范文一:马氏体临界晶核的研究
马氏体临界晶核的研究
2011年3月
第30卷第1期
内蒙古科技大学
JournalofInnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology
March,2011
Vo1.30.No.1
文章编号:1004—9762(2011)01—0013—05
马氏体临界晶核的研究
袁长军,刘宗昌
(内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010)
关键词:马氏体;临界尺寸;形核功;临界晶核
中图分类号:TG111.5文献标识码:A
摘要:应用Axiovert-25CA型金相光学显微镜和QUANTA-400环境扫描电镜对几种材料马氏体相变时的形核地点
和形态进行了观察,发现马氏体不仅可在奥氏体晶粒内部形核,而且可在晶界,相界面等处形核.研究了马氏体晶
核形成时的能量变化规律,计算了马氏体晶核的临界尺寸,形核功.马氏体临界晶核尺寸约为7—20nm,形核功约
为200600J.mol,.
Thestudyofthecriticalnucleusofmartensite YUANChang-jun,LIUZong—chang
(MaterialandMetallurgySchool,InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology,Ba
otouInnerMongolia014010,China)
Keywords:Martensite;Criticaldimension;Nucleationenergy;Criticalnucleus
Abstract:Theobservationofthenucleationsiteandmo~hologyofseveralmaterialwerecarri
edoutbyAxiovert一25CAopticalmicrosco—
PYandQUANTA~scanningelectronmicroscopywhenmartensitetransformationoccurs.T
heresultsshowthatthenucleationofmar- tensitecanappearnotonlyatausteniteintracrystal,butalsoatgrainboundaryandphaseinterfa
ce.Thecharacteristicsofenergyvaria—
tionwasstudiedwhenthenucleusofmartensiteformsandthecriticaldimensionandnucleatio
nenergyofmartensitenucleuswerecal—
culated.Thecritica1nue1eussizeofmartensiteisabout7,20nmandthenucleationenergyisabout200,600J?tool一.
1马氏体形核的试验观察
1.1试验材料及方法
采用钢,60Si2CrV,Fe一15Ni-0.6C合金等材
料,用DK77型电火花切割机切取4mm厚的试样,
加热奥氏体化后,水中(或冰盐水中)淬火,得到马
氏体组织,应用Axiovert-25CA型金相显微镜,
QUANTA-400环境扫描电镜等设备观察马氏体组织
形貌及形核地点.
试验表明,马氏体形核在晶粒内部和晶界上均
可发生.将T8钢加热到1200oC,保温30rain使奥
氏体晶粒长大,然后在Ms点(245?)下210?等温
1h,形成少量的马氏体,在等温过程中马氏体被回
火.试样经硝酸酒精浸蚀,等温过程中形成的马氏
体被回火而容易受浸蚀,在显微镜下观察为黑色.
如图1所示,马氏体在一个奥氏体晶粒内部形核长
大,同时在晶界上也有马氏体形成.
图1T8钢马氏体在奥氏体晶界和晶内形核长大OM
Fig.1OMNucleationandgrowthofT8martensite intheausteniticgrainboundaryandintracstalarea 收稿日期:2010—09,03
作者简介:袁长军(1981一),男,山东单县人,内蒙古科技大学硕士研究生
14内蒙古科技大学2011年3月第3O卷第1期 将60Si2CrV钢试样加热到1100?,保温
20rain后于10%的冰盐水淬火,得到马氏体组织,如 图2所示.可见在奥氏体晶界上形成马氏体,沿着 晶界长大成粗大马氏体片,其上存在淬火显微裂 纹.
图260Si2CrV钢马氏体组织OM
Fig.2OMMrtensiticstructureof60Si2CrVsteel
综上试验表明,马氏体可在奥氏体晶粒内部形 棱也可在奥氏体晶界形核.总之是在晶体缺隐处 核,符合固态相变的一般规律.以往过分强调在 奥氏体晶粒内部形核是不全面的.
1.2马氏体的形核机制
奥氏体在极大地远离平衡态时,即达Ms点时, 在奥氏体的晶体缺陷处(如晶粒内部的位错)出现随 机涨落.由于过冷度大,温度低,原子难以或不能扩 散,马氏体相变无成分变化,故不需要浓度涨落.母 相晶体缺陷处有利于产生结构涨落和能量涨落,非线 性的正反馈作用把微小的随机涨落迅速放大,使得原 结构失稳,而开始建构一种新结构,即马氏体结构?J. 图3(a)为Fe一15Ni-0.6C合金的马氏体组织扫 描电镜照片,由图3(a)可见,马氏体在原奥氏体的 界棱处形成,且马氏体晶核沿着原奥氏体晶界长大 (如图中箭头所示).图3(b)为图3(a)中箭头处的 示意图.说明该马氏体片在三角晶界处形核,沿着 奥氏体晶界向奥氏体A1长大.由于A1,A2,A3三 个奥氏体晶粒位向不同,马氏体片只向奥氏体A1 晶内长大.马氏体若与奥氏体A1晶粒保持共格, 则与奥氏体A2,A3两个晶粒就没有共格关系,即马
氏体片的该种长大方式不能用切变机制来解 释].
按照马氏体切变学说,马氏体在奥氏体晶内形 核时,其晶核可与奥氏体保持共格界面,以实现"共 格切变"长大,一旦共格晶界遭到破坏,马氏体片即 刻停止长大.当马氏体在两个晶粒的界面上形核 时,其晶核将不能与界面两侧的奥氏体晶粒同时保 持共格关系,则难以"共格切变"长大.事实上,马 氏体晶核与另一侧的晶粒虽然不共格,但却能够沿 界面长大.因此需要考虑相界面马氏体"共格切 变"形核一长大的正确性.
(b)
图3SEMFe一15Ni-0.6C合金马氏体晶界形核(a)和示意图(b)
Fig.3SEMNucleationingrainboundary(a)anddiagrammaticsketch(b)ofFe一
15Ni-0.6Cmartensite 2马氏体临界晶核大小和形核功
2.1马氏体在奥氏体界面上形核
试验表明,马氏体可在奥氏体晶界形核.由于 奥氏体晶界处原子排列不够规则,存在晶界能,故容 易通过涨落形成马氏体晶体.钢中马氏体的形核是 奥氏体到马氏体的晶格改组过程,其晶核由若干个 体心立方(或体心正方)晶胞组成,尺度较小,形状 为立方体,边长为o,b,c,则o=b=c. 假设该立方体中有一个面平行于{111},即马 氏体与奥氏体之间保持K—s位向关系.如图4所 示,ABCD面为奥氏体晶粒^y和的晶界面,在界 面上形成马氏体晶核?设马氏体晶核为立方体 形状,立方体有5个面与为共格连接,而晶核的 袁长军,等:马氏体临界晶核的研究15
abcd面即为奥氏体晶界面,与:没有共格关系. bB
图4在奥氏体界面上形成马氏体晶核的示意图 Fig.4Thediagrammaticsketchofthemartensitic
nuclellsformedinausteniticinterface
以往将临界晶核的形状设为球形,临界半径为 r,不具备共格界面l5J.由于马氏体与母相保持共 格或半共格界面连接,形状呈片状,薄片状,板条状, 薄板状,透镜片状等形貌,因此马氏体的晶核不可能 为球状.马氏体晶核由若干个体心立方(或体心正 方)的马氏体晶胞堆砌而成,晶核的[111]与晶 粒的[110]平行,保持K—S关系,具有较低的界面 能.这样的马氏体晶核可沿着奥氏体的{111}长 大成板条状,片状,薄板状等形貌.
形核引起系统自由焓的变化为:
AG=nAGA+hU+6h一nAGD,(1) 式中,n为马氏体晶核中的原子数;AC为晶核中每 个原子的自由焓变化,恒为负值;为晶核中单位 体积应变能,为相变阻力;为晶核表面能;h为马 氏体晶核的边长,6为晶核表面积;为晶核体 积;为克原子体积;AG.为奥氏体晶界处每一个原 子的自由焓增值;n为晶界向晶核提供的原子数. 式(1)中的nAG为相变驱动力;+6h
为相变阻力,表面能6h中有5个面与母相保持 共格,共格界面能极低,约0.1J?m6J,其中abcd 面为非共格界面.abcd面原本是奥氏体的晶界面, 其表面能贡献给形核功,即第四项为晶界能对形 核的贡献,起促进形核的作用.
形核引起表面能的变化为:6h一h2t丁. L3
晶核中的原子数凡=7"7-,则形核引起系统自由 rp
焓的变化为:
AG=h(/~(JA+Uv)+h(6o-一).(2),rP, 对式(2)微分,并令=0,得临界晶核尺
U
寸h和形核功AG的表达式分别为:
荐AGA'(3)3,.+)'
2
幕7.(-~t7A等?l厂+)式(3)为马氏体在晶界形核时的临界晶核尺寸
的表达式.可见,'与3(+)成反比,与
(2o"一12o-)成正比,其中20-一12o"的差值必 须为负值,因为+为负值,由于自由焓差?G 是负值,故的绝对值必须大于畸变能UA,只有 在这种情况下才能保证马氏体的临界晶核尺寸h' 为正值.
