锯齿状魏氏组织表面浮凸的扫描隧道显微镜研究.pdf

第34卷第12期
个属学级
Vol 34 No 12
1998年12月
ACTA METALLURGICA SINICA
December 199&
锯齿状魏氏组织表面浮凸的
扫描隧道显微镜硏究
薄祥正徐宁方鸿生
清华大学材料科学与工程系,北京100084
摘要用扫描隧道显微镜观察到Fe-0.37C(质量分数,%)钢中的锯齿状魏氏组织产生表面浮凸
发现其浮凸是由多片魏氏组织片条组成的浮凸群,浮凸髙度约为60-170nm,低于其形核处仿晶型铁
素体的表面浮凸、在仿晶型铁素体中观察到面一面激发形核方式,其浮凸的最大形状变形量为0.39.锯
齿状魏氏组织和仿晶型铁素体的表面浮凸可用台阶机制解释,并以台阶机制定性解释了帐型、复杂型和
单倾型表面浮凸的形成过程
关键词锯齿状魏氏组织、仿晶型铁素体,表面浮凸,扫描隧道显镜,台阶生长
中图法分类号TG111
STM STUDY ON THE SUREAGE RELIEF EFFECTS
ASSOCIATED WITH WIDMANSTATTEN
SAWTEETH
BO Xiangzheng, XU Ning, FANG Hongsheng
Department of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084
Correspondent: BO Xiangzheng, Tel: (010)62782361, Fax: (010)62771160
E-mail: fhs-dms Omailtsinghua. edu. cn
Manuscript received 1997-12-29, in revised form 1998-03-23
ABSTRACT Surface relief effects associated with the widmanstatten sawteeth in an Fe-037C
(mass fraction, %)alloy were investigated by scanning tunneling microscopy(STM)for the first
time. the relief of the widmanstatten sawteeth is made up of a group of platelets. The height of
the relief is about 61-171 nm, which is lower than that of grain boundary allotriomorph from
which sawteeth devoloped. Configuration of face-to-face sympathetic nucleation was observed in
grain boundary allotriomorphs, and the maximum shape deformation of their reliefs is 0.39. The
formation of surface relief caused by sawteeth and allotriomorphs precipitation can be rationally
explained by the ledgewise growth mechanism. Ledgewise growth mechanism is applied to explain
qualitatively the formation of a tent-shaped, complex-shaped and single-tilt surface relief
KEY WORDS widmanstatten sawteeth, grain boundary alotriomorph, surface relief, scanning
tunneling microscopy, ledgewise growth
Dube和 Aaronson等-将钢中先析出铁素体的形态分为六类:晶界仿晶型铁素体(GBA
魏氏组织侧片、锯齿状魏氏组织、晶内魏氏组织片条、晶界和晶内等轴状铁素体以及块型相变
产物.魏氏组织会产生帐篷型表面浮凸B-?,最近发现晶界仿晶型铁素体也能产生表面浮凸悶
国家自然科学基金资助项目59771036
收到初稱日期:1997-12-29,收到修改稿日期:1998-03-23
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金属学报
34卷
而锯齿型魏氏组织(WS)能否产生表面浮凸的研究尚未见报道.WS的形成温度介于總氏组
织侧片和仿晶型铁素体之间,也是扩散控制的相变1. Christian认为表面浮凸的形成是因为
界面处两点阵保持共格或半共格关系,在一些扩散型相变中,点阵对应关系也能够维持P,1?
WS的惯习面与魏氏组织片相同,均为{1,且具有K-S位向关系21.因此,伴随WS
的形成,产生表面浮凸是可能的
由于扫描隧道显微镜(STMI)具有远大于光学显徽镜的分辨本领,横向分辦率为0.1mm,纵
向分辨率为0.0nm12],因此STM用于表面浮凸的观察具有显著优点(7…,1-1.本文尝试
用STM观察钢中WS的表面浮凸,カ图进一步述其形成机制,
1实验方法
实验用合金为Fe-0.3TC(质量分数,%),其恃锭经1200℃扩散退火48h后,切成10
mmx10mmx4mm的薄片,机械地光后的样品封入其空度为10-4Pa的石英管中,1200し奥
氏体化20min,然后谇入室温水中,不敵碎玻璃管(保护样品表面不受氧化),在形成GBA和
魏氏组织侧片的表面浮凸同时,WS的表面浮凸也被观察到.戏余奥氏体转变为珠光体,珠光
体不产生相界面移动导致的表面浮凸
STHM观察之前、先用光学显微镜观察WS的表面浮凸,样品表面打显微硬度做标记,以
便观察表面浮凸经腐蚀后同一视场的显徽组织.在大气环境下室温进行STM观察。采用恒电
流模式,腱道电流为1.5nA,偏压为30mV.针尖是钨丝在5mo/L的NaOH水溶液中经电化
学腐蚀而成
2结果与讨论
2.1光镜下锯齿型氏组织(WS)的豪面浮凸
图1a所示为光学显微镜下WS和GBA的表面浮凸,WS的表面浮凸如图中箭头所指.
表面浮凸与GBA和魏氏组织侧片的浮凸变形量相比较小.腐蚀后同一视场的WS显微组织见
图1b.图中三角形WS清晰可见,它们从GBA处长出,与 Aaronson的观察结果-致四
b
OH
?1钢中WS和GBA表面浮凸的金相照片
Fix. 1 LOM micro aph of surface relief asociated with WS and GBA in an Fe-0.3(mass
fraction, %)steel.
(a)surface relief ()microstructure at the same area as (a)after etching by nital