《表4 DM钢中碳化物的生成自由能ΔGMxCy》

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《热作模具钢DM的高温稳定性和热疲劳性能》

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根据热力学数据手册[26]可计算出DM钢中碳化物Fe3C、Cr7C3、Cr23C6、Mo2C、Fe3Mo3C、MoC和VC的生成自由能，如表4所示。考虑到各类碳化物析出时过饱和马氏体基体中C原子分布一致，将表4所列DM钢中各碳化物生成自由能对碳原子归一化处理后与温度的关系绘于图17。由图17可见，在620℃碳化物的生成自由能的大小排序为Fe3C>Cr23C6>Cr7C3≈VC≈Mo2C>Fe3Mo3C。根据热力学自由能最低原则，渗碳体逐渐向Cr系碳化物（Cr23C6和Cr7C3）、Mo系碳化物（Mo2C、Fe3Mo3C和MoC）、V系碳化物（VC）演变。这与高温热稳定显微分析结果一致。DM钢在620℃热稳保温1 h晶内出现合金渗碳体（图3），晶界处形成M7C3和M23C6型碳化物（图4）。当热稳保温时间增加到20 h，M2C型碳化物逐渐溶解（图5），并伴随着片状和杆状碳化物转变为块状M7C3型碳化物（图6）。但是，由图17可以看出，温度高于500 K后Cr23C6碳化物形成自由能高于Cr7C3。大量研究结果[18，62]表明，Cr7C3为亚稳碳化物，在高温下最终转变为Cr23C6型。这一演变规律与自由能的计算结果不同，因为考虑Cr系碳化物间发生的原位转变时不能采用Henry标准态进行热力学计算，其组元化学势也将发生显著变化。Mo2C、Fe3Mo3C、MoC的Mo系碳化物间的类型转变，也不能以此热力学数值对比评估。但是，这并不妨碍通过热力学计算分析620℃时不同成分的M3C（Fe系）、M7C3（Cr系）、M6C（Mo系）型碳化物生成自由能的高低，分别为27765.5 J/mol，3841.5 J/mol，-7138.1 J/mol，这与热疲劳性能微分析结果相吻合。随着循环周次增加到3000次位错密度下降至较低值，此时基体组织的回复程度要高于620℃热稳20 h，因此大量形成稳定性高的Mo系M6C型碳化物（图12所示）。