式(4)为马氏体临界晶核形核功的表达式,可 以看出其受表面能,每个原子的自由焓,单位体积应 变能等因素的影响.
2.2马氏体在晶内位错线上的形核
马氏体在奥氏体晶粒内部形核,如位错线上形 核,是缺陷形核,符合固态相变的一般规律.依靠缺 陷处的结构涨落和能量涨落形成马氏体晶核,碳原 子将与铁原子一起无扩散地协同位移,建构体心立 方或体心正方晶格.位错是线缺陷,在位错线上形 核,马氏体的晶核尺寸很小,其晶核由若干个晶胞组 成,形状也为立方体,即a=b=C,如图5所示. 位错线
图5马氏体在位错线上形核示意图
Hg.5Thediagrammaticsketchofthemartensiticnucleus
~rmedatdislocationlines 形核引起系统自由焓的变化为:
A
AGD=h+hU+6h一he,(5)
P
式中,h.是相变驱动力;hU为体积应变能; rp
6h为表面能,两项构成相变阻力;he是位错能对 形核功的贡献.e为单位长度位错应变能,e= oG6,其中,k.0.5,1.0.G为切变模量;6为布 l6内蒙古科技大学2011年3月第3O卷第1期 对式(5)微分,并令=o,得马氏体临界
一,?:
(7)
其中,
s一12一144o-Z+12(+)e, T=—/x(..rA+U
.
p
vV'
可见,马氏体在奥氏体晶内位错处形核时,其临 界晶核尺寸和形核功的计算式比在晶界处形核时更 为复杂.
3临界晶核尺寸和形核功的计算
3.1晶界形核时
取or=0.79J?In,,=0.5J?IllHJ, 则:2一12o-=一4.42J'm,.(8)
Fe的相对原子质量为56g/mol,密度为 7.86g/cm,则每摩尔铁原子的体积约为7.1em
(数值上与克原子体积相等,这是因为实现克分子, 克原子与tool的转换时,应考虑基本单元是否发生 了变化,基本单元不变则将单位名称变一下即 可),故Fe的克原子体积=7.1em./克原子. 取钢的弹性模量E=206OPa=2.06×10"Pa (铁素体—珠光体钢的E与奥氏体钢的值一致). 面心立方的奥氏体晶胞中铁原子平均数是4, 而体心立方晶胞的马氏体中铁原子平均数是2,fee —bcc的建构相当于一个奥氏体晶胞演化为2个铁 素体晶胞,即体积是膨胀的.而错配度是新旧相 晶格常数口的变化率,对于奥氏体一马氏体相变, 其晶格常数a是缩小的,即从0.3591nm(fcc)变为 0.2861nm(bee),这与马氏体相变时体积膨胀是相 悖的.故晶体膨胀应变能应当以长度变形率表示. 因此,取长度变形率?:
Al
=
0.0155一..0018(c),
式中,(C)是碳的质量分数,说明奥氏体一马氏体 相变时引起的膨胀与碳含量有关.对于(C)=0 的一Fe转变为马氏体时,:0.0155;对于(c) bi
:
1.2%的一Fe转变为马氏体时,丁Al:0.01334. f
因此,对于(C)=0的一Fe转变为马氏体,单 位体积应变能为:
:
E(丁A1).:1.
5×2.06×101×
厶
(0.0155)=7.4×10J;(9)
对于(c)=I.2%的—Fe转变为马氏体,单 位体积的应变能c,v为:
Uv:():1.5×2.06×10?,×
二Di
(0.01334).=5.5×10'J.(10) (1)对于(C)=0的^y—Fe转变为马氏体,将 各数据带人式(3)和式(4)得临界晶核尺寸和形核 功分别为:
h=16.01nm,
AG=3.27×10J?mol,.
据文献[6,10],临界形核功在数值上相当于表 面能的1/3.
在晶界形核时,马氏髟核功与表面能之比为: ?G
6hd一h2
16O110605079
_0_334,(
.
x一)×(×.一.)'
可见其结果约为1/3,说明计算在理论上是正确的.
(2)对于(C)=1.2%的-Fe转变为Ot马氏 体,将备数据带人式(6)和式(7)得临界晶核尺寸 和形核功分别为:
h:7.9nm,
AG=5.33×10J?mol,.
3.2在晶内位错形核时
计算单位长度位错应变能e值,据文献[6],e= koGb.
e=koGb=1.0×4×10.×(2.5×10一.).J/m =
2.5×i0一J/m.
(1)对于(C)=0的一Fe转变为马氏体时, 将各数据带人式(3)和式(4)得临界晶核尺寸和形 核功分别为:
h=21.32nm,
AG=2.74×10.J?mol,.
(2)对于删(C)=1.2%的一Fe转变为马氏 袁长军,等:马氏体临界晶核的研究17 体时,将各数据带人式(6)和式(7)得临界晶核尺 寸和形核功分别为:
h=10.32nm,
AG=5.77X10J?mol,.
临界形核功与表面能之比约为1/3,即: :
89.3×10/[6×(10.32×6hhz
d
一
e
10一)X0.5—10.32×10一×2.5X10一]=0.304. 3.3计算值的合理性
综上述计算结果可知,钢中马氏体在奥氏体晶界 形核时,其临界晶核尺寸约为8,16nm;当在晶内位 错线上形核时,其临界晶核尺寸约为10,21nm. 从铁素体一珠光体转变一贝氏体相变一马氏体 相变是一个逐级演化的过程,相变产物的组织结构
也具有密切的联系.马氏体相变与下贝氏体转变的 联系最为密切,下贝氏体也可在晶界和晶内形核,其 亚单元的最小尺寸为10,20nmll. 纯铁的马氏体点约为550?-4J,随着碳含量和 Mo,Ni,Cr等合金元素的含量的增多,马氏体点逐渐 降低,相应地,马氏体的组织形貌也从板条状过渡到 透镜片状,所形成的马氏体晶核的尺寸也是不等 的.上述结果表明,(C)=0的马氏体的临界晶核 尺寸比Fe(Cw(C)=1.2%)的马氏体临界晶核尺 寸稍大,而W(c)=0马氏体的临界形核功比Fe. C((C)=1.2%)马氏体的临界形核功小.计算 表明,在晶界形核时,纯铁的马氏体的临界晶核尺寸 约为16nm,而Fe.C(W(C)=1.2%)的马氏体临界 晶核尺寸约为8nm;晶内形核时,纯铁的马氏体临 界晶核尺寸约为21nm,而Fe—C((C)=1.2%)的 马氏体的临界晶核尺寸约为10nm;这可能与Ms点 的变化有关.因此,本文马氏体临界晶核尺寸的计 算值为8,21nm是合理的.由以往的试验结果得 知,珠光体晶核尺寸约为10nm左右?,贝氏体铁 素体的晶核尺寸约为2,20nm.与本文计算结果相 吻合.
理论上,马氏体的临界形核功均为正值.由以 上计算知,马氏体的形核功约为
200,600J?mol,,相变驱动力通过起伏完全能够 满足该形核功的需要,因此以上各计算值是合理的 .
按照一般的规律,形核功等于表面能增量的1/3, 本计算与此值吻合的较好.形核功是依靠能量涨落 来达到的,它是相变驱动力作用下的反映,因此相变
驱动力的绝对值应大于该值.钢中马氏体的相变驱 动力为一1180,一1714J?mol一(W(C)=0— 1.2%的Fe.C合金).因此,形核功的计算值也是 合理的.
4结论
(1)对于Fe一15Ni-0.6C,T8钢等材料的马氏体 相变形核时的观察表明,马氏体晶核在奥氏体晶界, 相界面,位错等缺陷处形核.
(2)M是在缺陷处依靠结构涨落和能量涨
落形核,是晶格改组,重构的过程,并非"共格切变" 过程,切变机制不能解释马氏体在晶界,相界面处形 核长大的现象.
(3)计算结果表明,马氏体相变时临界形核功 约为表面能的1/3,与理论值相吻合.
