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                        利用超高溫激光共聚焦顯微鏡實時原位觀察奧氏體晶粒的長大行為



                        奧氏體晶粒的長大過程一直備受材料研究者的青睞。對于此,有研究者使用日本超高溫激光共聚焦顯微鏡VL2000DX-SVF17SP原位觀察研究了某鋼的奧氏體晶粒的長大過程。研究表明:奧氏體晶粒長大過程實質上是晶界遷移的過程。

                        為了動態觀察奧氏體晶粒的長大過程,將試樣加工成66mm×3mm的圓柱,將試樣上表面經砂紙研磨、機械拋光后放入氧化鋁坩堝中,放置在VL2000DX-SVF17SP型超高溫激光共聚焦顯微鏡內,加熱前將設備抽至10-2Pa的真空狀態并通入保護氣體(氬氣),以防止試樣表面氧化。將試樣先以100℃/min的速度升溫到200℃,然后以400℃/min的速度升溫到1100℃,保溫20min,而后以600℃/min的速度降溫至室溫。
                        下圖為1100℃下觀察到的奧氏體晶粒遷移過程圖像:


                        1:奧氏體晶界遷移過程


                        由圖1可以看出奧氏體晶粒長大的實質其實是晶界遷移的過程。晶界遷移的方式主要有以下幾種:


                        1)角隅的遷移、合并及消失過程。圖1A區域中黑色箭頭所指的角隅沿著紅色箭頭方向遷移,角隅的移動激發臨近一條晶界的遷移,如圖1(b)所示??赡茉蚴怯捎诰Я炔康诙噌斣^弱,角隅沿著晶界向晶粒內部或晶界另一端開始生長,伴隨著臨近晶界也向晶粒內部或晶界另一端移動、縮小,直至達到一個較為穩定的狀態,如圖1(d)所示。


                        2)如圖1中區域B所示,幾個角隅同時向著一個晶粒內部分批協同式的移動,直至小晶粒被周圍大晶粒吞并,形成圖1(d)B區域的大晶粒。


                        3)圖1C區域中兩個比較穩定的大晶粒之間的彎曲晶界沿著曲率中心方向(箭頭)移動,出現平直化現象,這是由于彎曲晶界的界面能較高,平直晶界的界面能較低,必然會發生這種向低界面能晶界遷移的現象。


                        同時,研究者也做了不同保溫溫度和不同保溫時間下奧氏體晶粒大小的研究,結果如下圖2,圖3所示。



                        (a)900℃, (b)950, (c)1000, (d)1050, (e)1100, (f)1200

                        a0min;b30min;c60min;d120min;e240min;f480min


                        2為保溫60min,不同保溫溫度下奧氏體晶粒的微觀組織,可以看出,隨著溫度的增加,晶粒形狀由不規則、晶界彎曲的狀態(900)轉變為晶粒形狀近似六邊形,晶界平直的狀態(≥1050)。隨著溫度的升高,奧氏體平均晶粒尺寸(D)逐漸增加。當溫度不高于1000℃時,晶粒尺寸變化較小,晶粒尺寸由900℃時的33.87μm,增加到1000℃的65.23μm,如 圖2(a)-(c)所示;溫度高于1000℃時,晶粒尺寸迅速增大,1050℃時的125.51μm增加到1200℃的890.12μm,即晶粒嚴重粗化,如圖2(d)-(f)所示。


                        3為保溫溫度為1050℃時不同保溫時間下的奧氏體晶粒形貌。由圖3可知,隨著保溫時間的增加,奧氏體晶粒尺寸先迅速增大,而后逐漸趨 于穩定。奧氏體晶粒尺寸由保溫時間為0min69.35μm增加到保溫時間為240min194.83μm,當保溫時間為480min,奧氏體晶粒尺寸為207.06μm,相較于保溫時間為240min,晶粒尺寸僅增加了16.23μm,表現出隨保溫時間延長,奧氏體晶粒尺寸增幅逐漸下降的趨勢。


                        論文來源:



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