Fe-Mn-Al-C低密度鋼具有密度低、力學(xué)性能優(yōu)良的特性,在汽車結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。作為Fe-Mn-Al-C低密度鋼中主要的析出相,κ-碳化物的沉淀硬化效應(yīng)是Fe-Mn-Al-C低密度鋼中最為顯著的強(qiáng)化機(jī)制,對優(yōu)化低密度鋼的力學(xué)性能有著重要的作用。然而,κ-碳化物的析出形態(tài)特征及位置對Fe-Mn-Al-C低密度鋼性能的作用機(jī)制存在差異,且κ-碳化物的形態(tài)特征易受到低密度鋼合金元素構(gòu)成及熱處理條件的影響。因此,近年來科技工作者對Fe-Mn-Al-C低密度鋼中κ-碳化物的形成機(jī)制及形態(tài)特征影響因素開展了深入的研究,并取得了一定的成果。研究結(jié)果表明,Fe-Mn-Al-C低密度鋼中κ-碳化物的形成機(jī)制為調(diào)幅分解+有序化反應(yīng)。低密度鋼中Al含量增加有利于促進(jìn)κ-碳化物的析出與長大,Mn含量對全奧氏體Fe-Mn-Al-C鋼中κ-碳化物析出的影響較弱,對雙相Fe-Mn-Al-C鋼中κ-碳化物的析出有明顯的抑制作用。在400～650℃的時效溫度下,細(xì)小的κ-碳化物會在奧氏體基體彌散分布,而在650～750℃的較高溫度范圍內(nèi)時效時,粗大的碳化物會以片層狀形態(tài)存在于奧氏體或兩相區(qū)晶界。κ-碳... 

【文章來源】：材料導(dǎo)報. 2020年11期 北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

(a)奧氏體、(b)有序相、(c)κ-碳化物的面心立方結(jié)構(gòu)

由此可見,Fe-Mn-Al-C低密度鋼中κ-碳化物的形成機(jī)制主要是過飽和奧氏體的調(diào)幅分解及有序化過程,而并非直接通過形核-長大機(jī)制生成。且由于調(diào)幅分解所產(chǎn)生的溶質(zhì)會首先在晶界等缺陷中偏析,因此經(jīng)后續(xù)有序化反應(yīng)后,κ-碳化物會不斷在晶界處形成并長大。Cheng等[31]研究了Fe-13.5Mn-6.3Al-0.78C鋼中κ-碳化物的析出行為。結(jié)果表明經(jīng)1 100 ℃固溶1 h水淬后,鋼中組織為單一奧氏體相,并未發(fā)現(xiàn)析出物。固溶試樣經(jīng)700 ℃時效100 h處理后,其顯微組織與TEM研究結(jié)果如圖2所示。由圖2a可見,高溫時效處理促進(jìn)析出物在晶界處形核,并且析出物會隨著時效過程的進(jìn)行向奧氏體晶粒內(nèi)生長。圖2b透射電鏡明場相顯示晶界處分布著片晶狀鐵素體α以及κ-碳化物顆粒。圖2c、d分別顯示了α鐵素體與κ-碳化物相對應(yīng)的SAD圖譜,這表明κ-碳化物最初在奧氏體晶界形成,并不斷向晶粒內(nèi)生長。吳志強(qiáng)[23]將Fe-26Mn-8Al-C鋼在 900～1 100 ℃ 下進(jìn)行退火處理并在550 ℃下時效處理40 h后,分析鋼中第二相的析出行為。結(jié)果表明,鋼的XRD衍射譜出現(xiàn)邊帶,且TEM圖中有周期性分布的織紋狀組織,TEM選區(qū)電子衍射出現(xiàn)了L12有序相對應(yīng)的超點陣斑點,同時從高分辨照片中確定奧氏體基體中出現(xiàn)了高共格第二相κ-碳化物。因此,吳志強(qiáng)認(rèn)為κ-碳化物的析出經(jīng)歷了調(diào)幅分解與有序化的反應(yīng)過程,這與Cheng等所得結(jié)論一致。

由于奧氏體元素Mn的添加能夠穩(wěn)定 Fe-Mn-Al-C 低密度鋼中的奧氏體組織[43-48],這便使得調(diào)幅分解與有序反應(yīng)產(chǎn)生κ-碳化物過程中需要更大的驅(qū)動力及更小的應(yīng)變能,因此在Al含量較低的Fe-Mn-Al-C低密度鋼中通常難以形成κ-碳化物。Sato等[35]的研究表明,在經(jīng)1 000 ℃固溶并在550 ℃下時效處理2 000 min后,Fe-28.5Mn-4.9Al-0.98C鋼中并無κ-碳化物析出,因此未表現(xiàn)出時效硬化作用。Huang[37]認(rèn)為奧氏體的晶格常數(shù)可作為Fe-Mn-Al-C鋼中κ-碳化物析出經(jīng)驗指標(biāo),并指出臨界晶格常數(shù)為0.367 0 nm,在小于這一臨界常數(shù)時,κ-碳化物不會在Fe-Mn-Al-C鋼中析出�；诖司Ц癯�(shù)并結(jié)合實驗數(shù)據(jù),總結(jié)出在奧氏體Fe-Mn-Al-C鋼中κ相析出的邊界條件為(以下均為質(zhì)量分?jǐn)?shù),%):0.009 8Al+0.208C=10.005 4Mn (2)


本文編號：2921384