(4)由形核时系统自由焓变化的表达式导出了 马氏体晶核的I临界尺寸和形核功的表达式,并且具 体计算了Fe一15Ni-0.6C,T8等钢中马氏体晶核的临 界尺寸和形核功.计算结果为:马氏体临界晶核尺 寸为7,20nm,形核功约为200,600J?mol,. 参考文献:
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范文二:什么叫临界转速,了解临界转速有何意义
概而言之,临界转速是指数值等于转子固有频率时的转速。转子如果在临界转速下运行,会出现剧烈的振动,
而且轴的弯曲度明显增大,长时间运行还会造成轴的严重弯曲变形,甚至折断。
装在轴上的叶轮及其他零、部件共同构成离心式压缩机的转子。离心式压缩机的转子虽然经过了严格的平衡,
但仍不可避免地存在着极其微小的偏心。另外,转子由于自重的原因,在轴承之间也总要产生一定的挠度。
上述两方面的原因,使转子的重心不可能与转子的旋转轴线完全吻合,从而在旋转时就会产生一种周期变化
的离心力,这个力的变化频率无疑是与转子的转数相一致的。当周期变化的离心力的变化频率和转子的固有
频率相等时,压缩机将发生强烈的振动,称为“共振”。所以,转子的临界转速也可以说是压缩机在运行中
发生转子共振时所对应的转速。
一个转子有几个临界转速,分别叫一阶临界转速、二阶临界转速……。临界转速的大小与轴的结构、粗细、
叶轮质量及位置、轴的支承方式等因素有关。
了解临界转速的目的在于设法让压缩机的工作转速避开临界转速,以免发生共振。通常,离心压缩机轴的额定
工作转速竹或者低于转子的一阶临界转速,n1,或者介于一阶临界转速n1与二阶临界转速n2之间。前者称作刚
性轴,后者称作柔性轴。
刚性轴要求: n ≤ 0.7n1
柔性轴要求: 1.3nl≤n≤0.7n2
所以,在一般的情况下,离心式压缩机的运转是平稳的,不会发生共振问题。但如果设计有误,或者在技术
改造中随意提高转速,则机器投入运转时就有可能产生共振。另外,对于柔性轴来说,在启动或停车过程中,
必然要通过一阶临界转速,其时振动肯定要加剧。但只要迅速通过去,由于轴系阻尼作用的存在,是不会造
成破坏的。
范文三:什么叫钢的临界点?
什么叫钢的临界点,
钢在加热和冷却时发生相转变的温度叫临界点或临界温度。在实际加热和冷却时,钢的相变与平衡状态不一样,它并不按照图2-8所示的温度进行,而往往是在一定的过热或者过冷情况下进行。这样就使得加热和冷却时的实际临界点不在同一温度上。通常把加热时的临界点下标字母“c”,如Ac1、Ac3、Accm等,把冷却时的临界点下标字母“r”,如Ar1、Ar3、Arcm等。微信公众号:hcsteel对钢而言常见的临界点有:
A1——在平衡状态下,奥氏体、铁素体,渗碳体共存的温度,也就是一般所说的下临界点。在铁碳合金状态图上为PSK共析转变线。 A3——亚共析钢在平衡状态下,奥氏釉铁索体共存的最高温度,也就是一般所说的上临界点。在铁碳平衡图上为GS线。 Acm——过共析钢在平衡状态下,奧氏体和渗碳体共存的最高温度,也就是过共析钢的上临界点。在铁碳平衡图上为ES线。 Ac1——钢加热时所有珠光体都转变为奥氏体的温度。 Ac3——亚共析钢加热时,所有铁索体都转变为奥氏体的温度。 Accm——过共析钢加热时,所有渗碳体都溶于奥氏体的温度。 Ar1——高温奥氏体化的钢冷却时,奥氏体转变为珠光体的温度。 Ar3——高温奥氏体化的亚共析钢冷却时,铁索体开始析出的温度。 Arcm——高温奧民体化的辽开斫俐冷却时,渗碳体开始析出的温度。 Ac1、Ac3和Accm随加热速度的提高而升高。Ar1、Ar3、和Arcm
随冷却速度的提高而降低,当冷却速度超过临界冷却速度时,这些转变将不发生,奥氏体将直接转变为马氏体、贝氏体等。
一般Ac1>A1>Ar1, Ac3>A3>Ar3,Accm>Acm>Arcm,因为Accm与Arcm非常接近,所以常用Acm代替之。常用钢的临界点见附表1。
湖北省建筑施工企业三类人员安全考试卷题 姓名: 江艮旺 性别: 男 身份证号码:420124195401020078 人员类别:B类 所在单位:武汉高斯美形象标识集团有限公司 考生类别: 初次取证 准考证号:2014515680373
一、单选题(30题,每题1分,共30分。只有1个答案是正确的。选对得1分,多选、不选、错选均不得分)
1(《国务院关于进一步加强安全生产工作的决定》中指出:要努力构建( A )的安全生产工作格局。
A(“政府统一领导、部门依法监管、企业全面负责、群众参与监督、全社会广泛支持” B(“政府统—领导、部门全面负责、企业依法监管、群众参与监督、全社会广泛支持” C(“政府依法监管、部门统一领导、企业全面负责、群众参与监督、全社会广泛支持” D(“政府全面负责、部门统一领导、企业依法监管、群众参与监督、全社会广泛支持” 2(( A )对建筑工程的安全事故、安全隐患等都有权向建设行政主管部门或者其他有关部 门进行检举、控告、投诉。
A(任何单位和个人
B(建设单位
C(监理单位
D(项目经理
3(生产经营单位的主要( C )必须具备与本单位所从事的生产经营活动相应的安全生产知识和管理能力。
A(负责人 B(安全生产管理人员
C(负责人和安全生产管理人员
D(负责人和安全生产监督人员
4(《建筑法》规定的责令停业整顿降低资质等级和吊销资质证书的行政处罚,由( B )决定。
A(劳动部门
B(颁发资质证书的机关
C(中国建筑业协会
D(国务院
5(涉及建筑主体和承重结构变动的装修工程,建设单位应当在施工前委托原设计单位或者具有相应资质等级的设计单位提出设计方案;没有设计方案的( A )。 A(不得施工
B(在某些部门许可下可以施工
C(在质量监督部门监督下可以施工
D(不确定
6(( A )执行监督检查任务时,必须出示有效的监督执法证件;对涉及被检查单位的技术 秘密和业务秘密,应当为其保密。
A(安全生产监督检查人员
B(安全生产值班人员
C(领班人员
D(安全生产员
7(生产经营单位主要负责人在本单位发生重大生产安全事故时,不立即组织抢救或者在事
故调查处理期间擅离职守或者逃匿的,给予降职、撤职的处分,对逃匿的处( B )拘留;构成犯罪的,依照刑法有关规定追究刑事责任。
A(五日以下
B(十五日以下
C(十日以下
D(二十五日以下
8(根据《建设工程安全生产管理条例》,施工单位采购、租赁的安全防护用具、机械设备、施工 机具及配件,应当具有生产(制造)许可证、产品合格证,并在进入施工现场前进行( C )。
A(检测
B(检查
C(查验
D(测试
9(根据《建设工程安全生产管理条例》,建设单位不得对勘察、设计、施工、工程监理等单位提 出不符合建设工程安全生产法律、法规和强制性标准规定的要求,不得( D )。 A(变更合同约定的造价
B(压缩定额规定的工期
C(变更合同的约定内容
D(压缩合同约定的工期
10(根据《建设工程安全生产管理条例》,工程监理单位和监理工程师应当按照法律、法规和工程建设强制性标准实施监理,并对建设工程安全生产承担( A )。 A(监理责任
B(违约责任
C(赔偿责任
D(技术责任
11(根据《建设工程安全生产管理条例》,分包单位应当服从总承包单位的安全生产管理,分包 单位不服从管理导致生产安全事故的,由分包单位承担( D )。 A(全部责任
B(合同中约定的责任
C(一般责任
D(主要责任
12(《建设工程安全生产管理条例》规定的( B ),由建设行政主管部门或者其他有关部门 依照法定职权决定。
A(民事责任
B(行政处罚
C(刑事处罚
D(赔偿责任
13(违反《建设工程安全生产管理条例》的规定,出租单位出租未经安全性能检测或者经 检 测不合格的机械设备和施工机具及配件的,责令停业整顿,并处 5 万元以上 10 万元以 下的罚款;造成损失的,依法承担赔偿责任。( B )
A(1,5
B(5,10
C(1,10
D(10,20
14、 未取得安全生产许可证擅自进行生产的,责令停止生产,没收违法所得,并处10万元以上 ( D )万元以下的罚款;造成重大事故或者其他严重后果,构成犯罪的,依法追究刑事责任。
A(30
B(20
C(45
D(50
15( 根据《生产安全事故报告和调查处理条例》较大事故是指造成3人以上10人以下死亡,或者( C ),或者1000万元以上5000万元以下直接经济损失的事故。 A(5人以上20人以下重伤;
B(8人以上30人以下重伤;
C(10人以上50人以下重伤;
D(30人以上50人以下重伤;
16( 根据《生产安全事故报告和调查处理条例》事故发生后,事故现场有关人员应当立即向本 单位负责人报告;负责人接到报告后,应当于( A )内向事故发生地县级以上人民政府安全生产监督管理部门和负有安全生产监督管理职责的有关部门报告。 A(1小时
B(1天
C(2小时
D(8小时
17(为了提高桩的稳定性,可以采用在基坑内加设支撑的方法,坑内支撑可采用单层平面或 ( C )支撑。
A(二层
B(三层
C(多层
