碳钢相变机制的数学研究——过冷等温时碳钢中相界面共格的固态相变.pdf

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第卷第期上海金属.. .
年月,
编者按:
文章提出了“相变过渡层”的假定,对于铁碳合金相变时碳元素发生的‘上坡扩散’现象进行了表象性的数学分析。所采用的
计算‘上坡扩散’的方法与目前通用的‘局部平衡’法和‘仲平衡’法不同。‘局部平衡’法假定瞬间内便可在相界面上建立相平
衡,因此可由热力学得出两平衡相的组成,再从通量平衡方程组算出各组元在新相和母相中的分布,此种方法应用较广,相应软件
也早已面世。而由提出的‘仲平衡’法则认为碳元素可于瞬间内在相界面上建立起平衡,但合金元素却在新相和母相中保持
了相同的浓度,实际上也就避开了对碳成分在相界面两侧跃迁的具体过程的讨论。
论文作者蔡小鹰同志并非冶金、材料工作者,出于爱好才坚持进行了这方面的研究,在他的文章中看不出前人的工作对他的束
缚,因而也就会更自主地提出个人的见解。本刊予以发表,以期引起学术讨论,推进科技进步,这也是本刊编者所企盼的。
碳钢相变机制的数学研究
过冷等温时碳钢中相界面共格的固态相变
蔡小鹰
上海浦东,
【摘要】通过一个金属学的常识和一个假设,提出了“相变过渡层”的概念。然后分
析了碳钢在过冷等温时,相界面共格的固态相变过程中,相界面附近碳的扩散系数变化的情
况;利用菲克第一定律,描述了相变时碳钢中碳的分布。同时假一个数学函数式来表述碳钢
相变时相界面附近碳的分布,随后利用菲克第二定律得到相应的扩散系数表达式。据此计算
过冷等温时的相变速度,分析相变时应力的分布。并在“相变过渡层”概念的基础上,探讨
了碳钢在过冷等温时马氏体和贝氏体的相变机制。
【关键词】碳钢相变相变过渡层过冷等温扩散系数
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作者简介:蔡小鹰,:. .
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第期蔡小鹰:碳钢相变机制的数学研究
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相变过渡层的定义扩散系数小于零。
高温下的碳钢冷却到一定温度等温时,其晶应力的变化一定是连续的,已假定晶体的结
体结构将发生变化,由面心立方的奥氏体向其他构亦是连续变化的,那么由应力造成的扩散系数
类型的晶格转变,此时奥氏体中的含碳量也在不的变化应该也是连续的。这样从“过渡层”扩散
断变化。金相常识告知这种相变具有两个特点: 系数小于零,到铁素体和奥氏体中扩散系数大于
一是相变时的界面一般都是共格的;二是相变过零的连续变化中,必定存在一个扩散系数为零的
程中一部分碳通过相界移动到含碳量更高的区点,而由“相变过渡层”的意义可知,这个扩散
域,相变过程中发生了“上坡扩散”。系数为零的点必然在“相变过渡层”的两端。同
由相变界面共格的性质假定:相界面共格的时因为组织中的奥氏体受到的拉应力和铁素体受
相变过程中,晶体从一种结构向另一种结构的转到的压应力,随着离开相界面而逐步减小直至为
变是连续的。同时由于存在“上坡扩散”而认零的,所以扩散系数应该是单调变化到某点后回
定:在相变过程中,奥氏体与其相变产物之间必复为常数。简而言之,扩散系数在奥氏体和铁素
定存在一个区域,此区域中的扩散系数小于