Page 68 - 国外钢铁技术信息内参（2024年9月）

4.4 i-s 相互作用和 i-s 聚集 ᇏݓࣁඋ࿐߶

研究人员早已发现，当间隙元素（i）与取代元素（s）在吸引力相互作用

下形成 i-s 原子对/i-s 簇时，将会对铁素体的高温强度、内耗 Snoek 峰以及温轧 ᇏݓࣁඋ࿐߶
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聚集组织产生影响。最近也有文献指出，氮化材料表面硬化是通过烧结硬化过

程中的 Cr-N-空位复合物和 i-s 聚集所实现。
可以用相互作用总系数 i  s 和W 将 i-s 间的相互作用表示为：
s
i
  ln  W
 i  s    i    i s （49）
 x  s  RT
x i x s 0
式中，W 表示 i、s 稀溶质混合焓中 i-s 间的相互作用。 ᇏݓࣁඋ࿐߶
i
s
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H mix   Fe i x i  1 x i   Fe S x S  1 x S  W i S x i x S （50）
亚晶格模型中，各热力学参数表示如下：

W i s  G Fe: Va  G  G Fe: i  G s: Va  L i s , : Va  L Fe: i, Va  L Fe, i s:  L Fe, s: Va （51）
i s:

W i s ＜ 0时， i  S 表示 i-s 间的吸引力，W i s ＞ 0时， i  S 表示 i-s 间的排斥力。

Numakura 结合 Nishizawa 的研究成果，对 i-s 间的相互作用进行了总结。结

果（图 23）表明，γ-Fe 中，位于元素周期表 Fe（第 8 族）左侧的元素，呈现出
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越靠左对 C 和 N 的吸引力越强的规律性变化趋势。这一趋势与图 14 所示合金
碳化物和合金氮化物的稳定性趋势相一致。α-Fe 中，N-s 也呈现出类似的相互

作用趋势，但由于α-Fe 中 N-s 的相互作用较小，并未观察到系统性变化。通过

力学损耗实验，Numakura 还发现 N 与 Cr 之间具有强引力，但 C 与 Cr 之间的

相互作用极弱，这与图 23（c）和（d）所示结果相一致。
 i  S 和W 表示固溶体中的宏观相互作用，利用包含捕获位点和其他母相位
i
s
点的二阶模型则能够从微观角度呈现单个 i 和 s 原子对的键合力（∆E）。
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z   E  
 i  S  m  1  exp  kT     （51）


式中，z 表示各取代位点的邻近间隙位点数，m 表示取代位点与间隙位点

的比率。研究人员对α-Fe 中 m = 3 时第一邻近位点（z=6）、第二邻近位点

（z=12）和两者（z=18）间的 i-s 相互作用进行了分析。

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CSM 中国金属学会 CMISI 冶金工业信息标准研究院

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