D. 四层
18、直角扣件、旋转扣件的抗滑承载能力设计值为( C )。
A(6kN
B(8kN
C(7kN
D(8.5kN
19(模板结构受压构件长细比:支架立柱及桁架不应大于( B )。 A(80
B(150
C(160
D(170
20(模板支撑架使用可调顶托时,调节螺杆伸缩长度不得大于( B )。 A(150mm
B(200mm
C(250mm
D(300mm
21(在脚手架主节点处必须设置一根横向水平杆(小横杆),用直角扣件扣紧,且严禁拆除,这 是因为( D )。
A(横向水平杆是构成脚手架整体刚度的必不可少的杆件
B(横向水平杆是承传竖向荷载的重要受力构件
C(横向水平杆是承传竖向、水平荷载的重要受力构件 D(横向水平杆是承受竖向荷载的重要受力构件,又是保证脚手架的整体刚度的不可缺少 的
杆件
22(连墙件应靠近主节点设置,这是为了( D )。
A(便于施工
B(便于连墙件设置
C(便于立杆接长
D(保证连墙件对脚手架起到约束作用
23(当采用绳卡固接时,绳卡螺栓宜拧紧到使两绳直径高度压扁( A )。 A(1/3
B(2/3
C(1/4
D(2/5
24(( A )能够防止塔机超载、避免由于严重超载而引起塔机的倾覆或折臂等恶性事故。
A(力矩限制器
B(吊钩保险
C(行程限制器
D(幅度限制器
25(多塔作业时,处于高位的塔机(吊钩升至最高点)与低位塔机的垂直距离在任何情况下
不 得小于( C )。
A(1m
B(1.5m
C(2m
D(3m
26(物料提升机连墙杆与架体及建筑物之间,均应采用( A )连接。 A(刚性
B(柔性
C、刚性、柔性均可
D(半刚性
27(物料提升机吊篮的越程(指从吊篮的最高位置与天梁最低处的距离),应不小于( B ) m
A(2
B(3
C(4
D(5
28(施工现场用电工程中,PE线的重复接地点不应少于( C )。 A(一处
B(二处
C(三处
D(四处
29(总配电箱中漏电保护器的额定漏电动作电流,A和额定漏电动作时间rA的选择要求
是 ( D )。
A(I?>30mA,T?=0(1s
B(I?=30mA,T?>0(1s
C(I?>30mA,T?>0(1s
D(I?>30mA,T?>0(1S, I??T??30mA?s
30(交流弧焊机变压器的一次测电源线长度不应大于( A )m,进线处必须设置防护罩。 A(3
B(4
C(5
D(6
二、多选题(20题,每题2分,共40分。有两个或两个以上正确答案,多选不得分,全部选对得2分,少选时选对一个得0.5分)
1(根据《建设工程安全生产管理条例》,下列说法正确的是( ABC )。 A(建设单位在编制工程概算时,应当确定建设工程安全作业环境及安全施工措施所需费用 B(依法批准开工报告的建设工程,建设单位应当自开工报告批准之日起15日内,将保证 安全施工的措施报送建设工程所在地方县级以上人民政府建设行政主管部门或者其他有关部门备案
C(建设单位不得压缩合理的工期
D(建设工程安全生产管理,坚持质量第一、预防为主的方针
E(施工单位在申请领取施工许可证时,应当提供建设工程有关安全施工措施的资料 2(施工起重机械和整体提升脚手架、模板等自升式架设设施安装完毕后(ABCE )。 A(安装单位应该自检
B(安装单位应出具自检合格证明
C(安装单位应向施工单位进行安全说明
D(安装单位应向建设单位进行安全说明 E(安装单位应该办理验收手续并签字 3(根据《建设工程安全生产管理条例》,下列( ABCE )达到一定规模的危险性较大的 分部分项工程编制专项施工方案,并附具安全验算结果,经施工单位技术负责人、总监理工程师签字后实施,由专职安全生产管理人员进行现场监督
A(基坑支护与降水工程
B(土方开挖工程
C(模板工程
D(混凝土工程
E(脚手架工程
4(按照建设部《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》建质[2009]87号,下列哪些分部分项工程需要组织专家组对专项方案进行论证。(ABCD)
A、开挖深度为4米,地质条件、周围环境和地下管线复杂的土方开挖、支护、降水工程。 B、搭设高度为9m的混凝土模板支撑工程
C、采用常规起重设备、方法,单件起吊重量为150kN的起重吊装工程。 D、架体高度为21m的悬挑式脚手架工程。
E、开挖深度超过14m的人工挖孔桩工程。
5(施工单位在使用承租的机械设备和施工机具及配件的,由( BDE )共同进行验收。 A(建设单位
B(施工总承包单位
C(使用单位
D(出租单位
E(安装单位 4
6( 国家对( ABDE )实行安全生产许可制度。
A(矿山企业
B(建筑施工企业
C(塔吊等大型起重设施生产企业
D(烟花爆竹生产企业
E(民用爆破器材生产企业
7(配电系统中漏电保护器的设置位置至少应是( ABCDE )。 A(总配电箱总路、分配电箱总路
B(分配电箱总路、开关箱
C(总配电箱总路、开关箱
D(总配电箱各分路、开关箱
E(分配电箱各分路、开关箱
8( 职工有下列情形之一的,应当认定为工伤( ABCE )。 A(在工作时间和工作场所内,因工作原因受到事故伤害的 B(患职业病的
C(工作时间前后在工作场所内,从事与工作有关的预备性或者收尾性工作受到事故伤害的
D(请假外出期间,受到伤害或者发生事故下落不明的 E(法律、行政法规规定应当认定为工伤的其他情形 9(根据《生产安全事故报告和调查处理条例》事故调查处理的任务是( ABCD )。
A(及时、准确地查清事故经过,事故原因和事故损失; B(查明事故性质; C(认定事故责任
D(总结事故教训,提出整改措施;
E(对事故责任者依法追究责任;
10、按照《建筑起重机械安全监督管理规定》,有下列情形之一的建筑起重机械,不得出租、
使用:(ABDE)
A属国家明令淘汰或者禁止使用的;
B超过安全技术标准或者制造厂家规定的使用年限的; C经检验达到安全技术标准规定的;
D没有完整安全技术档案的;
E没有齐全有效的安全保护装置的。
11(物料提升机的吊篮停靠装置应能可靠的承担:( ABCD ) A(吊篮自重
B(额定荷载
C(运料人员
D(装卸物料时的工作荷载
E. 重物冲击荷载
12(在基坑开挖中造成坍塌事故的主要原因是:( ABCD ) A(基坑开挖放坡不够 B(边坡顶部超载
C(基坑未设置连续档土墙或未设内支撑
D(降水措施不当
E(采用机械挖土
13(模板支撑完成后,应由技术负责人组织(BCD )进行验收。验收必须履行签字手续,
写明签字日期。
A(项目经理
B(施工员
C(安全员
D(木工班长
E作业工人
14(脚手架底部的构造要求是( ABD )。
A(每根立杆底端应设底座或垫板,且应设纵向、横向扫地杆 B(纵向扫地杆距底座上皮不大于200mm,并采用直角扣件与立杆固定 C(纵向扫地杆距底座上皮不大于1000mm,并采用直角扣件与立杆固定 D(横向扫地杆应采用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方的立杆上 E(横向扫地杆设在距底面上0.8m处
15(计算立杆稳定性时,应选取其危险部位(或称最不利部位),当脚手架以相同步距、纵距、 横距和连墙件布置,且风荷不大时,危险部位在( CD )。 A(脚手架顶层立杆段
B(脚手架半高处立杆段
C(脚手架底层立杆段
D(双管立杆变截面处的单立杆段 5
E(双管立杆的双管立杆段
16(一字型、开口型脚手架连墙件设置做了专门的规定,它们是( AC )。 A(在脚手架的两端必须设置连墙件
B(在脚手架的两端宜设置连墙件
C(连墙件间距竖向不应大于建筑物层高,并不应大于4m(两步) D(连墙件间距竖向不应大于建筑物层高,并不应大于6m(三步) E(连墙件的设置与封圈型架相同
17(附着升降脚手架防坠装置的设置要求( AC)。
A(每一主框架处有一个 B(隔一主框架有一个
C(防坠与提升设在两套不同附着支承结构
D(防坠与提升设在一套附着支承结构上
E. 防坠装置与提升装置的设置没有相互关系
18(固定式塔机的安全装置主要有哪些?( ABDE ) A(起重力矩限制器
B(起重量限制器
C(限速器
D(起升高度限位器
E(小车变幅限位器
19(高架提升机应设置下列哪些安全装置?( ABDE ) A(安全停靠装置
B(断绳保护装置
C(通讯装置
D(下极限限位器
E(缓冲器
20(塔式起重机力矩限制器起作用时,允许下列哪些运行?( BD )
A(载荷向臂端方向运行
B(载荷向臂根方向运行
C(吊钩上升
D(吊钩下降
E(载荷自由下降
三、简答题(共5题,每题6分,共30分,根据完成情况给分) 21、《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》中,施工过程中检查项目应符合哪些要求,
答:1)立柱底部基础应回填夯实;
2)垫木应满足设计要求;
3)底座位置应正确,顶托螺杆伸出长度应符合规定;
4)立柱的规格尺寸和垂直度应符合要求,不得出现偏心荷载;
