固态相变 教学课件 作者 刘宗昌第5章贝氏体相变与贝氏体5.5贝氏体相变热力学.ppt

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1、5.5贝氏体相变热力学1贝氏体相变的驱动力贝氏体相变的驱动力是两派论争的焦点问题。贝氏体相变的阻力比马氏体小，但比珠光体转变大。贝氏体相变能量消耗比马氏体相变低。进行切变需要较大的驱动力，相变驱动力的不足,被用来否定贝氏体切变过程的存在。切变学派的贝氏体相变热力学模型：1962年Kaufman，Radcliffe和Cohen首先提出了Fe-C合金贝氏体相变热力学模型，即KRC模型。后来，Lacher等提出了LFG模型和Mclellan等提出了MD模型。Fe-C合金贝氏体相变驱动力计算按三种可能的相变机制进行相变驱动力计算。

2、一是先共析转变，即由奥氏体中析出先共析铁素体，余下的是残留奥氏体，反应式为：γ→α＋γ1；第二种是奥氏体分解为平衡浓度的渗碳体和铁素体，反应式为γ→α＋Fe3C；第三，奥氏体以马氏体相变方式转变为同成分的铁素体，然后，过饱和铁素体中析出渗碳体，自身成为过饱和碳含量较低的铁素体，即γ→α´→α´´＋Fe3C。此三种模型均列出了供计算的数学表达式（略）。按先共析铁素体转变计算，即由奥氏体中析出先共析铁素体，余下的是残留奥氏体，反应式为：γ→α＋γ1，这相当于亚共析钢在Ar3以下的析出过程，如图。在AF温度区和AB温度区，转变性

3、质不同。按第2种机制计算（按照共析分解计算）也是错误的，上已叙及，贝氏体相变绝非共析分解。按第3种机制计算也不正确，因为，贝氏体相变是首先形成贫碳区，贫碳区中产生BF，而不是切变产生为同成分的α相。计算结果：0.1～0.5wt%含碳量的Fe-C合金，在Bs温度，γ→α＋γ1转变驱动力为-178～－227J/mol（KRC模型）和-196～-237J/mol（LFG模型）。按γ→α´→α´´＋Fe3C机制计算，0.8wt%含碳量的Fe-C合金在550℃时驱动力为-390J/mol（KRC模型）；和-181J/mol（LFG模

4、型）。不同钢种奥氏体与珠光体的自由能之差与相变温度的关系（实测值）650℃ΔGA－p=－448J/mol；550℃ΔGA－p=－896J/mol温度越低，驱动力越大。应用KRC模型计算值偏小。计算的贝氏体相变驱动力偏小即使是作为共析分解的驱动力，在相同温度下，也比实测值小得多。显然这些计算值并不是贝氏体相变的驱动力。而是A1～Bs之间某一温度下的先共析铁素体和共析分解的驱动力，即将铁素体-珠光体转变的驱动力当做了贝氏体相变驱动力。KRC等模型的适应性应用KRC模型计算钢中共析分解的驱动力是可取的，但该模型不适用于贝氏体相变

5、，因为贝氏体相变绝非共析分解。因此，将此计算值用来否定切变学说不具备说服力。扩散学派不认账。关于切变应变能Wε的计算：扩散学派Aaronson等人认为：500℃时，切变应变能计算值约为1500J/mol。比相变驱动力大。相变驱动力不能抵偿切变应变能。切变学派认为相变驱动力足够切变学派认为：在贝氏体相变孕育期内，奥氏体中会形成贫碳区。在贫碳区，马氏体点升高，贝氏体铁素体可以切变方式形核，贝氏体的长大是切变—碳扩散的过程。康沫狂的计算模型奥氏体贫碳区以马氏体型的切变形核机制转变为贝氏体铁素体（BF），可用下式表示：－贫碳区康沫

6、狂计算的几种钢的相变阻力和驱动力计算结果表明，切变驱动力能够克服阻力。刘宗昌等人的贝氏体相变阻力计算模型贝氏体相变模型：形成贝氏体铁素体的阻力计算式：估算得贝氏体铁素体亚单元形成时的相变阻力约为905J/mol。由于在临界点处相变驱动力在数值上等于相变阻力，即此刻的贝氏体铁素体形核驱动力约为－905J/mol。此值与实测值大体相符。图中可见，在A1至700℃的温度范围内，相变驱动力较小，约低于200J/mol，这是共析分解的驱动力。在相变温度低于550℃时，这些钢将发生贝氏体相变，两相自由焓之差将接近－1000J/mol

7、。此值大体上可作为钢中贝氏体相变的驱动力。Aaronson等人计算的驱动力为－178～－227J/mol，是先共析铁素体析出的驱动力，不是贝氏体相变驱动力！阻力因子：1）膨胀畸变能Nj（BF和碳化物的膨胀应变能）；2）BF亚单元的界面能Ns；3）BF亚单元内部形成位错（或孪晶）所需要的能量Nd（或Nt）；4）在BF亚单元周围的奥氏体中（γ1）也会形成位错所需要的能量Nd；5）母相γ中的晶体缺陷为新相形成贡献的能量Nm；以切变方式进行相变时，阻力太大如果BF的形成是以切变方式进行，需要增加阻力项：（1）切变能Nq；（2）奥氏

8、体协作变形产生切应变所需要的能量为Nx。这两项能量数值很大，这时，如果不采用切变方式，而有其他消耗能量较小的方式，那么，系统自组织功能将不以切变方式进行。马氏体相变不是切变过程，当然贝氏体相变也不是的切变机制。