皮1 稀上元素在使中的状态 元素 证 据 研究方法 合 金 来源 品界偏聚 Ce CgbCei高10倍 离子探针 0.45%C钢，高P,淬火， 只〔18) 回火， Ce Cgb Ce在回火时升高 离子探针 30Mn2,高P,淬火，问 吴〔19) 火， La Cgb La高 离了探针 35CrMnSi,37CrNis 杨〔20) 火，回火 La 不明确 俄歌谱议 35CrMn Si,37Cr Ni3 杨〔58) 淬火，回火 La,Ce偏聚于钥态品粒表而 离子探针和俄歇谱议W18Cr4v1 吉林大 学〔21) Ce Cg5Ce高20倍 能谱分析 高纯Fe-Ce合金 本〔11) Y,Nd原子态和结合态 X线精密点阵常数测Cr20Ni20 邱〔22) Ce,Y 定，离子探针 Fe-Cr-Al 茶(23) REM 出现晶界峰 内耗法 Ce B的晶界偏聚消散 门射线照相 25MnTiB 贺〔24) 晶界和晶内电极电位差减小电极电位 Fe-P合金，退火 准〔26) 晶内分布 La+CeN的Qati增大 内耗法 工业纯铁 李〔16) REM Snoek峰高减低 内耗法 纯铁渗碳 由〔17) Y,Nd 点阵常数变化 x一射线衍射 Cr20Ni20 邱〔22) 表2 部分稀土元素原子直径(29) 元 素 a-Fe Y B-La B-Ce B-Pr Nd 晶体结构 BCC HCP FCC FCC FCC HeX CN12原子直径，12.54 3.629 3.745 3.637 3.64 3.62 KX 尺寸差，% 0 42.9 47.4 43.2 43.3 42.5 ·稀土元素对奥氏体晶粒尺寸的影响受到了重视。研究发现21，加入混合稀土金属0.04~ 0.20%RE的电弧炉冶炼35 CrMnMo钢、感应炉冶炼的35CrNi3MoV钢和电渣重熔的35 CNi3MoV钢，在950~1100℃范围加热后，奥氏体晶粒度比不含稀土元素的钢一般都减小 l~2级（按ASTM晶粒度评级）。在加La的35 CrMn Si和37CrNi3钢【2，以及加Ce的 真空怡炼的30Mn、30Mn2、30Mn3以及大气治炼的40MnI]都得到Ce细化奥氏体晶粒 的相似结果。然而稀土元素并不改变奥氏体晶粒长大的特征，只是把长大移到更高的温度范 围，见图7【1」。稀土元素仅在通常热处理温度以上的温度范圈内这种作用并不显著。La和 C富集于奥氏体晶界，降低其自由能，减小晶粒长大的驱动力【31。稀土元素含绿对奥氏 体晶界表面张力的影响见图8。 47
丧 稀 土 元 素 在铁 中的 状 态 元 素 研 究 方 法 来源 品界偏 聚 高 倍 离子探 钊 钢 ， 高 ， 淬 火 ， 回 火 ， 吴 〔 〕 在 回火 时升高 离 子探针 ， 高 ， 淬 火 ， 闷 火 ， 吴 〔 〕 一 ’ 百 离子探 车卜 ， 火 ， 回 火 ， 卒火 ， 回 火 淬 杨 〔 〕 不明 确 俄 歇谱议 杨 〔 〕 ， 偏 聚于铸态 晶粒 表而 离子 探针 和俄歇谱议 ， ， 高 倍 原子 态 和 结 合态 能 谱分 析 高纯 一 合 金 线 精 密点 阵 常 数测 出现 晶界 峰 的 晶界偏 聚消散 定 ， 离子探钊 内耗法 自射线 照 相 一 一 吉林大 学 〕 李 一 〕 邱 〔 〕 李 〔 〕 晶界和 晶内电极 电位差减小 电极 电位 一 合金 ， 退 火 贺〔 〕 崔 〔 〕 晶内分 布 的 ， ，增 大 ， 。 