5)扫地杆、水平拉杆、剪刀撑等设置应符合规定,固定可靠;
6)安全网和各种安全防护设施符合要求。
22、《建筑施工企业安全生产管理机构设置及专职安全生产管理人员配备办法》中规定,建筑施工企业安全生产管理机构专职安全生产管理人员在施工现场检查过程中具有哪些职责,
答:施工现场专职安全生产管理人员负责施工现场安全生产巡视督查,并做好记录。发现现场存在安全隐患时,应及时下发隐患整改通知单,“定时、定人、定措施”,并及时向项目经理报告;对违章指挥、违章操作的,应立即制止。
23、根据《建筑施工企业安全生产管理机构设置及专职安全生产管理人员配备办法》的规定,项目专职安全生产管理人员具的主要职责有哪些,
答:1)对现场工人进行安全教育,并在施工前进行安全技术交底。
2)负责督促和执行本项目的安全工作。
3) 参与项目施工组织设计中的安全措施设计,
4) 监督本项目的特种作业人员持证上岗情况。
5)参加本项目组织的定期安全检查,做好检查记录,及时填写隐患整改通知单,并督促进行认真整改。
6) 对劳动保护用品的发放使用情况进行监督检查。
7)发生工伤事故时,要做好现场的保护和抢救工作,并向调查组如实反应事故情况。 24、根据《建筑施工塔式起重机安装、使用、拆卸安全技术规程》(JGJ196-2010)规定,塔机启用前应检查哪些项目,
答: 1)、塔式起重机的备案登记证明等文件。
2)、建筑施工特种作业人员的操作资格证书。
3)、专项施工方案。
4)、辅助起重机械的合格证及操作人员资格证书。
25、根据《建筑施工塔式起重机安装、使用、拆卸安全技术规程》(JGJ196-2010)规定,塔式起重机在哪些情况下严禁使用,
答:1)、 国家明令淘汰的产品。
2)、超过使用年限经评估不合格的产品。
3)、不符合国家现行相关的标准的产品。
4)、没有完整安全技术档案的产品。
范文四:5.均匀形核时的能量变化和临界晶核半径
一, 均匀形核
(一)形核时的能量变化和临界晶核半径
前面曾经指出在过冷的液体中并不是所有的晶胚都可以转变成为品核
只有那些尺寸等于或大于某一临界尺寸的晶胚才能稳定的存在,并能自发地长大 这种等于或大于临界尺寸的晶胚即为品核
为什么过冷液体形核要求晶核具有一定的临界尺寸
这需要从形核时的能量变化迸行分析
晶胚出现时的阻力和驱动力:
在一定的过冷度条件下,固相的自由能低于液相的自由能,当在此过冷液体中出现品胚时,一方面原子从液态转变为固态将使系统的自由能降低,它是结晶的驱动力;另一方面,由于晶胚构成新的表面,形成表面能,从而使系统的自由能升髙,它是结晶的阻力。 自由能变化公式:
1. 若晶胚的体积为V ,表面积为S ,液、固两相单位体积自由能差为?G V ,单位面积
的表面能为σ, 则系统自由能的总变化为?G V =V ?G V +S σ。
2. 式2.7右端的第一项是液体中出现晶胚时所引起的体积自由能的变化,如果是过冷液
体,则为负值,否则为正值。第二项是液体中出现晶胚时所引起的表面能变化,这一项总是正值。
3. 显然,第一项的绝对值越大,越有利于结晶;第二项的绝对值越小,也越有利于结
晶。
4. 为了计算上的方便,假设过冷液体中出现一个半径为R 的球状晶胚,它所引起的自4由能变化为:?G V =πr 3?G V +4πr 2σ 3
总的自由能变化是体积自由能和表面能的代数和与晶胚半径的变化关系如图2. 9所示
1. 它是由式2.8中第一项和第二项两条曲线叠加而成的
2. 由于第一项即体积自由能随R 的三次方而减小,而第二项即表而能随R 的平方而増
加,所以当R 增大时,体积自由能的减小比表面能增加得快
3. 但在开始时,表面能项占优势,当R 增加到某?临界尺寸后,体积自由能的减小将
占优势
4. 于是在?G V 与R 的关系曲线上出现了一个极大值?G K ,与之相对应的R 值为R K
5. 由图可知
? 当R
自动进行,这种品胚不能成为稳定的晶核,而是瞬时形成,又瞬时消失
? 但当R >R K 时,则随着晶胚尺寸的增大,伴随着系统自由能的降低,这一过程
可以自动进行,晶胚可以自发地长大成稳定的晶核,因此它将不再消失
? 当R =R K 时,这种晶胚既可能消失,也可能长大成为稳定的晶核,
6. 因此把半径为R K 的晶胚称为临界晶核,R K 称为临界晶核半径。
临界晶核半径:
1. 对式2.8进行微分并令其等于零,就可以求出临界晶核半径R K =-2σ ?G V
2. 由式2.9可知,临界晶核半径与品核的单位表面能成正比,而与单位体积自由能成反
比。因此,只要设法增加?G V 的绝对值减少σ,均可使临界晶核半径减小。
3. 将式2.6代入式2.9可得R K =-2σT m ,表明晶核的临界半径R K 与过冷度?T 成反?H f ?T
比,过冷度越大,则临界半径越小,如图2-10所示。
此外
在过冷液体中所存在的最大相起伏尺寸CCCC 与过冷度的关系曾示于图2-8
现将图2-10和图2-8结合起来,可得图2-11
从此图中可以看出两条曲线的交点所对应的过冷度就是临界过冷度,显然
1. 当?T ?t>
能转变成为晶核;
2. 当?T =?T K 时,R max =R K ,正好达到临界晶核半径,这些晶胚就有可能转变成为
品核;
3. 当?T >?T K 吋,无论是最大尺寸的晶胚,还是较小尺寸的晶胚,其半径均达到或超
过了R K ,此时液态金属的结晶过程易于进行
由此可见液态金属能否结晶液体中的晶胚能否出生成为晶核
很重要的一点就是看晶胚的尺寸是否达到了临界晶核半径的要求。而要满足这一点,就必须使液体的过冷度达到或超过临界过冷度,只有此时,过冷液体中的最大晶胚尺寸才能达到或超过临界晶核半径R K ,过冷度越大,则超过CCCC 的晶胚数量越多,结晶越易于进行。
纯金属均匀形核时的过冷度和临界晶核半径数据和原子数目:
1. 纯金属结晶时均匀形核的过冷度?T 大约为0. 2T m (T m 用热力学温度表示),这与实
验结果基本相符。
2. 在这样大的过冷度下,晶核的临界半径10-10m
3. 这样尺寸大小的晶核,约包含200个原子
范文五:马氏体的形核及临界晶核的研究
组织与性能
马氏体的形核及临界晶核的研究
刘宗昌 , 袁长军 , 计云萍 , 任慧平
()014010 内蒙古科技大学 材料与冶金学院 ,内蒙古 包头
摘要 :应用 J EM 22100电镜 、QUAN TA 2400环扫电镜对各钢铁材料马氏体相变的形核进行了观察 ,发现马氏体不仅可在奥氏体晶内 形核 ,而且可在晶界 、相界面 、孪晶界等处形核 。认为奥氏体转变为马氏体是在缺陷处依靠结构涨落 、能量涨落形核 ,是晶格重构的 过程 ,非切变过程 。研究了形成马氏体晶核时的能量变化规律 ,计算了马氏体晶核的临界尺寸 、形核功 ,得马氏体临界晶核尺寸为 7 - 1 ,20 nm ,形核功为 200,600 J〃mo l。临界晶核尺寸和形核功理论上合理 ,与相变形核的一般规律相吻合 。 关键词 :过冷奥氏体 ;马氏体 ;界面 ;形核功 ;临界晶核
文章编号 : 0254 26051( 2010) 1120017 206 中图分类号 : TG111. 5 文献标志码 : A
Nuc lea t ion an d cr it ica l n uc leu s of m a r ten s ite pha se tran sform a t ion
L IU Zong2chang, YUAN Chang2jun, J I Yun2p ing, R EN H u i2p ing ()M a te ria l and M e ta llu rgy Schoo l, Inne r Mongo lia U n ive rsity of Sc ience and Techno logy, B ao tou Inne r Mongo lia 014010, Ch ina A b stra c t: The nuc lea tion of m a rten site p ha se tran sfo rm a tion in iron and stee l wa s ob se rved by J EM 22100 tran sm ission e lec tron m ic ro scop e and QUAN TA 2400 environm en ta l scann ing e lec tron m ic ro scop e. The re su lts show tha t m a rten site nuc lea te s no t on ly in au sten ite c rysta l gra in in te rio r bu t a lso a t au sten ite c rysta l gra in bounda ry, p ha se in te rface and tw in bounda ry. It is con side red tha t m a rten site p ha se tran sfo rm a tion is no t shea r tran sfo rm a tion, bu t is a c rysta l la ttice recon struc tion p roce ss from au sten ite to m a rten site a t the defec ts dep end ing on struc tu re fluc tua tion and ene rgy fluc tua tion to nuc lea te. A t the sam e tim e, the ene rgy change du ring the fo rm a tion of m a rten site c rysta l nuc leu s wa s stud ied, and the c ritica l d im en sion and the nuc lea tion ene rgy of m a rten site c rysta l nuc leu s we re ca lcu la ted. The re su lts show tha t the
