稀土一硼復(fù)合變質(zhì)處理后,，細化本質(zhì)晶粒度的主要原因是,，稀土、翩在晶界上富集和彌散質(zhì)點的釘軋作用所致,。因為稀土富集于奧氏體晶界;降低自由能,，減小晶粒長大的驅(qū)動力,，能強烈阻礙7Fe晶粒長大。雖然硼略有促進晶粒粗化的傾向,，但稀土在晶界阻礙7Fe晶粒長大的強烈效應(yīng)足以克服這種粗化傾向,，況且卿80Q 硼與氧、氮作用形成分散的第二相微粒與晶界交互作用,，可阻礙晶界移動,。高溫加熱時，稀土形成穩(wěn)定的氧化物質(zhì)點也起釘扎晶界的作用,，故可抑制高溫時的晶粒長大，使本質(zhì)晶粒度細化,。
(2)對ZG3OCrMn2Si等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響為了探討稀土一翻對ZG3OCrMn2Si的等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響,，本文測定了變質(zhì)與未變質(zhì)的3OCrMn2Si鑄鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線，見圖5一 22,。從圖5一22可知,，稀土一 a能使30CrMn2Si鑄鋼等溫轉(zhuǎn)變開始曲線右移，推遲珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變,，增加孕育期,，使鋼的淬透性增加，同時使等溫轉(zhuǎn)變終了曲線左移,，縮短了等溫轉(zhuǎn)變時間,，并也能使叭點升高。這主要是由于稀土一硼細化了鑄態(tài)組織,，減小了枝晶間距,，縮短碳及其他合金元素的擴散距離，在高溫奧氏體化溫度下,，這些合金元素能充分溶人奧氏體,，提高奧氏體的穩(wěn)定性。另一方面，稀土和翻在晶界的富集,，降低了晶界能并抑制鐵素體及貝氏體在晶界上成核,，因此，減慢了奧氏體的分解速度,，提高了淬透性,。致于提高叭點的原因，可能是缺陷組態(tài)起著有助于馬氏體形核的作用,。因為稀土既能降低位錯處溶質(zhì)濃度,，減小溶質(zhì)原子對位錯的釘扎作用，使位錯的可動性增加,，又能降低奧氏體層錯能,，使馬氏體相變時，臨界切變應(yīng)力減小,，有利于馬氏體核坯的擴展,，使M點升高。
(3)對馬氏體形態(tài),、尺寸的影響馬氏體分兩大類,，從形態(tài)上分為板條狀馬氏體和片狀馬氏體，從亞結(jié)構(gòu)上分,，前者為位錯亞結(jié)構(gòu),，又稱位錯馬氏體;后者為孿晶亞結(jié)構(gòu)，又稱作孿晶馬氏體,。位錯亞結(jié)構(gòu)碳含量較低(二(C)<0.4%), 并且在較高溫下形成,，其性能特征是硬度高韌性好，固又稱韌性馬氏體,。孿晶亞結(jié)構(gòu)馬氏體碳含F(xiàn)-4rA高,，形成溫度較低，其性能特點是硬度高,，脆性大,，固又稱作脆性烏氏體。從馬氏體鋼性能要求希望得到位錯亞結(jié)構(gòu)馬氏體,。
在中碳馬氏體鑄鋼碳含量范圍內(nèi),，按理不應(yīng)該出現(xiàn)孿晶馬氏體，但因是鑄鋼,，屬非均質(zhì)材料,。鑰在一次結(jié)晶過程中由于選分結(jié)晶，形成較嚴重的枝晶偏析,，即低次軸碳含t低高次軸尤其是枝晶間碳含量高,，故其淬火組織由不同比例的板條馬氏體及片狀馬氏體(混合馬氏體)組成見圖5一23,碳含量愈高,，片狀馬氏體愈多。
未經(jīng)變質(zhì)的中碳馬氏體鋼中,，片狀馬氏體比例較高,，且片狀馬氏體趨于粗化。經(jīng)稀土及稀土硼復(fù)合變質(zhì)處理后,，不但大大增加板條馬氏體的比例,，而且使板條馬氏體的尺寸不同程度的減少，其中以RE一B復(fù)合處理效果最為顯著
Y基重稀土的變質(zhì)效果優(yōu)于Ce基輕稀土,，而用單一硼變質(zhì),，沒有改變鋼中混合馬氏體的比例，只是細化了片狀馬氏體組織,，表5一18示出了不同變質(zhì)劑對板條馬氏體尺寸的影響,。
稀土變質(zhì)處理使板條馬氏體的長度變短，而寬度增加;稀土復(fù)合變質(zhì)處理使馬氏體的長,、寬均變小,。特別是稀土硼復(fù)合變質(zhì)處理，使馬氏體的長度由原來的105m減小到15m,，而且在掃描電鏡下觀察,，經(jīng)稀土硼復(fù)合變質(zhì)的組織特別均勻。
(4)馬氏體亞結(jié)構(gòu)在日本產(chǎn)的H-800透射電子顯微鏡下,，采用金屬薄膜試樣,，進行對比觀察，采用選區(qū)電子衍射標定,。
試驗鋼在同一爐中冶煉,，變質(zhì)處理在爐外包中進行，以保證鋼的基本成分一致,，即一爐鋼液分四包澆注，第一包空白,，第二包w(Ce)0.15%基輕稀土變質(zhì),，第三包二(B)O.007%變質(zhì)，第四包w(Ce)O.15%基輕稀土w (B)O.007%復(fù)合變質(zhì),。
