本文關(guān)鍵詞：含Al孿生誘發(fā)塑性鋼中有序合金碳化物析出機制初探

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【摘要】：Fe-Mn-Al-C輕質(zhì)TWIP鋼在汽車工業(yè)中和深冷環(huán)境下具有潛在的應(yīng)用價值,不僅因為超高的強塑積和優(yōu)異的加工硬化性能,而且由于低的韌脆轉(zhuǎn)折溫度和低廉的合金添加,可以在很大范圍內(nèi)取代奧氏體不銹鋼的作用。研究發(fā)現(xiàn),該合金經(jīng)中溫時效處理后,會獲得彌散分布的合金碳化物(FeMn)3AlC,由此改變材料的力學性能。對于該碳化物的析出機制,即到底是經(jīng)spinodal分解還是經(jīng)傳統(tǒng)的形核長大機制完成,目前存在較大爭議,因此本研究試圖從熱力學的角度揭示碳化物的沉淀規(guī)律。本工作首先對現(xiàn)有的三元合金中發(fā)生spinodal分解的熱力學判據(jù)進行了進一步的修正,提出判別三元合金是否存在spinodal分解傾向的簡單數(shù)學判據(jù)。同時,在中心原子模型的基礎(chǔ)上,建立了四元Fe-Mn-Al-C合金成分和自由能的熱力學表達式,并一固定Mn含量的方法獲得偽三元的版本,以著重分析Al和C元素在碳化物沉淀方面扮演的角色,并適用于三元系的Spinodal分解判據(jù)。根據(jù)計算結(jié)果顯示,在含Al孿生誘發(fā)塑性鋼的Fe-Mn-Al-C系列合金中,能夠發(fā)生Spinodal分解的成分區(qū)間主要由Al元素和C元素的濃度以及時效溫度共同決定。在奧氏體基體中析出的有序碳化物(FeMn)3AlC,即K相,只有在高C和高Al濃度范圍,且時效溫度較低時才可能經(jīng)Spinodal條幅分解進行。而且,spinodal分解也僅發(fā)生在時效早期。隨著周圍母相中Al和C的貧化,K相的形成將逐漸轉(zhuǎn)為形核-長大機制控制。除此以外,本研究還獲得以下主要結(jié)論:1)當合金母相保持奧氏體的結(jié)構(gòu)時,Mn含量的變化對K相的形成機制無顯著影響,表明把四元合金簡化為偽三元存在合理性。時效溫度的升高縮小發(fā)生spinodal分解的Al和C成分區(qū),明顯不利于K相以spinodal分解的方式析出。尤其是在不忽略應(yīng)變能的前提下,升溫對縮小spinodal成分區(qū)的作用更加顯著。因此,在奧氏體基的Fe-Mn-Al-C合金中,不加區(qū)別地把沉淀析出的K相完全歸因于spinodal分解是不科學的。當合金中Al和C含量較低時,K相將以傳統(tǒng)的形核-長大機制析出。合金中K相不同的形成機制有可能對材料的力學性能和抗腐蝕性能造成不同的影響。2)為了揭示Al和C在K相析出中的作用,本工作對Fe-26Mn-8Al-1C進行淬火獲得單一奧氏體組織后再進行等溫時效處理,統(tǒng)計了K相顆粒尺寸與時效時間的關(guān)系,并以擴散方程加以驗證,獲得K相的形成速率主要基于Al的擴散能力控制。C僅保證K相為有序面心立方結(jié)構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】：輕質(zhì)Fe-Mn-Al-C鋼 碳化物(Fe Mn)3Al C spinodal條幅分解 熱力學 擴散
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG142.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 簡介9-35
• 1.1 引言9-10
• 1.2 TWIP鋼的研究意義10-30
• 1.2.1 相變誘發(fā)塑性鋼（TRIP鋼）11-15
• 1.2.2 孿生誘發(fā)塑性鋼（TWIP鋼）15-30
• 1.3 TWIP鋼的發(fā)展過程及目前研究現(xiàn)狀30-32
• 1.4 Spinodal條幅分解的定義和特點32-33
• 1.4.1 Spinodal條幅分解的定義32
• 1.4.2 失穩(wěn)分解的熱力學原因32-33
• 1.4.3 失穩(wěn)分解與形核長大機制的對比33
• 1.5 認為K相碳化物經(jīng)spinodal分解的主要原因33-35
• 第二章 熱力學計算的理論模型35-47
• 2.1 本研究對熱力學模型的深化35-41
• 2.1.1 溶液的準化學模型35-38
• 2.1.2 亞點陣模型38-39
• 2.1.3 中心原子模型39-41
• 2.2 中心原子模型在Fe-Mn-Al-C四元合金中的應(yīng)用41-45
• 2.2.1 配位數(shù)和成分配位數(shù)41-43
• 2.2.2 活度方程43-45
• 2.3 利用中心原子模型計算Fe-Mn-Al-C自由能所需的參數(shù)45-47
• 第三章 FE-MN-AL-C合金中K相析出的熱力學判據(jù)47-54
• 3.1 Fe-Mn-Al-C合金中spinodal條幅分解熱力學判據(jù)的簡化47
• 3.2 三元系條幅分解的條件47-50
• 3.3 Fe-30Mn-Al-C合金中K相的分解機制判定50-52
• 3.4 小結(jié)與討論52-54
• 第四章 AL元素和C元素在K相形成中的作用54-64
• 4.1 實驗過程54
• 4.2 實驗結(jié)果54-63
• 4.2.1 淬火后Fe-26Mn-8Al-1C的金相觀察和XRD分析54-55
• 4.2.2 淬火后經(jīng)不同時效時間K相的析出特征55-59
• 4.2.3 Fe-Mn-Al-C合金時效時間與(FeMn)3AlC生長尺寸間的關(guān)系59-63
• 4.3 實驗分析63-64
• 第五章 結(jié)論與展望64-66
• 5.1 結(jié)論64-65
• 5.2 展望65-66
• 參考 文獻66-70
• 致謝70-71
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文71-73

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 肖鴻飛;李壯;李平瑞;;以A1代Si對TRIP鋼力學性能的影響[J];熱加工工藝;2009年10期

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本文編號：657184