峰高减 低 点阵常 数变 化 内耗 法 内耗 法 一 射线 衍 射 工业 纯铁 纯铁 渗碳 李 〔 〕 由 〔 〕 邱 〔 〕 表 元 素 部分 稀 土 元 素原 子直 径 一 晶体结构 原子 直 径 ， 尺寸差 ， 日一 日一 日一 气‘ 确土元素对奥 氏体 晶粒 尺寸的 影 响受 到 了重 视 。 研究 发现 ’ ， 加 入 混合 稀 土金 属 的 电弧炉冶炼 钢 、 感 应炉 冶炼的 钢 和 电渣重 熔的 钢 ， 在 ℃范围加 热后 ， 奥 氏体 晶粒 度比 不 含稀 土 元 素的 钢 一般都减小 级 按 晶粒 度评 级 。 在加 的 和 钢 〔 艺 。 ， 以 及加 的 真空 冶炼的 、 、 以 及 大气 冶炼的 工， “ 都得到 细 化奥 氏体 晶粒 的 相 似 结 果 。 然而稀 土元 素并 不 改变奥 氏体 晶粒长 大的 特征 ， 只 是把长大移到 更高的 温度 ，范 围 ， 见图 「‘ ” 。 稀 土元素 仅 在通常 热 处理温 度 以 上的 温度范围 内这 种 作用 并 不 显著 。 和 富 集于奥 氏体 晶界 ， 降低 其 自由能 ， 减小 晶粒长大 的 驱 动 力 ， ” 。 稀 土 元 素 含最 对奥 氏 体晶界表面 张力的 影 响见图
0.1~0.4%C钢中加入0.1%Ce,退火 1000 组织中的珠光体量增多了1，这可能是稀土 元素对钢的共析成分影响的结果。 韩水令等a31研究了稀士元素对18C2Ni W钢过冷奥氏体连续冷却曲线的影响，结果 见图9。虽然加入0.18%RE对贝氏体转变温 度范围及其孕有期没有显著变化，但转变速： 100 明显地减低了。因此当以相同的速度冷却时， 今稀士钢中马氏体的数量和样品的硬度比无稀 十钢为高。 Fe-0.1Ce 『yreB等[3研究了稀土元素对40Cr钢 淬透性的影响，稀士元素加入量为：0.05~ 7 8 0.30%Ce,0.05~0.30%La,0.025~0.30% 1/T×10‘K-1 Nd,0.025~0.30%Pr或0.05~0.30%RE, 图7铸对纯铁中奥氏体晶粒长大的影响 用Jominy法测定淬透性，所有钢的临界直径 Dc(50%M)从20mm增大到25~35mm,见 图10。其中Nd及Pr比La和Ce更有效，而且稀 ·0.90 【心素对钢淬透性的影响决定于加入量。40Cr Ni钢加入少量稀上金属对谇透性几乎没有影 MM 响，当加入量达0.21%时淬透性明显增大35！。 25 MnTiBRE钢中加入0.05~0.10%RE,钢 的谇透性甚至稍有降低31。当加入0.10~ 0.0 0.40%RE时，850℃淬火降低钢的淬透性，而 950℃淬火则增大钢的淬透性[2」。作者认为 850℃奥氏体化后淬透性的降低是由于稀土元 素在奥氏体晶界的富集防碍了硼的晶界偏聚。 很明显，稀上：元素对钢的淬透性的影响受许多 0.50 因素的影响。当稀土元素偏聚在奥氏体晶界 后，降低晶界的自由能或净化晶界的杂质。这 不利于奥氏体分解的形核过程，降低转变速 率，因而增加钢的淬透性。另一方面也会同样 防碍其他元素如硼的晶界偏聚，而硼对增加淬 0.30 0.1 0.2 0.3 透性是很有效的，这样一来稀土元素将降低硼 RE% 钢的谇透性。此外稀土元素在钢中细化奥氏体 晶粒，提供了更多的形核位置并使得淬透性减 图8 稀土元素对奥氏体晶界相对自由能 低。当然，在这方面稀土元素有不同的作用取 的影响「31了 决于钢的成分和组织。 稀土元素对钢中转变产物形貌的影响的资料甚少。35#铸钢中加入0.2%C,可以完全 不出现魏氏组织，而出现粒状铁素体31。过共析钢中加入0.1%C,网状碳化物增原，珠 光体中碳化物粒状倾向增大32】。稀土.元素影响铁素体和渗碳体的共同生长，并引起珠光体 48
