稀土(tu)一硼(peng)復(fu)合變質(zhi)處理后，細(xi)化(hua)本質(zhi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)度(du)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要原因是，稀土(tu)、翩在(zai)晶(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)(jie)上(shang)富集(ji)和(he)彌散質(zhi)點的(de)(de)(de)(de)釘軋作(zuo)用(yong)所致。因為稀土(tu)富集(ji)于奧氏(shi)體晶(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)(jie);降低自由能，減小晶(jing)(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)長大(da)的(de)(de)(de)(de)驅(qu)動力(li)，能強烈阻礙7Fe晶(jing)(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)長大(da)。雖然(ran)硼(peng)略有促進晶(jing)(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)粗(cu)化(hua)的(de)(de)(de)(de)傾(qing)向，但稀土(tu)在(zai)晶(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)(jie)阻礙7Fe晶(jing)(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)長大(da)的(de)(de)(de)(de)強烈效應足(zu)以克服這種粗(cu)化(hua)傾(qing)向，況(kuang)且(qie)卿80Q 硼(peng)與氧、氮作(zuo)用(yong)形成(cheng)分散的(de)(de)(de)(de)第二相(xiang)微粒(li)(li)與晶(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)(jie)交互作(zuo)用(yong)，可(ke)(ke)阻礙晶(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)(jie)移動。高溫加熱時，稀土(tu)形成(cheng)穩定的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)物質(zhi)點也起釘扎晶(jing)(jing)(jing)(jing)界(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，故可(ke)(ke)抑制高溫時的(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)長大(da)，使(shi)本質(zhi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)粒(li)(li)度(du)細(xi)化(hua)。
(2)對ZG3OCrMn2Si等(deng)溫(wen)(wen)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)曲(qu)線(xian)(xian)的(de)影(ying)響為了(le)(le)探討稀(xi)(xi)土一翻(fan)對ZG3OCrMn2Si的(de)等(deng)溫(wen)(wen)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)曲(qu)線(xian)(xian)的(de)影(ying)響，本文測定了(le)(le)變(bian)(bian)(bian)質(zhi)與未變(bian)(bian)(bian)質(zhi)的(de)3OCrMn2Si鑄(zhu)鋼的(de)等(deng)溫(wen)(wen)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)曲(qu)線(xian)(xian)，見圖5一 22。從圖5一22可(ke)(ke)知，稀(xi)(xi)土一 a能(neng)(neng)(neng)使30CrMn2Si鑄(zhu)鋼等(deng)溫(wen)(wen)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)開始曲(qu)線(xian)(xian)右移，推(tui)遲珠(zhu)光體和(he)貝氏體轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)，增加孕(yun)育期，使鋼的(de)淬透性(xing)增加，同時使等(deng)溫(wen)(wen)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)終了(le)(le)曲(qu)線(xian)(xian)左移，縮短了(le)(le)等(deng)溫(wen)(wen)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)時間(jian)，并也能(neng)(neng)(neng)使叭點(dian)升高(gao)。這主(zhu)要是由(you)于(yu)稀(xi)(xi)土一硼細(xi)化了(le)(le)鑄(zhu)態組織，減(jian)小了(le)(le)枝晶(jing)(jing)間(jian)距，縮短碳及(ji)其他合(he)金(jin)元素的(de)擴(kuo)散距離，在高(gao)溫(wen)(wen)奧氏體化溫(wen)(wen)度(du)(du)下(xia)，這些合(he)金(jin)元素能(neng)(neng)(neng)充分(fen)溶人奧氏體，提高(gao)奧氏體的(de)穩(wen)定性(xing)。另一方面(mian)，稀(xi)(xi)土和(he)翻(fan)在晶(jing)(jing)界(jie)的(de)富集(ji)，降低(di)了(le)(le)晶(jing)(jing)界(jie)能(neng)(neng)(neng)并抑(yi)制鐵(tie)素體及(ji)貝氏體在晶(jing)(jing)界(jie)上成核(he)，因此，減(jian)慢了(le)(le)奧氏體的(de)分(fen)解速度(du)(du)，提高(gao)了(le)(le)淬透性(xing)。致(zhi)于(yu)提高(gao)叭點(dian)的(de)原因，可(ke)(ke)能(neng)(neng)(neng)是缺陷組態起著有助于(yu)馬(ma)氏體形核(he)的(de)作(zuo)用。因為稀(xi)(xi)土既能(neng)(neng)(neng)降低(di)位錯處溶質(zhi)濃度(du)(du)，減(jian)小溶質(zhi)原子(zi)對位錯的(de)釘扎作(zuo)用，使位錯的(de)可(ke)(ke)動性(xing)增加，又能(neng)(neng)(neng)降低(di)奧氏體層錯能(neng)(neng)(neng)，使馬(ma)氏體相變(bian)(bian)(bian)時，臨界(jie)切變(bian)(bian)(bian)應力(li)減(jian)小，有利于(yu)馬(ma)氏體核(he)坯(pi)的(de)擴(kuo)展，使M點(dian)升高(gao)。