- 1d im en sion of the m a rten site c ritica l nuc leu s in stee l is abou t 7 ,20 nm and the c ritica l nuc lea tion ene rgy is abou t 200 ,600 J〃mo l. The ca lcu la ted va lue s a re rea sonab le in theo ry and a re con sisten t w ith the gene ra l ru le of nuc lea tion of p ha se tran sfo rm a tion. Key word s: sup e rcoo led au sten ite; m a rten site; in te rface; nuc lea tion ene rgy; c ritica l nuc leu s
研究马氏体相变的形核机制具有重要理论意义 。,马氏体形核在晶粒内部和晶界上均可试验表明 至今 ,马氏体相变的形核理论并不完善 ,许多马氏体形 发生 。将 Fe21. 2C合金加热到 1200 ?,保温使奥氏体 核模型与实际不符 。本文对若干种材料马氏体相变时 晶粒长大 ,然后在 M s点稍下等温 , 形成少量马氏体 , 的形核地点和形态进行了观察 ,研究了马氏体晶核形 在等温过程中被回火 ,再淬火至室温 。试样经硝酸酒 成时的能量变化规律 ,计算了马氏体晶核的临界尺寸 、 精浸蚀 ,等温过程中形成马氏体被回火而容易受侵蚀 ,
( )形核功 ,探讨了形核机制 。 在显微镜下观察为黑色 。如图 1 a所示 ,马氏体在一
个奥氏体大晶粒内部形核长大 ,同时在晶界上也有马
氏体形成 。奥氏体晶粒内部首先形成的马氏体片尺寸 1 马氏体相变的形核
较大 ,后形成的马氏体片依次变小 。 1. 1 试验材料及观察
( ) 马氏体也可以在 晶界 和孪 晶 界形 核 , 图 1 b 为 采 用 1C r13、60 Si2C rV、M n13、Fe2112C 合 金 、Fe2
1C r13钢 1000 ?加热淬火后于 300 ?回火的组织 ,可 15N i20. 6C合金 、Fe21. 4C合金 、球墨铸铁等材料 ,切
见马氏体片在界面上形核长大 。 取
将 60 Si2C rV 钢试样加热到 1100 ?,保温后淬火 , () 4 mm 厚试 样 , 加热 奥 氏体 化后 , 水 中 或 冰 盐水 淬
得马氏体组织 ,如图 2 所示 。可见 ,在奥氏体晶界上形 火 ,得马氏体组织 ,应用金相显微镜 、J EM 22100 透射电
成马氏体 ,沿着晶界长大成粗大马氏体片 ,其上存在淬 镜 , QUAN TA 2400环扫电镜等设备观察马氏体组织形
火显微裂纹 。 貌及形核地点 。
M n13 钢试样加热到 1050 ?,保温 10 m in,然后炉 收稿日期 : 2010 208 206 冷到 700 ?保温 2 h,水冷淬火 ,得到马氏体组织 ,如图 ( ) 作者简介 :刘宗昌 1940 —,男 ,河北玉田人 ,从事金属固态相变和热处 3 所示 。可见马氏体片在孪晶界面上形成 ,向孪晶内 理技术研究 , 已 发 表 论 文 230 余 篇 , 出 版 专 著 和 教 材 12 部 。 E2m a il:
lzchang75 @ 163. com 沿着某晶面长大 ,呈现片状 ,交角相遇分布 ,呈现闪电
第 35卷 18
( ( ( )) ( ))图 1 a马氏体片在奥氏体晶界和晶内形核长大 Fe21. 2C钢 , OM ; b马氏体片在界面上形核长大 1C r13钢 , TEM
( ) () F ig. 1 aM a rten site nuc lea tion in au sten ite c rysta l gra in in te rio r and a t c rysta l gra in bounda ry in Fe21. 2C a lloy OM ;
( ) bTEM mo rp ho logy of m a rten site nuc lea tion and grow th a t p ha se in te rface in 1C r13 stee l
()图 2 60 Si2C rV 钢的马氏体组织 OM ()图 4 马氏体片在石墨 2奥氏体相界面上形核 OM ()F ig. 2 Mo rp ho logy of m a rten site in 60 Si2C rV stee l OM F ig. 4 M a rten site nuc lea tion a t the p ha se in te rface of
()grap h ite and au sten ite OM
( )图 3 M n13钢的马氏体组织 SEM ( )图 5 20C r2N i4钢马氏体在晶界形核 2长大的形貌 SEM F ig. 3 SEM mo rp ho logy of m a rten site in M n13 stee l F ig. 5 SEM mo rp ho logy of m a rten site nuc lea tion and grow th a long
the c rysta l gra in bounda ry in 20C r2N i4 stee l 状或 Z字形 ,马氏体片不能跨越孪晶界面 。
将球墨铸铁试样加热到 950 ?,然后水冷淬火 ,发 错处形核是不全面的 。
现马氏体 为 透镜 片 状 , 马 氏 体 片 在 石 墨 2奥 氏 体 界 面 按照马氏体相变切变学说 ,马氏体在奥氏体晶内 () 石墨表面 上形核 , 然后向四周的奥氏体中长大 , 如 形核时 ,其晶核可与奥氏体保持共格界面 ,以实现“共 图 4 所示 。图 5为 20C r2N i4钢试样加热到 1200 ?,格切变 ”长大 ,一旦共格晶界遭到破坏 ,马氏体片即刻
[ 1 ] 保 停止长大 。现在看来 , 在 两个 晶 粒界 面上 形 核 , 或 温后淬火 ,得到板条状马氏体组织 ,可见 ,马氏体片可 孪晶界面上 、相界面上形核 ,其晶核将不能与界面两侧 沿着奥氏体晶界形成并长大 。 的晶粒同时保持共格关系 ,只能与一侧的奥氏体晶粒
综上试验表明 ,马氏体可在奥氏体晶粒内部形核 , 保持位向关系和维持共格连接 , 则不能沿着晶界“共 也可在孪晶界面上 、奥氏体晶界上 、在石墨 2奥氏体界 格切变 ”长大 。事实上 , 马氏体晶核与另一侧的奥氏 面上等处形核 。总之是在晶体缺陷处形核 ,符合固态 体晶粒虽然不共格 ,但却能够沿界面长大 。因此马氏 相变形核的一般规律 。以往过分强调在奥氏体晶内位
第 11期刘宗昌 ,等 :马氏体的形核及临界晶核的研究 19
( ) - 长大的机制值得商榷 。体晶核以“共格切变 ”形核图 7 a 所示为 Fe215N i20. 6C 合金马氏体组织 ,
()1. 2 马氏体的形核机制 可见 ,在原奥氏体的三角晶界处 界棱 形成了马氏体
() 晶核并且沿着奥氏体晶界长 大 如 箭 头所 示 。图 7 试验表明马氏体相变的形核符合相变形核的一般 ( )( ) b为 7 a 中箭头处的示意图 。说明该马氏体片在 ,即选择在晶体缺陷处形核 。已知珠光体在奥氏 规律
界棱处形核 ,沿着奥氏体晶界向奥氏体 A1 长大 。由 体界面上形核 , 是扩散形核 ; 贝氏体 在 晶界 和晶 内 形
[ 2 ] 于 A1、A 2、A2 三个晶粒位向 不同 , 马 氏 体片 只向 A1 核 ,是非协同热激活跃迁形核 ; 马氏 体主 要在 晶 内
晶内长大 。马氏体片若与 A1 晶粒保持共格 ,则与 A 2、 形核 ,有时也在相界面上形核 ,是无扩散相变形核 。可
