合金元素对高碳钢中珠光体-奥氏体相变的影响研究

奥氏体化是绝大多数工业用钢必须经历的重要热处理工艺。目前，碳含量、置换合金元素（Mn、Si和Cr等）和温度对珠光体-奥氏体相变的热力学、动力学以及组织演化的影响尚缺乏系统的研究。本课题旨在通过Fe-0.6C二元合金、Fe-0.6C-1X/2X (X=Mn、Si、Cr，mass%)三元合金的珠光体-奥氏体相变实验研究，结合Thermo-Calc热力学计算和解析、数值方法的动力学模拟，阐明C、Mn、Si和Cr元素对珠光体奥氏体化速率和组织演化（奥氏体晶粒尺寸、碳化物溶解行为等）的影响，揭示Mn、Si和Cr元素在珠光体-奥氏体相变的扩散行为，确定三元合金中奥氏体在不同温度区间的生长机制。另外，比较分析珠光体和回火马氏体奥氏体化的实验结果，阐明碳化物大小、形貌和分布以及铁素体界面结构对奥氏体化动力学的影响。本工作将进一步完善人们对于高温奥氏体化的理解，为钢铁组织细化、性能控制提供理论和实验依据。

奥氏体化是绝大多数商业用钢必须经历的热处理工艺，其过程中奥氏体的形成、碳化物的溶解对钢的最终组织、性能具有重要影响。通过控制奥氏体化工艺可以细化奥氏体晶粒，从而细化钢的最终组织。目前，合金元素（C、Mn、Si和Cr等）、温度对珠光体-奥氏体相变的热动力学以及组织演化的影响尚缺乏系统的研究。.本项目系统而定量地研究了钢中常添加的Mn、Si、Cr等合金元素对高碳钢中珠光体-奥氏体相变的影响,期望完善人们对于奥氏体化过程的理解并为钢铁组织控制和性能优化提供理论依据。.一方面通过等温热处理实验研究了Mn、Si、Cr的添加对奥氏体化动力学和组织演化的作用。硬度测试及转变动力学测定结果表明1073K下0.6C合金的奥氏体化过程约在5s左右完成，Si和Cr的添加减缓珠光体奥氏体化，Cr的作用更加显著，而Mn的添加略微加速相变；利用EBSD从晶体学上分析得到奥氏体的优先形核位置为铁素体大角晶界，而优先生长方向为偏离K-S关系较大的铁素体区域以及沿珠光体片层方向。.另一方面对珠光体奥氏体化过程进行了热力学计算和动力学生长模拟。建立了合金元素分配临界温度的计算方法，计算结果能准确预测实验温度下不同合金的奥氏体生长模式；模拟了奥氏体垂直于珠光体片层方向及沿片层方向的生长，其中沿片层方向的生长模拟已能较好反映不同合金元素对奥氏体化动力学、组织演化趋势以及碳化物/铁素体溶解先后顺序的影响，并在绝大多数条件下与实验结果相符，而沿片层方向的生长模拟仅在Fe-C二元合金中作了初步探索，模拟结果与实验结果定性相符。