(3)對馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)形態、尺寸(cun)的影響馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)分(fen)兩大類，從形態上分(fen)為(wei)板(ban)條狀馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)和片狀馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)，從亞(ya)(ya)結(jie)(jie)構(gou)上分(fen)，前者(zhe)為(wei)位(wei)錯(cuo)(cuo)亞(ya)(ya)結(jie)(jie)構(gou)，又(you)稱位(wei)錯(cuo)(cuo)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti);后者(zhe)為(wei)孿晶(jing)亞(ya)(ya)結(jie)(jie)構(gou)，又(you)稱作(zuo)孿晶(jing)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)。位(wei)錯(cuo)(cuo)亞(ya)(ya)結(jie)(jie)構(gou)碳含(han)量較(jiao)低(di)(二(C)<0.4%), 并且在(zai)較(jiao)高溫下形成，其性(xing)(xing)(xing)能特征是硬度(du)(du)高韌(ren)性(xing)(xing)(xing)好，固(gu)又(you)稱韌(ren)性(xing)(xing)(xing)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)。孿晶(jing)亞(ya)(ya)結(jie)(jie)構(gou)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)碳含(han)F-4rA高，形成溫度(du)(du)較(jiao)低(di)，其性(xing)(xing)(xing)能特點(dian)是硬度(du)(du)高，脆性(xing)(xing)(xing)大，固(gu)又(you)稱作(zuo)脆性(xing)(xing)(xing)烏氏(shi)體(ti)(ti)。從馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)鋼(gang)性(xing)(xing)(xing)能要(yao)求希望(wang)得到位(wei)錯(cuo)(cuo)亞(ya)(ya)結(jie)(jie)構(gou)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)。
在中碳馬氏體鑄鋼碳含量范圍內，按理不應該出現孿晶馬氏體，但因是鑄鋼，屬非均質材料。鑰在一次結晶過程中由于選分結晶，形成較嚴重的枝晶偏析，即低次軸碳含t低高次軸尤其是枝晶間碳含量高，故其淬火組織由不同比例的板條馬氏體及片狀馬氏體(混合馬氏體)組成見圖5一23,碳含量愈高，片狀馬氏體愈多。
未經變(bian)質的(de)(de)中(zhong)碳馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)鋼中(zhong)，片(pian)狀(zhuang)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)比(bi)例較高，且片(pian)狀(zhuang)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)趨于(yu)粗化。經稀土(tu)及稀土(tu)硼復合(he)變(bian)質處理后，不但大(da)大(da)增(zeng)加板條馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)比(bi)例，而且使板條馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)尺寸不同程度的(de)(de)減少，其中(zhong)以RE一B復合(he)處理效果最為顯著
Y基重稀土的變質效果優于Ce基輕稀土，而用單一硼變質，沒有改變鋼中混合馬氏體的比例，只是細化了片狀馬氏體組織，表5一18示出了不同變質劑對板條馬氏體尺寸的影響。
稀土(tu)變(bian)質(zhi)處理使(shi)板條馬氏體的(de)(de)(de)(de)長度變(bian)短(duan)，而(er)寬度增加;稀土(tu)復合(he)變(bian)質(zhi)處理使(shi)馬氏體的(de)(de)(de)(de)長、寬均(jun)變(bian)小(xiao)。特(te)別是稀土(tu)硼(peng)(peng)復合(he)變(bian)質(zhi)處理，使(shi)馬氏體的(de)(de)(de)(de)長度由原(yuan)來(lai)的(de)(de)(de)(de)105m減小(xiao)到15m，而(er)且在掃描電鏡(jing)下觀察，經稀土(tu)硼(peng)(peng)復合(he)變(bian)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)組織(zhi)特(te)別均(jun)勻。
(4)馬氏體亞結構在日本產的H-800透射電子顯微鏡下，采用(yong)金(jin)屬薄膜試樣(yang)，進行對(dui)比觀察，采用(yong)選區電子衍(yan)射標定。