A3两个晶粒没有共格关系 ,那么该马氏体片是怎么形 见 ,随着温度的降低 ,过冷奥氏体相变的形核存在一个
核 2长大的呢 ? 显然与切变机制相矛盾 。也即切变机 逐渐演化的过程 。
制不能解释马氏体片沿着晶界形核长大的问题 。而以 奥氏体过冷到 M s点时 , 在奥氏体的晶体缺陷处
膨胀半共格界面形核 ,则晶核可在晶界 、孪晶界面 、位 出现随机涨落 ,由于过冷度大 ,温度低 ,原子难以扩散 ,
错等处均可形核长大 。马氏体形核 长 大不 是切 变 过 马氏体相变无成分变化 ,因此不需要浓度涨落 。母相
程 。切变机制不能解释在晶界 、孪晶界面 、相界面上的 晶体缺陷处有利于产生结构涨落和能量涨落 。结构涨 [ 3 24 ] 形核长大过程 ,也不符合省能原则 。 落 、能量涨落二者非线性的正反馈相互作用把微小的
随机性涨落迅速放大 ,使得原结构失稳 ,于是建构一种
新结构 ,即马氏体晶体结构 。以错层 、位错 、界面等晶
体缺陷为起点出现结构上的涨落 ,在能量涨落的配合
下形成马氏体晶核 。因此 ,马氏体的形核即为以缺陷
促进形核 ,实现母相到新相的晶格改组的过程 ,此形核
过程符合相变形核的一般规律 。 一般认为马氏体相
( )变是共格切变形核 ,如图 6 a
所示 ,新相切变形核 ,完成此切变需要极大的能量 。切
2 c 1 2 , 式中 G 为切变弹性模变应变能为 : E? G< s(="" )图="" 7="" fe215n="" i20.="" 6c合金马氏体晶界形核="" sem="" 2="" r="" (="" )(="" )a及其示意图="" b="" 量="" ,="">< 是切变角="" ,设马氏体为双球冠状="" ,半径为="" r,="" 厚度="" f="" ig.="" 7="" sem="" mo="" rp="" ho="" logy="" of="" m="" a="" rten="" site="" nuc="" lea="" tion="" a="" t="" the="" c="" rysta="" l="" 为="" c。此应变能值比体积膨胀应变能大得多。="" 如按照="" (="" )="" (="" )gra="" in="" bounda="" ry="" in="" fe215n="" i20.="" 6c="" a="" lloy="" aand="" the="" ske="" tch="" m="" ap="" b="" g2t="" 切="" 变="" 模="" 型="" 计="" 算="" 切="" 变="" 所="" 消="" 耗="" 的="" 功="" 为="" 248="" ×="">
3 - 1 [ 3 ] 10J /mo l。这是相变驱动力远远达不到的 。 本文
2 马氏体临界晶核及形核功 认为马氏体相变的形核不是切变机制 ,而是 随着过冷奥氏体转变温度降低 ,其相变产物的临界 与奥氏体 呈 现 膨 胀 半 共 格 界 面 的 形 核 过 程 , 如 图 6 晶核尺寸越来越小 ,形核功将越来越大 。珠光体晶核尺 ( ) b。奥氏体转变为马氏体时 ,体积膨胀 ,产生体膨胀 [ 5 ] 寸为 80 ,300 nm ,贝氏体铁素体的晶 核尺 度为 2, 应变能 。 [ 2 ] 20 nm。估计马氏体晶核尺寸在 10 nm 左右 。
2. 1 在奥氏体界面上形核时
试验表明 ,马氏体可在奥氏体上晶界形核 。由于
晶界处原子排列不够规则 ,存在晶界能 ,易于通过结构
涨落 、能量涨落形成马氏体核胚 。钢中马氏体的形核
( ) 是奥氏体到马氏体的晶格改组过程 fcc?bcc或 bc t。
() 理论上一个奥氏体晶胞 每个晶胞含有 4 个铁原子
() 转变为 2个马氏体晶胞 每个晶胞含有 2 个铁原子 。
() 作者认为马氏体晶核由若干个 bcc 或 bc t晶胞组成 图 6 新旧相的共格界面结构示意图 的 ,尺度较小 ,形状为立方体 ,边长为 a、b、c, 设晶核的 ( )( )a切变半共格界面 ; b膨胀半共格界面
F ig. 6 Ske tch m ap of cohe ren t in te rface be tween new p ha se and a = b = c = h, 为一个正立方体 。
p a ren t p ha se (该立方体中有一个面平行于 { 111 } 保持 K2S位 γ ( ) ( ) ashea ring sem i2cohe ren t in te rface; bexp and ing sem i2cohe ren t in te rface
第 35卷 20
) γΔG 向关系 。如图 8 所示 , MN KL 面为奥氏体晶粒 1 和 3 A 2 2Δ+ h( 6σ - hσ ) 整理得 :G = h + U αγ γ v V γPα2的晶界面 ,在界面上形成马氏体晶核 , 设为立方 体
( )γ3 形状 ,立方体的 5 个面与 1 保持共格连接 ,而晶核 Δ的第 6个面 ,即 abcd 面 ,是原奥氏体的晶界面 ,晶核与 9G A( )= 0 ,求得临界晶核尺寸对式 3 求导 ,并令 9h γ2不可能存在共格关系 。 3 3 Δh 和形核功 G 为 :
σσ2- 12 γ αγ3 ( )4 h = ΔG A 3 + Uv V P
3 σσ)( 4 6- αγ γ 3 Δ( )G = 5 2 Δ G A27 + U vV P
3 图 8 在奥氏体晶界面上形成马氏体晶核的示意图 ( )( σσ)从式 4 可见 ,临界晶核尺寸 h 与 2- 12 γ αγ F ig. 8 Ske tch m ap of the fo rm a tion of m a rten site c rysta l nuc leu s σ( ) σ - 12 必须为负值 。式 4 的分成正比 ,此差值 2 γ αγa t the au sten ite c rysta l gra in bounda ry 母也必须是负值 ,相变才能进行下去 ,因此 ,只有这种
3 ,将临界晶核的形状设在相变形核的一般规律中 ( ) 情况下才能保持临界晶核尺寸 h为正值 。式 5 表 3 γ为球形 ,不 具 备 共 格 界 面 , 求 临 界 半 径 为 和 形 核 达了临界晶核形核功的影响因素 ,与表面能 、每个原子 [ 6 ] 功 。由于马氏体与母相保持共格界 面或 半共 格 界 的自由焓 、单位体积应变能存在复杂的关系 。 面连接 ,形状呈板条状 、片状 、薄片状 、薄板状 、透镜片 2. 2 在位错上形核时
状等形貌 ,因此马氏体的晶核不可能为球状 。马氏体 试验表明 ,马氏体也可在奥氏体晶粒内部的位错
()晶核较小 ,由若干个 bcc 或 bc t的马氏体晶胞堆砌而 线上形核 ,位错线上的原子排列发生畸变 ,存在位错储 成 ,应为立方体形状 ,晶核的 { 111 }与 γ1 晶粒 { 110 } α γ存能 ,易于通过结构涨落 、能量涨落形成马氏体核胚 。 的平行 ,保持 K2S关系 ,具有较低的共格界面能 。这样 位错是线缺陷 ,在位错线上形核 ,马氏体的其晶核由若 的晶核 长 大 时 , 为 了 降 低 应 变 能 , 将 沿 着 奥 氏 体 的 干个晶胞所组成 , 晶核尺寸很小 , 形 状 也为 立方 体 形 { 111 }长大成片状 、板条状 、薄板状等形貌 。 γ 貌 ,边长为 a = b = c = h ,如图 9 所示 ,晶核与奥氏体具
形核引起自由焓的变化为 : 有 K2S位向关系 。 3 2 ΔΔσΔ( )1 G = nG+ h U + 6 h 2n ′G αγ A v D
Δ式中 , n —马氏体晶核中的原子数 ;G—晶核中每个 A
原子的自由 焓变 化 , 恒为 负 值 ; U —晶 核中 单位 体 积 v
σ应变能 ,为相变阻力 ;—晶核表面能 ; —马氏体晶 hαγ
2 3 Δ核的边长 , 6 h为晶核表面积 ; h为晶核体积 ;G 为 D
奥氏体晶界处每一个原子的自由焓增值 , n ′为晶界向
晶核提供的原子数 。
2 ( )Δσ式 1 中的 nG为相变驱动力 ; nU+ 6 h 为 αγA A
2σ 图 9 马氏体在位错线上形核示意图相变阻力 ,表面能 6 h中有 5 个面是共格界面 ,共格 αγ
F ig. 9 Ske tch m ap of m a rten site nuc lea tion a long d isloca tion s 界面能极低 。而 abcd 面为非共格界面 。它原本是奥 晶核形成时引起系统自由焓的变化为 : 氏体的晶界界面 ,其表面能 σ贡献给形核功 ,即第 4 γ
