如何判断材料相变的方法及结果分析

材料在发生相变时，晶格结构的改变将导致试样的体积变化。在同样的温度下，奥氏体的比容最小。当发生相变时，热膨胀（DIL）曲线上会出现相应的波动，波动的起始点和结束点即表示相变的开始和结束温度，结合材料的热胀冷缩效应和相变膨胀，相应的相变膨胀量也可以在DIL曲线获得。因为相变的开始和结束温度等都是通过在DIL曲线上做切线后获得，故将该处理方法定义为切线法。

切线法如图2-12所示，图中曲线是冷却速率为10K/s并在623K保温5min时硼钢板试样的热膨胀试验结果。DIL曲线可以分割成多个线性和非线性段。

图2-12 切线法（试样冷却速率10K/s，保温温度623K）

当试样从1173K降温时，材料处于纯奥氏体状态（线性段拟合为切线a），当1003K左右铁素体出现后，曲线的斜率随着试样温度的降低而减小，这说明了铁素体相变的开始，一定量的奥氏体已转变为铁素体。当温度进一步降低到913K左右时，试样的长度变化量和温度又变为线性相关（线性段拟合为切线b），即试样中奥氏体和铁素体的含量保持不变，试样随着温度的降低而线性收缩直到贝氏体相变开始。随着温度的进一步降低，曲线的斜率也再次减小，即奥氏体开始向贝氏体转变。温度低于713K左右后，随着贝氏体相变的结束，DIL曲线再次恢复线性（线性段拟合为切线c）。当温度降低到673K左右时，DIL曲线变为非线性，标志着马氏体相变的开始。随后，温度降低到623K并在此温度保温，从图2-12中可以看出，马氏体相变在此保温阶段结束。(www.xing528.com)

相变结束时温度处的切线与DIL曲线的y轴坐标的差值即该相变导致的相变膨胀量（图2-12）。但是相变是在不同的温度下发生的，因此需要将不同温度时的膨胀量转换到统一的单位下。图2-13所示为冷却速率分别为50K/s、10K/s和2K/s时硼钢板的DIL曲线。铁素体、贝氏体及马氏体相变的膨胀量分别是L_F=6.3μm、L_B=4.4μm和L_M=9.0μm。根据图2-13虚线部分可知，发生单一相变时，铁素体、贝氏体及马氏体的相变膨胀量分别是L_F（全部）=40.2μm、L_B（全部）=32.8μm和L_M（全部）=58.4μm。因此，将贝氏体的膨胀量转换为以铁素体表示的统一单位时，可表述为L′_B/L_B=L_B（全部）/L_F（全部），转换后的贝氏体膨胀量为L′_B=3.6μm。同样的，将马氏体的膨胀量转换为以铁素体表示的统一单位时，可表述为L′_M/L_M=L_M（全部）/L_F（全部），转换后的马氏体膨胀量为L′_M=13.1μm。冷却速率10K/s、保温温度623K的冷却路径下，铁素体、贝氏体及马氏体的比例为L_F∶L′_B∶L′_M=6.3∶3.6∶13.1，即该冷却路径下的相组成为27%的铁素体、16%的贝氏体和57%的马氏体。其他条件下的相组成也可以通过该切线法确定。

图2-13 冷却速率分别为50K/s、10K/s和2K/s时硼钢板的DIL曲线