含 一 钢 中加入 ， 退 火 组织 中的 珠光体量 增多 了 “ ， 这 可能 是稀 土 元 素对钢 的 共析成分影 响的 结果 。 韩永令等 。 吕 研究 了稀 土 元 素对 钢 过冷奥 氏体连 续冷 却曲线 的 影 响 ， 结 果 见 图 。 虽然加入 。 对 贝 氏体转变 温 度范围 及 其孕 育 期没有显著变 化 ， 但 转变速 牢 明显 地 减低 了 。 因此 当以相 同的 速 度冷却时 ， 含稀 土钢 中马 氏体的 数量 和样 品的 硬 度 比无 稀 二 钢 为高 。 二 ， 等 ‘ 研究 了稀 土 元 素对 钢 淬透 性 的 影 响 ， 稀 土元 素 加 入 量 为 ， ， ， ， 或 ， 用 ‘ 法 测定 淬透 性 ， 所 有钢的 临界直 径 入 从 增 大至‘ ， 见 图 。 其 ，“ 及 比 和 更有效 ， 而且稀 肠已素对钢 淬透性 的 影 响决 定于加 入 量 。 钢加 入 少量稀 土 金 属 对淬透性几 乎 没 有影 响 ， ’场加入 量达 时淬透 性 明显增 大 〔 ” 。 ’ 钢 中加入 ， 钢 的 淬透 性 甚 至 稍 有降低 昌 。 当加 入 时 ， ℃ 淬火 降低钢 的 淬透 性 ， 而 ℃ 淬火则 增 大钢 的 淬透 性 艺 毛 。 作者认 为 ℃奥 氏体 化后 淬透 性的 降低是 由于稀 土 元 素 在奥 氏体 晶界的富 集防碍 了硼 的 晶界偏 聚 。 很 明显 ， 稀 仁元 素对钢的 淬透性的 影 响受 许 多 因素 的 影 响 。 当稀 土 元 素 偏 聚在 奥 氏体 晶界 后 ， 降低 晶界的 自由能 或净化晶界的 杂质 。 这 不利 于 奥 氏 体 分 解的 形 核过程 ， 降低 转 变速 率 ， 因而增加 钢的 淬透 性 。 另一方面 也 会 同样 防碍 其他 元素 如硼 的 晶界偏 聚 ， 而硼 对增加 淬 透性是很 有效的 ， 这样一来 稀 土元 素将 降低硼 钢的 淬透性 。 此外 稀 土 元 素 在钢 中细化奥 氏体 晶粒 ， 提 供 了更多的 形 核 位置 并使得淬透性 减 低 。 当然 ， 在这方 面 稀 土 元 素有不 同的 作用 取 决 于钢 的 成分 和组织 。 日 匕 二 · 一。 ‘ · 几 图 饰对纯铁 中奥 氏体 晶 粒 长 大 的影 响 · 一 ， 、了 飞 ， 饭， ， 代的 、 ‘ ‘ ‘ 、 刁护 。 图 稀的土 元 素 对 奥 氏体 晶界相 对 自由能 影 响 ‘ 稀 土 元素对钢 中转变产物形 貌的 影 响的 资料甚 少 。 井 铸 钢 中加 入 ， 可 以 完全 仁「竹现 魏 氏组织 ， 而 出现粒状 铁 素体 。 过共析钢 中加 入 ， 网状 碳化物增 厚 ， 珠 光体 巾碳 化物粒状 倾 向增大 〕 。 稀 土元 素影 响铁 素体 和 渗碳 体的 共 同生长 ， 并引起 珠 光体