1)空白實驗未變質(zhì)ZG31Mn2Si組織中馬氏體的亞結(jié)構(gòu)見圖5一25a,，可見，未變質(zhì)ZG31 Mn2Si鋼組織中馬氏體的亞結(jié)構(gòu)以粗大孿晶為主,，分布非常集中,，仍有少量的位錯馬氏體存在。
2) w (Ce)0.15%基輕稀土變質(zhì)經(jīng)Ce基輕稀土變質(zhì),，馬氏體亞結(jié)構(gòu)以位錯為主(見圖5 - 25c),，位錯密度較未變質(zhì)的馬氏體高,。在研究中發(fā)現(xiàn)，隨著奧氏體化溫度提高,，位錯馬氏體比例增加,。為控制得到位錯型亞結(jié)構(gòu)馬氏體，既要變質(zhì),，又要高溫奧氏體化熱處理,。
3) B變質(zhì)加B變質(zhì)對馬氏體結(jié)構(gòu)影響和稀土不同。經(jīng)B變質(zhì)位錯亞結(jié)構(gòu)馬氏體數(shù)量沒有增加,，仍是混合馬氏體基體,，但它卻使孿晶亞結(jié)構(gòu)馬氏體大大細化(見圖5一25b)，眾所周知,，孿晶馬氏體細化有助于提高鋼韌性,。在熱處理研究中發(fā)現(xiàn)，要得到細孿晶馬氏體結(jié)構(gòu),，熱處理溫度和鋼中殘B量有關(guān),，當鋼中殘B量較低時〔二(B)0.003%)，熱處理溫度不宜過高,，當鋼中殘B量較高時 (w(B)>0.004%),，要求較高熱處理溫度。因為在此情況下,，高的殘B量導(dǎo)致鋼中非固溶B (BN)量增加,，為促使氮化硼分解，溶人奧氏體,，需要較高的奧氏體化溫度,。在研究遺傳性中發(fā)現(xiàn)，含稀土硼鋼經(jīng)重新溶化,，稀土全部燒損,。B 對鋼卻有明顯的遺傳性。
4) w (Ce)O.15%基稀土w(B)0.007%復(fù)合變質(zhì)研究證實RE-B復(fù)合變質(zhì)效果最佳,，馬氏體亞結(jié)構(gòu)以位錯為主(圖5一25f),，位錯密度高，馬氏體板條細小,。雖存在少量細小的孿晶馬氏體,，也為位錯馬氏體所包圍(圖5一25e)。在熱處理研究中,，要考慮稀土硼的復(fù)合作用,，不能象單加稀土那樣單純追求高溫奧氏體化，要考慮B的殘留量,。從研究結(jié)果揭示,，要控制好組織,，復(fù)合變質(zhì)處理的奧氏體化溫度比單加B的高，比單加稀土的低,。建議對碳含量w(C)0.3%左右的中碳馬氏體鋼,，單加B變質(zhì)采用900 -- 9500C奧氏體化，單加稀土變質(zhì)采用 10500C奧氏體化,，稀土硼復(fù)合變質(zhì)10000C奧氏體化為宜,。
為什么稀土變質(zhì)能使馬氏體亞結(jié)構(gòu)以位錯為主。眾所周知,，位錯馬氏體的碳含傲可達,，(C)0.4%，而本鋼種碳含量僅有w(C)0.35%,，應(yīng)全部為位錯型馬氏體,，、但由于鑄造狀態(tài)下的不平衡結(jié)晶,，在加上凝固過程中的選分結(jié)晶和Mn的影響,，使鋼中的碳含量產(chǎn)生嚴重的微觀偏析一枝晶偏析。正是由于鑄鋼的非均質(zhì)性,，在枝晶間碳含量高于二(C)0.4%,，導(dǎo)致孿晶馬氏體產(chǎn)生，出現(xiàn)混合馬氏體組織,?？梢詳嘌裕T鋼組織的不合理性導(dǎo)致相同成分鑄鋼的韌性比鍛造鋼種低,，其主要原因是成分不均勻—偏析造成的,。
通過稀土鑄鋼凝固研究發(fā)現(xiàn)，稀土加人鋼中能擴大We相區(qū),，而合金元素如:C, Mn, Cr等在We相區(qū)中的擴散速度為yFe相區(qū)中的50-100倍,。所以含稀土的鑄鋼在凝固過程中，通過We相區(qū)的時間較長,。因此,，C, Mn, Cr等合金元素能在此區(qū)得到較為充分擴散，使鑄鋼成分趨于均勻化,，導(dǎo)致中碳馬氏體鑄鋼組織中馬氏體亞結(jié)構(gòu)的變化。經(jīng)稀土變質(zhì)的中碳馬氏體鑄鋼,，其馬氏體亞結(jié)構(gòu)以位錯型為主,。經(jīng)進一步研究發(fā)現(xiàn)，稀土可促使TTT曲線的開始轉(zhuǎn)變曲線右移,，終了轉(zhuǎn)變曲線左移,，大大縮短了整個相變的轉(zhuǎn)變時間,，這充分證明了稀土加人能促使鑄鋼的成分均勻化。稀土鋼要求高溫奧氏體化,，也是基于成分均勻化的觀點出發(fā)的,。奧氏體化溫度愈高，元素擴散愈充分,，成分愈均勻,，位錯馬氏體數(shù)量就愈多。
晶粒細化,，能縮短合金元素的擴散距離,，也能促使鑄鋼成分均勻化，稀土加人鋼中能明顯細化鋼的奧氏體晶粒度,。因此,，也能增加位錯馬氏體數(shù)量。