試驗鋼(gang)在同一(yi)爐(lu)中冶煉，變(bian)質處(chu)理(li)在爐(lu)外包(bao)中進(jin)行，以保(bao)證鋼(gang)的基(ji)(ji)本(ben)成(cheng)分一(yi)致，即(ji)一(yi)爐(lu)鋼(gang)液分四包(bao)澆注(zhu)，第一(yi)包(bao)空白，第二包(bao)w(Ce)0.15%基(ji)(ji)輕稀土變(bian)質，第三(san)包(bao)二(B)O.007%變(bian)質，第四包(bao)w(Ce)O.15%基(ji)(ji)輕稀土w (B)O.007%復合變(bian)質。
1)空白實驗未(wei)變質ZG31Mn2Si組(zu)織中馬(ma)氏體的(de)亞(ya)結(jie)(jie)構(gou)見圖5一25a，可見，未(wei)變質ZG31 Mn2Si鋼組(zu)織中馬(ma)氏體的(de)亞(ya)結(jie)(jie)構(gou)以粗大孿晶為主(zhu)，分(fen)布非常集中，仍有少(shao)量(liang)的(de)位錯馬(ma)氏體存在。
2) w (Ce)0.15%基輕(qing)稀(xi)土(tu)變(bian)(bian)(bian)質(zhi)經Ce基輕(qing)稀(xi)土(tu)變(bian)(bian)(bian)質(zhi)，馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)亞結構(gou)以位錯(cuo)為主(見圖5 - 25c)，位錯(cuo)密(mi)度較(jiao)未變(bian)(bian)(bian)質(zhi)的馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)高(gao)。在(zai)研究中發現，隨著奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)化(hua)溫度提高(gao)，位錯(cuo)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)比例(li)增加。為控制得到位錯(cuo)型亞結構(gou)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)，既要(yao)變(bian)(bian)(bian)質(zhi)，又要(yao)高(gao)溫奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)化(hua)熱處理。
3) B變質(zhi)(zhi)加B變質(zhi)(zhi)對馬氏(shi)體(ti)結構(gou)影響(xiang)和稀土不同。經B變質(zhi)(zhi)位錯亞結構(gou)馬氏(shi)體(ti)數量(liang)沒有增加，仍是混合馬氏(shi)體(ti)基體(ti)，但它卻使孿(luan)(luan)晶(jing)亞結構(gou)馬氏(shi)體(ti)大大細化(hua)(hua)(見圖5一25b)，眾所周知，孿(luan)(luan)晶(jing)馬氏(shi)體(ti)細化(hua)(hua)有助于提(ti)高(gao)(gao)鋼(gang)韌(ren)性。在(zai)熱處(chu)理研究中(zhong)發(fa)現，要得到細孿(luan)(luan)晶(jing)馬氏(shi)體(ti)結構(gou)，熱處(chu)理溫(wen)(wen)(wen)度和鋼(gang)中(zhong)殘(can)B量(liang)有關，當鋼(gang)中(zhong)殘(can)B量(liang)較低時〔二(B)0.003%)，熱處(chu)理溫(wen)(wen)(wen)度不宜過(guo)高(gao)(gao)，當鋼(gang)中(zhong)殘(can)B量(liang)較高(gao)(gao)時 (w(B)>0.004%)，要求較高(gao)(gao)熱處(chu)理溫(wen)(wen)(wen)度。因為在(zai)此情況下，高(gao)(gao)的(de)殘(can)B量(liang)導致鋼(gang)中(zhong)非固溶(rong)B (BN)量(liang)增加，為促使氮化(hua)(hua)硼分解，溶(rong)人奧氏(shi)體(ti)，需要較高(gao)(gao)的(de)奧氏(shi)體(ti)化(hua)(hua)溫(wen)(wen)(wen)度。在(zai)研究遺傳性中(zhong)發(fa)現，含稀土硼鋼(gang)經重新溶(rong)化(hua)(hua)，稀土全部燒損。B 對鋼(gang)卻有明(ming)顯的(de)遺傳性。
4) w (Ce)O.15%基稀(xi)土(tu)(tu)(tu)w(B)0.007%復合(he)變質(zhi)(zhi)研究(jiu)證實RE-B復合(he)變質(zhi)(zhi)效果(guo)(guo)最佳，馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體亞結(jie)構以位錯為主(zhu)(圖5一(yi)25f)，位錯密(mi)度高，馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體板條細小(xiao)。雖存在少(shao)量(liang)細小(xiao)的(de)孿晶馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體，也為位錯馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體所包圍(圖5一(yi)25e)。在熱(re)處(chu)理研究(jiu)中，要考慮稀(xi)土(tu)(tu)(tu)硼(peng)(peng)的(de)復合(he)作用(yong)，不能(neng)象單加稀(xi)土(tu)(tu)(tu)那樣單純追求(qiu)高溫(wen)(wen)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體化(hua)，要考慮B的(de)殘留量(liang)。從(cong)研究(jiu)結(jie)果(guo)(guo)揭示，要控制好組織，復合(he)變質(zhi)(zhi)處(chu)理的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體化(hua)溫(wen)(wen)度比單加B的(de)高，比單加稀(xi)土(tu)(tu)(tu)的(de)低。建議對碳含量(liang)w(C)0.3%左右的(de)中碳馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體鋼，單加B變質(zhi)(zhi)采用(yong)900 -- 9500C奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體化(hua)，單加稀(xi)土(tu)(tu)(tu)變質(zhi)(zhi)采用(yong) 10500C奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體化(hua)，稀(xi)土(tu)(tu)(tu)硼(peng)(peng)復合(he)變質(zhi)(zhi)10000C奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體化(hua)為宜。
