高氮奥氏体中温转变过程中相变现象的分析

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1、上海交通大学博士学位论文高氮奥氏体中温转变过程中相变现象的研究摘要f高氮奥氏体中温分解产物具有较高的硬度，呈现出在复杂服役条件下的工业应用前景并有望替代奥氏体氮碳共渗，近年来逐渐引起人们的关注。同时，对高氮奥氏体中温转变过程还少有系统深入的实验研究，对业已存在的实验结果还存在不同相变机制的激烈争议，因此∥本文对高氮奥氏体的制备工艺、高氮奥氏体的中温(225℃)分解过程和相变机制等进行了探索，主要研究结果如下：1、Fe．N奥氏体制备工艺的研究。在自建渗氮设备上对0．1mm厚工业纯铁片上进行奥氏体渗氮，

2、探索渗氮温度、氨分压和气体流量等工艺参数对奥氏体层生长的影响，并初步获得制备较厚奥氏体层的渗氮工艺优化范围。／渗氮温度选用640℃左右，氨分压选在0．08～0．15area之间，换气次数选在5～12次／／J、时。寸2、为进一步优化渗氮时间，运用有限差分法和Fick第二定律，建立了求解氮在Fe．N奥氏体中有效扩散系数和奥氏体渗氮的数学模型，并开发出相应的具有双相移动边界的数值模拟软件。(计算结果表明：640"C，氮在Fe．N奥氏体层的有效扩散系数为1．844x10。13m2／S；预测了制备出表层约为2

3、～5岫厚的化合物、心部约为951xm厚的室温高氮奥氏体的渗氮时间，计算和试验结果符合较好。和一些需要引入目前尚缺少的热力学和动力学参数的方法相比，本文的求解扩散系数数学模型不失为一种简洁的方法。尹3、应用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EP)和显微硬度计等手段研究淬火和等温分解后的未渗透试样。f结果表明，这些试样的Fe-N奥氏体层内存在氮浓度梯度，接近试样表面的高氮奥氏体淬火至室温后仍保持为奥氏体状态，接近心部铁素体的低氮奥氏体淬火后转变为粗针状Fe-N马氏体，回火Fe．N马氏体的

4、形貌特征与JFoct等所观察到的Fe．N“典型贝氏体组织”的形貌上海交通大学博士学位论文类似。甲7高氮奥氏体225℃中温分解过程呈现如下特点：幻在相变前，有明显的孕育期，含氮量越高的地方，孕育期越短；b)孕育期过后，首先在相对高氮的区域发生分解，随后逐渐向相对低氮的区域推进；c1已分解区和未分解区之间没有严格的界限；d)随等温时间延长，在奥氏体晶内出现大量的、宽度约在0．1Ixm-0．39m左右，长度约在O．1p．m---0．49in左右的细小孤立分解产物，它们逐渐连在一起，形成弥散形态，分孵过程依

5、赖细小孤立分解产物数目的不断增加；e)高氨奥氏体可以完全分解为铁素体和，’一Fe4N。对OM和SEM观察下未见分解的高氮奥氏体晶内区域，进行选区衍射花样(SADP)和TEM暗场像分析，首次在奥氏体基体上观察到尺寸小于10nm的r’一Fe4N均匀沉淀。("fiff]的密度很高，而且分布弥散，和母相奥氏体的位向关系是Cu6ic．Cubic。同时，首次观察到晶内位错和孪晶界等晶体缺陷处的非均匀沉淀现象，对位错偶极子处的沉淀进行SADP和TEM暗场像分析，首次确认该处不但析出y’一Fe4N，而且析出铁素体，

6、上述研究结果有助于阐明高氮奥氏体晶内的早期分解机制NTEM和SEM观察表明，高氮奥氏体晶内分解产物的形貌不同于晶界处分解产物的形貌。f晶内分解产物由大量的没有规则外形和固定位向的细小(0．1pmⅫ．4wn)分解产物组成，整体呈现高度弥散形貌，对其进行SADP和TEM暗场像分析，首次阐明晶内分解产物的精细结构：分解产物由分布较为孤立的、尺寸约在O．05p．m-0．159m之间的铁素体和y’一FeaN组成，其硬度可以上升到HVl000左右；首次揭示出晶界处分解产物由众多宽度约为O．019m～0．039m

7、，长度约为0．59m～0．69m的平行条带状结构组成，呈现类似胞状的形貌。一l7、高氮奥氏体中温分解产物的硬度高达HVl000左右，这种硬度是不常见的，具有广阔的应用前景。8、鉴于Fe—C贝氏体转变理论、F．R．H理论和A．R．S理论等均不能很好的解释本文和部分前人的实验结果，本文尝试提出高氮奥氏体晶内中温分解的转变机制；镭氮奥氏体首先发生预分解，形成氮原子的长程或短程有序结构，这种氮原子有序化将有助于奥氏体上海交通大学博士学位论文上发生y’一Fe4N均匀沉淀；随奥氏体基体上析出高密度，’一Fe4N

8、纳米沉淀，沉淀周围奥氏体的含氮量发生贫化，在位错、孪晶界等晶体缺陷处的奥氏体发生非均匀沉淀，分解为y。一n。N和铁素体；随等温时间延长，r’一Fe4N沉淀周围的贫氮奥氏体失稳分解为铁素体，由于等温温度较低，，’一Fe4N沉淀周围的奥氏体贫化范围有限，铁素体长大较困难，分解组织呈现高度弥散形貌。、＼7"-关键词高氮奥氏体；中温分解，’奥氏体渗氮i纳氓沉埯弥嗷数学模型INVESTIGATIONOFTHEPHASETRANSFORMATIONPHENoMENAINMIDDL