珠光體球化的分析與研究

1、珠光體球化的分形研究珠光體球化的分形研究王印培王印培陳進孫曉明孫曉明(華東理工大學化機研究所上海200237)陳積強陳積強(上海市安裝工程有限公司上海200080)摘要:珠光體球化反映到金相上是一種不規(guī)則圖像的變化并且具有分形的特征可望用分形幾何的方法來進行描述。以Cr2Mo鋼的珠光體球化為例探討用分形維數(shù)來描述珠光體球化程度用小島法對15CrMo鋼的珠光體球化圖譜進行了測量。實驗表明珠光體球化從1級到6級其相應的分形維數(shù)范圍為1.31

2、56～1.9282。從電廠運行了105h的15CrMo鋼管上取樣實測了該試樣的珠光體球化等級結(jié)果表明以分形維數(shù)表示的球化程度與按圖譜評定的球化等級完全吻合。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:分形金相珠光體球化Cr2Mo鋼1引言引言室溫下鋼的組織及性能一般是相當穩(wěn)定的但在高溫長期作用下由于擴散過程的加劇鋼的組織將逐漸發(fā)生變化這種變化會引起鋼的性能改變。其中低合金鋼的珠光體球化是鋼在高溫下長期服役后常見的組織變化之一。由于其對材料的力學性能尤其是高溫力學性能影

3、響較大一直為工程界所關(guān)注。珠光體球化程度對材料力學性能的影響已有許多研究對一些具體鋼號也得出了珠光體球化的不同程度所相應的性能。因此工程上常以檢驗珠光體球化程度的辦法來評估高溫設(shè)備服役中的安全性并對珠光體球化程度進行分級以便工程應用。然而通常所使用的對珠光體球化的分級與評定方法是以金相觀測與標準圖譜進行比照存在著某些不足。珠光體球化反映到金相上是一種不規(guī)則圖像的變化并且具有分形的特征可望用分形幾何的方法來進行描述。本文以Cr2Mo鋼的珠

4、光體球化為例探討用分形維數(shù)來描述珠光體球化程度。2分形維數(shù)測量分形維數(shù)測量分形維數(shù)是分形結(jié)構(gòu)的一個重要參量它能定量描述分形結(jié)構(gòu)的不規(guī)則程度[1]。近年來討論分維測試方法的文章有很多。分維測試的方法也很多如周界———面積關(guān)系方法、垂直剖面法、表面面積直接測量法、功率法、二次電子散射法等?；谠诮鹣嗌嫌^察的珠光體組織是具有一定面積的封閉圖形的圖形特點可用小島法來測定它的分形維數(shù)。小島法測試的原理和方法簡介如下[2]。對于一般規(guī)則圖形如矩形、

5、圓等的周長(P)和面積(A)之間有P∝A12(1)而不規(guī)則圖形如云彩、夾雜物等的周長和面積有如下的關(guān)系P1D1D∝A1212(2)式中D———分形維數(shù)則(1D)lgP=C(12)lgA式中C———常數(shù)所以D=2(ΔlgPΔlgA)(3)(e)完全球化(第五級)(f)嚴重球化(第六級)圖115CrMo鋼珠光體球化參考級別[2]500表1珠光體球化六個等級的分形維數(shù)珠光體球化六個等級的分形維數(shù)球化等級123456D1.92821.7841.

6、61441.60441.41441.3156圖2珠光體球化分形維數(shù)與球化等級的關(guān)系圖3運行105h后的15CrMo鋼組織5004討論討論(1)珠光體球化過程是鋼中原來呈片層狀的滲碳體在高溫的長期作用下逐步轉(zhuǎn)變成球狀球化后的碳化物繼續(xù)增大自己的尺寸使小直徑的球狀變成大直徑的球狀。由珠光體球化機理可以看出珠光體球化過程不是瞬間完成的而是要經(jīng)過一個珠光體中的碳化物分散、聚集、成球的過程。珠光體球化的過程如圖4所示。由圖4可見a圖為鋼的原始組織

7、由鐵素體和片層狀珠光體組成在高溫環(huán)境中運行一段時間后片層狀的珠光體中的碳化物會慢慢分散如b圖所示。隨著時間的推移珠光體中分散的碳化物變成球狀物片層狀的珠光體逐漸消失如c圖所示。然后小的球狀物會慢慢變大片層狀珠光體明顯消失最終變成球化組織如d圖所示。由珠光體逐漸球化的過程來看這些變化是彼此相似的因而最終的球化組織具有自相似性。由此可見珠光體球化金相組織具有分形幾何的兩大特征2不規(guī)則性與自相似性。因此珠光體球化金相組織具有分形特征可以用分形