為什么稀土(tu)變質(zhi)(zhi)能(neng)使馬(ma)氏(shi)體亞結構以位(wei)錯(cuo)為主(zhu)。眾所周(zhou)知(zhi)，位(wei)錯(cuo)馬(ma)氏(shi)體的(de)(de)碳含(han)傲可(ke)達，(C)0.4%，而本(ben)鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)碳含(han)量僅有w(C)0.35%，應全部為位(wei)錯(cuo)型馬(ma)氏(shi)體，、但由(you)于(yu)鑄造狀態下的(de)(de)不平衡結晶(jing)(jing)，在(zai)加上凝固過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)選分結晶(jing)(jing)和Mn的(de)(de)影(ying)響(xiang)，使鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)碳含(han)量產生嚴重的(de)(de)微(wei)觀偏(pian)析(xi)(xi)一枝晶(jing)(jing)偏(pian)析(xi)(xi)。正是由(you)于(yu)鑄鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)非均質(zhi)(zhi)性(xing)，在(zai)枝晶(jing)(jing)間(jian)碳含(han)量高于(yu)二(C)0.4%，導致孿晶(jing)(jing)馬(ma)氏(shi)體產生，出現(xian)混合馬(ma)氏(shi)體組織。可(ke)以斷言，鑄鋼(gang)(gang)(gang)組織的(de)(de)不合理性(xing)導致相同成(cheng)(cheng)(cheng)分鑄鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)韌(ren)性(xing)比(bi)鍛造鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)低，其(qi)主(zhu)要原因(yin)是成(cheng)(cheng)(cheng)分不均勻—偏(pian)析(xi)(xi)造成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)。
通過稀(xi)土鑄鋼(gang)(gang)凝固研究(jiu)發現，稀(xi)土加人(ren)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)能(neng)擴(kuo)大(da)(da)We相(xiang)(xiang)區(qu)，而合金元素如:C, Mn, Cr等在(zai)We相(xiang)(xiang)區(qu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)速度(du)為yFe相(xiang)(xiang)區(qu)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)50-100倍。所以含稀(xi)土的(de)(de)(de)(de)(de)鑄鋼(gang)(gang)在(zai)凝固過程中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，通過We相(xiang)(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)時間較長。因此，C, Mn, Cr等合金元素能(neng)在(zai)此區(qu)得到(dao)較為充分(fen)擴(kuo)散(san)，使(shi)鑄鋼(gang)(gang)成(cheng)分(fen)趨于均勻(yun)化(hua)，導致中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳馬氏(shi)體鑄鋼(gang)(gang)組織中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)馬氏(shi)體亞結構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)。經(jing)(jing)稀(xi)土變質的(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳馬氏(shi)體鑄鋼(gang)(gang)，其(qi)馬氏(shi)體亞結構(gou)以位錯型為主。經(jing)(jing)進一(yi)步(bu)研究(jiu)發現，稀(xi)土可(ke)促(cu)使(shi)TTT曲(qu)線的(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)始(shi)轉變曲(qu)線右移，終了(le)(le)轉變曲(qu)線左移，大(da)(da)大(da)(da)縮短了(le)(le)整(zheng)個相(xiang)(xiang)變的(de)(de)(de)(de)(de)轉變時間，這充分(fen)證明了(le)(le)稀(xi)土加人(ren)能(neng)促(cu)使(shi)鑄鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)分(fen)均勻(yun)化(hua)。稀(xi)土鋼(gang)(gang)要求高溫(wen)奧氏(shi)體化(hua)，也(ye)是基于成(cheng)分(fen)均勻(yun)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)觀點出發的(de)(de)(de)(de)(de)。奧氏(shi)體化(hua)溫(wen)度(du)愈(yu)高，元素擴(kuo)散(san)愈(yu)充分(fen)，成(cheng)分(fen)愈(yu)均勻(yun)，位錯馬氏(shi)體數量就愈(yu)多(duo)。
晶粒(li)細(xi)化(hua)，能(neng)縮短合金元素的擴散(san)距(ju)離，也能(neng)促使(shi)鑄鋼(gang)成分均勻化(hua)，稀土(tu)加人鋼(gang)中能(neng)明顯細(xi)化(hua)鋼(gang)的奧氏(shi)(shi)體晶粒(li)度。因此，也能(neng)增加位錯馬氏(shi)(shi)體數量(liang)。