ΔGA 项为奥氏体晶界能对形核的贡献 ,起促进形核的作用 。 3 3 2 Δσ( ) G = h+ hU + 6 h6 - he αγ D v 22V Pσ σ 形核引起表面能的变化为 : 6 h- h。 αγ γ ( )3 式 6 中 ,第 1项是相变驱动力 ; 第 2、3 项分别为体积 h 晶核中的原子数 n = , V —Fe的原子体积 ;则形 P 应变能和表面能 ,为相变阻力 ;第 4项是位错能量对形 V P2 核的贡献 。 e为单位长度位错应变能 , e = kGb ,其中 0 核引起系统自由焓的变化为 : [ 7 ] 3 k? 0. 5 ,1. 0 , G为切变模量 , b为布氏矢量 。 0h 3 22ΔΔσ σ ( )G = G + hU + 6 h- h2 αγ γ A v V P整理式 ( 6 )得 :
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[ 9 ] Δ积畸变能为 : G A3 2( ) Δσ 7 G= h + 6 h - he + U αγ D vV P3 共2 δ( )U ? E 12 V Δ2 9G D( )= 0 ,求得临界晶核尺寸对式 7 求导 ,并令 9h 式中 E 为弹性模量 , 当两相的弹性模量相等时 , 畸变 3 3 ( ) h ,再 将 h 值 代 入 式7 , 则 得 临 界 晶 核 的 形 核 功 能与新相形状无关 ,式 ( 12 )取等号 ;δ为错配度 。 3 ΔG为 : D δ由于 是新旧相点阵常数 a 的变化率 ,对于奥氏
ΔG A2 体 ?马 氏 体 相 变 , 点 阵 常 数 a 是 缩 小 的 , 即 从 σσe - 6- 36+ 3 + U αγ αγ vV P3 ( ) ( ) 0. 3591 nm fcc变为 0. 2861 nm bcc 。这 不能 反 映 ( )8 h = ΔG A () 马氏体相变时的体积膨胀特征 比容增大 引起的应 3 + U v V P变能 。其晶体膨胀应变能应当以体积膨胀率或长度变 3 2 σ S + 36S - 36S Te αγ 3 [ 10 ] Δ( )9 G= 形率表示 。因此 ,取长度变形率 :D 2T 216 Δ l ( )其中= 0. 0155 - 0. 0018w C l iΔG 2 A式中 , w ( C )是碳含量的质量分数 ,说明马氏体引起的 σσe S = - 12+ 144+ 12 αγ αγ + U vV P Δ l 膨胀 与 碳 含 量 有 关 。对 于 纯 铁 = 0. 0155; 对 于 ΔG Al iT = + U vV P Δ l 112 % C的奥氏体转变为 马氏 体时 ,= 0. 01334。因可见 ,在奥氏体晶内位错处形核时 ,其临界晶核尺 l i寸和形核功的计算式在理论上是合理的 ,但影响因素 此 ,对于纯铁 ,单位体积应变能 U : v 较为复杂 。 Δ3 l 7 ( )( ) 13 U = E = 7. 4 ×10 Jv 2 l i
3 临界晶核尺寸和形核功的计算 对于 1. 2 % C 的奥氏体转变为马氏体 , 单位体积 3. 1 晶界形核时 应变能 U : v
( ) ( ) 对于 4 、5 式 ,求界面形核时的临界晶核尺寸 Δ3 l 7 ( )( ) 14 U = E = 5. 5 ×10 J- 2 v γ和形核功 。2Fe的大角度晶界能为 0. 79 J〃m ; 半共 2 l i
()格界面 或相界面 的界面能在共格和非共格之间 ,一 ) γα1 对于 0 % C的 2Fe转变为 马氏体 - 2 [ 8 ] 般为 0. 2,0. 5 J〃m 。 将各数据代入 ( 4 )式得临界晶核尺寸 : - 2 - 2 3- 9 σσ( )取 := 0. 79 J〃m ,= 0. 5 J〃m ,则式 4 中 γ αγ h= 16. 01 ×10 m = 16. 01 nm
的分子项 : ( )将数据代入式 5 得临界形核功 : - 2 σσ( )3 2 - 110 2- 12= - 4. 42 J〃m γ αγ ΔG= 3. 27 ×10J〃mo l
纯 铁 转 变 为 马 氏 体 的 临 界 相 变 驱 动 力 为 按照一般形核规律 ,临界形核功相当于表面能增 [ 1 ] - 1180 J /mo l,则晶核中每个原子的自由焓变化为 : [ 6 , 9 ] 量的 1 /3。计算临界形核功与表面能之比得 : - 1180 - 1180 - 21 33 = =ΔG = - 1. 96 ×10 J A 23 ΔG N 6. 02 ×10 A = 226 hσ - hσ αγ γ ( )11 - 18 23 188. 93 ×10 式中的 N为阿弗加德罗常数 , N= 6. 02 ×10 。 A A = 0. 334 - 9 2 ( ) ( )16. 01 ×10 ×6 ×0. 5 - 0. 79 上述各式中 , 均有 Fe 的原子体积 V。因为每摩 P 3 1 /3 ,说明计算从理论上是正确的 。可见为 尔铁原子 的 体 积 约 为 7. 1 cm, 故 每 个 铁 原 子 的 体 - 23 3 - 29 3 ) γα2 对于 1. 2 % C的 2Fe转变为 马氏体 积 V= 1. 18 ×10 cm = 1. 18 ×10 m 。 P 11 ( )将各数据代入式 4 得临界晶核尺寸 : 取钢的弹 性 模 量 E = 206 GPa = 2. 06 ×10Pa, 3 - 9 () 铁素体 2珠光体钢的 E 与奥氏体钢的 E 值一致 。马 h = 7. 9 ×10 m = 7. 9 nm 氏体形成时 ,其周围引发应力场 。为简化 ,设畸变发生 将数据代入式 ( 5 )得临界形核功 :
() 在母相中 。正弹性 伸缩 共格畸变能与两相点阵常 3 2 - 1 ΔG = 5. 33 ×10 J〃mo l
3. 2 在晶内位错形核时 1 ν 数的差别及母相弹性模量有关 ,当泊松比 = 时 ,体( ) ( ) 3 计算 8 、9 两式中的 e值 ,即单位长度位错应
第 35卷 22
3 2 2 - 1 Δ变能 e = kGb 。G = 2. 74 ×10 J〃mo l 0
2 10 2 γα对于 1. 2 % C 的 2Fe转变为 马氏体时 ,将各数 ( )×4 ×100 = e = kGb = 1. ×2. 5 ×10 - 10 0
- 9 - 1 据带入 ( 8 )式得临界晶核尺寸 : ( )2. 5 ×10 J〃m 3 h = 10. 32 nm γα对于 0 % C 的 2Fe 转变为 马氏体时 ,将各数据
将数据代入 ( 9 )式得临界形核功 : ( )代入 8 式得临界晶核尺寸 : 3 2 - 1 3 ΔG = 5. 77 ×10 J〃mo l h = 21. 32 nm
临界形核功与表面能之比约为 1 /3 ,即 : 将数据代入 ( 9 )式得临界形核功 :
3 - 18 ΔG 89. 3 ×10 = 0. 304 = 2- 9 2 - 9 - 9σ ( ) 6 h- he 6 ×10. 32 ×10 ×0. 5 - 10. 32 ×10 ×2. 5 ×10 αγ
3. 3 计算值合理
从计算值可见 ,钢中马氏体在晶界形核时 ,临界晶 4 结论
核尺寸为 8,16 nm; 当在位错线上形核时 ,临界晶核 ) 1 对于各钢铁材料马氏体相变时形核的观察表 尺寸为 10 ,21 nm。 明 ,马氏体晶核在奥氏体晶界 、相界面 、位错 、孪晶界等
马氏体相变与贝氏体相变 ,尤其是与下贝氏体转 缺陷处形核 ,符合相变形核的一般规律 。 变存在密切的联系 ,下贝氏体也可在晶界和晶内形核 , ) 2 奥氏体转变为马氏体是在缺陷处依靠结构涨 [ 11 ] 其亚单元的最小尺度为 10 ,20 nm,它是贝氏体铁 落 、能量涨落形核 ,是晶格改组 、重构的过程 ,并非共格 素体晶核长大而成的 ,应当大于晶核尺寸 。 切变过程 ,切变机制不能解释马氏体在晶界 、相界面处
[ 1 ] 形核长大的现象 。 纯铁的 M s点约为 550 ?,碳含量和 M n、N i、C r
) 3研究了马氏体形核时的能量变化规律 ,导出马 等元素含量越多 ,马氏体点越低 ,马氏体形貌从板条状
氏体晶核的临界尺寸和形核功的计算式 。并且具体计 过渡到透镜片状 ,在此较宽的温度范围内马氏体晶核
算了钢中马氏体晶核的临界尺寸和形核功 。计算结果 的尺寸是不等的 。本计算结果表明 ,碳含量不同时 ,马
为 :马氏体临界晶核尺寸为 7,20 nm ,形核功为 200 , 氏体临界晶核尺寸和形核功也不相等 。马氏体相变温 - 1 600 J〃mo l 。临界晶核尺寸和形核功的计算值 在 理 度更低 ,其最小晶核的尺寸应当越小 。计算表明 ,在晶
论上是合理的 ,符合过冷奥氏体转变产物形核的演化 界形核时 , 0 % C 的马氏体的晶核尺寸约为 16 nm , 而
规律 。 Fe21. 2 % C的马氏体晶核尺寸约为 8 nm; 晶内形核时 ,
0 % C的马氏体的 晶核 尺 寸约 为 21 nm , 而 Fe21. 2 % C 参考文献 :
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