Fe-Mn-Si-Al合金的微觀組織與交叉機(jī)制研究.pdf

1、TRIP/TWIP鋼是一種兼具高強(qiáng)度、高延伸率的新型鋼材，其優(yōu)越的性能主要來(lái)源于馬氏體相變誘發(fā)塑性（TRIP效應(yīng)）以及孿晶誘發(fā)塑性（TWIP效應(yīng)）。將TRIP/TWIP鋼用作汽車(chē)鋼板可減輕車(chē)重、降低油耗，并有較強(qiáng)的能量吸收能力，能夠顯著提高汽車(chē)的安全等級(jí)。近年來(lái)，這種鋼已成為汽車(chē)用鋼的研究熱點(diǎn)，得到了廣泛的關(guān)注。
　　在TRIP/TWIP鋼中，HCP(ε)馬氏體和FCC(γ）形變孿晶的形成都與Shockley不全位錯(cuò)的移動(dòng)以及隨后

2、插入的層錯(cuò)有關(guān)，Shockley不全位錯(cuò)在每隔一層{111}密排面上的移動(dòng)形成前者，而在每層{111}密排面上的移動(dòng)形成后者。普遍認(rèn)為加工硬化是影響TRIP/TWIP鋼機(jī)械性能的關(guān)鍵因素，學(xué)者們開(kāi)展了大量的研究工作以揭示ε馬氏體相變和形變孿晶對(duì)加工硬化的影響。但是，迄今為止對(duì)于TRIP/TWIP鋼的理解仍不夠深入，尚有很多問(wèn)題需要解決。
　　本文研究了Fe-30Mn-4Si-2Al TRIP/TWIP鋼和Fe-30Mn-3Si-3

3、Al TWIP鋼在小變形量下的組織演變規(guī)律及變形機(jī)制。系統(tǒng)研究了Fe-30Mn-4Si-2Al鋼中ε馬氏體板條交叉機(jī)制，分析了晶體取向和變形溫度對(duì)ε馬氏體交叉組織的影響。同時(shí)，還觀察了Fe-30Mn-3Si-3Al兩形變孿晶交叉處的顯微組織特征。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　　(1)在拉伸變形過(guò)程中，三種變形產(chǎn)物（平面位錯(cuò)帶、ε馬氏體和形變孿晶）都沿{111}慣習(xí)面形成，并呈現(xiàn)板條形態(tài)。因此，本研究通過(guò)原子力顯微鏡(AFM)、電子背

4、散射衍射技術(shù)(EBSD)以及透射電鏡(TEM)三種檢測(cè)技術(shù)，探討實(shí)驗(yàn)鋼在小變形量下的顯微組織及變形機(jī)制。結(jié)果表明，在小變形量下Fe-30Mn-4Si-2Al鋼的主要變形機(jī)制是應(yīng)力誘發(fā)γ→ε馬氏體相變并伴有層錯(cuò)產(chǎn)生;在塑性變形初期，F(xiàn)e-30Mn-3Si-3Al鋼的主要變形機(jī)制為位錯(cuò)滑移，隨著拉伸變形量增大到10％，孿晶變形將逐漸成為主要變形機(jī)制。
　　(2)利用EBSD及TEM技術(shù)，研究了Fe-30Mn-4Si-2Al鋼中兩不同{

5、111}慣習(xí)面上ε馬氏體板條交叉現(xiàn)象。通過(guò)晶體學(xué)分析得到以下結(jié)論:在兩ε馬氏體交叉處形成了新γ相，即交叉γ相。該交叉γ相與基體呈90°旋轉(zhuǎn)關(guān)系，不是通過(guò)真實(shí)的點(diǎn)陣旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生，而是由兩共軛{111}面上的半孿晶切變相結(jié)合得到。交叉γ相的晶體取向趨近于<001>，在這一取向滑移變形占主導(dǎo)地位，不利于γ→ε馬氏體相變。因此，交叉γ相并沒(méi)有在進(jìn)一步拉伸應(yīng)變下發(fā)生γ→ε馬氏體相變，而是連續(xù)“長(zhǎng)大”。此外，由于ε薄片層或者層錯(cuò)的碰撞，會(huì)在初始ε馬氏體

6、板條內(nèi)部形成{10(1)2}馬氏體孿晶。在兩ε馬氏體板條交叉處會(huì)形成三種點(diǎn)陣缺陷:交叉γ相和初始ε板條間的點(diǎn)陣失配，交叉γ相{111}面上的滑移，交叉γ相和ε馬氏體孿晶之間的點(diǎn)陣過(guò)渡區(qū)域。
　　(3)研究了晶體取向?qū)Ζ篷R氏體交叉反應(yīng)和ε馬氏體變體的選擇的影響，結(jié)果表明:利用Schmid定律可以很好的預(yù)測(cè)塑性變形初始階段ε馬氏體變體的取向依賴性;在晶體取向趨于[001]-[101]邊界的晶粒中，兩ε馬氏體板條很可能相互交叉而形成交叉

7、γ相和{10(1)2}馬氏體孿晶;而在晶體取向趨于[001]-[111]邊界的晶粒中，兩ε馬氏體板條相交叉更易形成形貌復(fù)雜的組織。
　　(4)研究了變形溫度對(duì)ε馬氏體交叉組織的影響，結(jié)果表明:隨著變形溫度的降低，在交叉處部分交叉γ相被新ε相取代（即交叉ε相），這是由于隨著溫度的降低，ε相的熱力學(xué)穩(wěn)定性升高，部分交叉γ相形成后將隨即發(fā)生γ→ε馬氏體相變。
　　(5)通過(guò)系統(tǒng)的研究Fe-30Mn-4Si-2Al鋼中兩ε馬氏體交叉

8、現(xiàn)象，分析可知:實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到的多種交叉產(chǎn)物（交叉γ相，交叉ε相，ε馬氏體孿晶）都可以通過(guò)ε相的熱力學(xué)穩(wěn)定性，奧氏體晶體取向以及切變量的大小來(lái)解釋。
　　(6)觀察了Fe-30Mn-3Si-3Al鋼中兩形變孿晶的交叉組織，結(jié)果表明:兩形變孿晶之間的碰撞會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)這個(gè)應(yīng)力集中足夠大時(shí)，會(huì)在障礙孿晶內(nèi)部形成二次孿晶。
　　本研究清楚的闡明了Fe-30Mn-4Si-2Al與Fe-30Mn-3Si-3Al鋼在小變形量下的變形機(jī)