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为了弄清钒在珠光体组织转变中的作用和沉淀析出的规律,通过电化学萃取分析结合透射电子显微镜观察研究了钒含量对PD3钢中碳化钒析出行为的影响。研究结果表明:PD3钢的铁素体和渗碳体中固溶钒的饱和溶解度分别为0.09%和0.23%左右;当钢中钒含量低于0.21%时,钒主要以固溶形式存在,只有量的碳化钒质点无序析出;当钢中钒含量增加,超过饱和溶解度后,多余的钒则主要以碳化钒的形式析出;当钢中钒含量高于0.21%,达到0.33%时,碳化钒将以无序状态和/相间沉淀0两种方式大量析出。
低碳钢中加入微量钒,可以在铁素体中析出碳化钒微粒,而奥氏体中溶解的碳化钒在转变时形成界面沉淀产生强化作用,对此,不少研究者进行过定量研究。由于碳化钒在奥氏体中有较高的溶解度,它们在一般的常化处理之后即沉淀析出,所以低碳钢中加入微量钒可起到较强的沉淀强化作用。
当钢中钒含量超过0.12%以后,铁素体和渗碳体中钒含量并不随钢中钒含量的增加而上升,钢中钒含量的增加只是导致碳化钒析出量增加。分析表中数据可知,钢中钒含量提高后,铁素体中钒含量大致稳定在0.09%左右,渗碳体中钒含量大致稳定在0.23%左右。这说明0.09%和0.23%是PD3钢中的钒在铁素体和渗碳体中的饱和溶解度。2.2 PD3钢中碳化钒的析出
对各试样的珠光体形貌的大量观察表明:在2号和3号试样中的珠光体内没有明显的碳化钒质点析出,只有在较宽大的珠光体片内偶见无序的少许碳化钒质点。暗场观察可以发现这类质点位向关系往往并不一致,即暗场下不能得到这类质点同时呈现亮的视场,这说明此类质点不是通过/相间沉淀0析出的。从表2的数据可以知道,2号和3号试样的碳化钒析出量很少,只有0.019%和0.074%,所以TEM下不易发现碳化钒质点。从碳化钒的析出规律来看,电镜观察与萃取分析的结果是一致的。
正是因为PD3钢碳化钒的这些特点,所以PD3钢的碳化钒析出更加困难,而且冷却速度对其抑制作用更加强烈,同时碳化钒析出所需的热力学驱动力更高。正因为如此,PD3钢中碳化钒的相间沉淀要受以下两种因素的制约:
一是冷却速度。当冷却速度较快时,珠光体片间距变细,铁素体平均自由程变小,碳和钒供给量不足,不易形成超过临界尺寸的碳化钒晶核,相间沉淀受到强烈的抑制。实验结果已证实了这一点。
二是钒含量。当钢中钒含量较低时,形成碳化钒的驱动力不够,钒更容易以固溶形式存在。当钢中钒含量升高,超过饱和溶解度时,形成碳化钒的热力学驱动力增强,就会发生碳化钒的相间沉淀,同时使珠光体片间距增大。这与实验结果是符合的。
V2O5碳热还原合成碳化钒粉末的反应过程，高温还原碳化阶段，在较低的温度下（１）（１２００。Ｃ），粉末试样是由较大尺寸（５—１５汕ｍ）的颗４Ｖ２０５（ｓ）＋１７Ｃ（Ｓ）＝Ｖ８Ｃ７（Ｓ）＋１０Ｃ０２（ｇ）ｔ粒团聚体组成将单个团聚体放（２）
大后，发现大团聚体表面上附着有许多细小（约几按反应（１）需要配碳３０．８％，按反应（２）需要十个纳米）的颗粒（图２（ｂ））；没有被附着的颗粒表配碳２１．９％。而试验结果表明，蕞佳配碳量为面光滑，呈椭圆球形。结合前面的ＸＲＤ分析可知，２８％，说明在常压下还原、碳化反应过程中，产生的１２００℃产物由Ｖ：０，、ＶＣ，一。和炭黑组成，所以细小气体应该既有ＣＯ，又有ＣＯ，。其原因在于：由上述颗粒应该是纳米炭黑，被包覆的颗粒是生成的Ｖ：０，物相转变可知，从Ｖ：０，到Ｖ。Ｃ，的反应是分为多步或ＶＣ，一；；因为纳米级炭黑活性大，未参与反应的炭进行的。但在下面的热力学分析中，为了说明反应黑就吸附在生成物表面，缩短了碳原子扩散距离，有进行的过程，统一按照生成ＣＯ计算。