 变 完成 后 继 续变 形 ， 度 晶界 亚 晶 ， 这 部 分 的亚 晶应 该 是 相 变 过 程 中 铁 素 体 晶粒 变 化 不 大 ， 形 变量 为 时 的平 均 晶 早 期 形 成 的铁 素体进 一 步承 受 变 形 产 生 的 图 粒 尺 寸约 为 幻 脚 图 乃是 形 变 量 为 ， 随着 形 变 的增 加 ， 亚 晶发 生 转 动 ， 形 成 大 角 时 的 晶粒取 向差 分布 ， 可 以看 出相 变基 本 完成 时 度 晶界 ， 大 角度 晶 界 比例 增 加 图 ， 变形 条状 基 本 为 大 角 度 晶界 ， 形 变 量 提 高 到 ， 小 角 度 分 布 组 织 明显 减 少 ， 基 本 为等 轴 铁 素 体 晶粒 ， 尺 晶界 比 例 有所 增 加 图 ， 而 到 时又 开 始 寸 也变 得 比较 均 匀 图 形 变 继 续 提 高 ， 小角 减 小 ， 形成 大 部 分 的大 角 度 晶 界 图 助 ， 可 能发 度 晶界 比例 重 新 开 始 增 加 图 ， ， 形 变 过程 生 了从 动 态 回复 到动 态 再 结 晶 的动 态 软 化 过 程 中铁 素 体 发 生 动 态 回 复 与 动 态 再 结 晶 相 交 替 变

516. 北京科技大学学报 2004年第5期 (a)c=1s,e=1.11 0.04)8=1s%6=1.27 0.04 0.02 0.02 0.01 0.01 0 0.04 (c)e=1s',e=1.40 (d8=1s,6=1.61 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01 (e)e=1s',e=1.90 ()e=10s,ε=1.40 0.04 0.04 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01 0 oL (g)e=10s,e=1.61 (h)e=10s',8=1.90 0.04 0.04 0.03 0.03 0.02 0.01 0L 0.01h 0102030405060 0102030405060 相邻铁素体晶粒间取向差/() 相邻铁素体晶粒间取向差/() 图7低碳钢在760℃，形变速率为1s'和10s',形变量分别为1.27,140,1.61和1.90时铁素体相邻晶粒间取向差分布 Fig.7 Misorientation distributions of the low carbon steel between adjacent ferrite grains after deformation at 760'C,stra- in rates of 1s and 10s-and true strains of 1.11,1.27,1.40,1.61 and 1.90,respectively 23转变动力学 需要碳原子向奥氏体中充分扩散后才能进行例， 形变强化相变为扩散型相变，形变为碳原子 继续变形，相变进行变缓，动力学曲线在拐点2 的扩散提供高扩散率通道，促进相变在较短时间 和3之间出现一个台阶.当形变速率较高时，铁 内完成，但是从动力学角度来说碳原子的扩散需 要充分的时间才得以进行.图8为两种形变速率 % 10s 条件下铁素体转变动力学曲线，形变速率低时， 碳原子具有充分的时间向奥氏体内部扩散，为铁 40 素体的进一步形核创造条件，随着形变的进行， 铁素体转变量逐渐增加，如图8中1s时的曲线 0 所示，到拐点1处相变基本完成，随着形变（时间） 的继续，铁素体转变量没有明显增加. 0.01 0.1 形变速率提高到10s,形变初期，铁素体在 时间/s 奥氏体三岔界和晶界等畸变能较高的地点快速 图8低碳钢过冷奥氏体在760℃、形变速率为1s和10 形核，如图8中拐点2以前铁素体转变量快速增 s'时变形过程中铁素体转变动力学曲线 Fig.8 Transformation kinetics of undercooled austenite to 加的相变过程.晶界形核后铁素体和奥氏体相界 ferrite in the low carbon steel during deformation at 760C 前沿奥氏体区是一个富碳区，该处的进一步形核 and strain rate of 1s and 10s-

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 一 ， ￡ · ‘「 。 ，‘ 一 ’ 一 ‘， “ 一 ’ · ，， 卜 一 卫 飞了 、了 乙二 ︸ 气」 哥冤契蓄 僻撼禽舞 一 ’ ， 亡 一 ， ￡ · 时 ’ ‘ 篡 。 · 。 ， 窝 卜 婴 一 一 君 、， 了 才 卜 、 ︸ 铃壕友母 ︶一 山，二 罕并暴蓄 云 一 ’ ， 。 。 。 ‘ 一 ， ，一 ， 。 一 撼籍铸友 云 一 ’， 。 宕 一 ，， ￡ ， 卜 哥暴友契 壕籍哥友 一 」 上」 二 」 二 一 一口止一」匕』匕土匕』二川二』一川监址一比以曰 相 邻 铁素 体 晶粒 间取 向差 相 邻铁素 体 晶粒 间取 向差 图 低碳钢 在 ℃ ， 形 变速率为 一 ，和 一 ，， 形 变量 分 别 为 ， ， 和 时铁素体相 邻 晶粒 间取 向差分 井 · ， ， 一 ， 一 ‘ ， ， ， ， ︸ ﹄ 耸长麟邓粼求彩芝 转 变 动 力学 形变 强化 相 变 为扩 散型 相变 ， 形 变 为碳 原 子 的扩 散提 供 高扩 散 率通 道 ， 促进 相变在 较 短 时 间 内完成 ， 但 是 从 动 力 学角度 来 说碳 原子 的扩 散需 要 充分 的 时 间才 得 以进 行 图 为两 种 形 变 速 率 条件 下 铁 素 体 转 变 动 力 学 曲线 形 变 速 率 低 时 ， 碳 原子 具有 充 分 的时 间 向奥 氏体 内部扩 散 ， 为铁 素 体 的进 一 步形 核 创造 条件 ， 随着 形 变 的进 行 ， 铁 素 体转变量 逐 渐 增 加 ， 如 图 中 一 ’时 的 曲线 所 示 ， 到拐 点 处相 变基 本完 成 ， 随着 形 变 时 间 的继 续 ， 铁 素 体 转 变 量 没 有 明显 增 加 形 变 速 率提 高 到 ” ， 形 变 初 期 ， 铁 素 体在 奥 氏体 三 岔 界和 晶界 等 畸变 能较 高 的地 点快 速 形 核 ， 如 图 中拐 点 以前 铁 素 体转 变量 快速 增 加 的相变 过程 晶界形 核 后 铁 素 体和 奥 氏体相 界 前沿 奥 氏体区是 一个 富碳 区 ， 该处 的进 一 步形 核 需要 碳 原 子 向奥 氏体 中充 分扩 散后 才 能进 行 ‘ ， 继 续 变 形 ， 相 变进 行 变 缓 ， 动 力 学 曲线 在 拐 点 和 之 间 出现 一 个 台阶 当形 变速 率较 高 时 ， 铁 时 间 图 低碳钢 过 冷奥氏体在 ℃ 、 形 变速 率为 一 ，和 一 ，时变形 过程 中铁素体转变动 力学 曲线 · 竹 址 恤 ， 一 ， 一