Fe-3％Si合金中MnS應(yīng)變誘導(dǎo)析出行為研究.pdf

1、取向硅鋼作為重要的軟磁材料之一被廣泛用于變壓器的鐵芯材料，其優(yōu)異的導(dǎo)磁性能來(lái)源于二次再結(jié)晶產(chǎn)生的位向準(zhǔn)確的Goss織構(gòu)。抑制劑形貌和分布狀態(tài)對(duì)取向硅鋼發(fā)生完全二次再結(jié)晶具有重要作用。MnS是取向硅鋼中最為常用的抑制劑之一，主要在熱軋過(guò)程中析出，熱變形組織通過(guò)改變MnS析出熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)行為影響其最終分布狀態(tài)，進(jìn)而影響最終產(chǎn)品性能。到目前為止，在鐵素體組織演變機(jī)制和應(yīng)變誘導(dǎo)析出形核位置方面仍然存在爭(zhēng)議，為更好發(fā)揮抑制劑對(duì)取向硅鋼的有利作用

2、，需要從鐵素體熱變形組織演變機(jī)理入手，深入研究其對(duì)MnS應(yīng)變誘導(dǎo)析出行為的影響，因此，對(duì)取向硅鋼鐵素體組織演變和MnS應(yīng)變誘導(dǎo)析出行為的研究具有較高的理論價(jià)值，同時(shí)又具有重要的工程意義。
　　取向硅鋼熱軋溫度范圍內(nèi)奧氏體含量受溫度影響，為消除不同溫度下不等量奧氏體的影響，本文選用取向硅鋼模型材料低碳(＜0.015 wt.％)Fe-3％Si合金，實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)均為單一鐵素體;為降低MnS的固溶溫度，模型材料中Mn(0.062 wt.

3、％)和S(0.012 wt.％)的含量低于工業(yè)生產(chǎn)取向硅鋼;利用Gleeble熱模擬機(jī)完成等溫、恒應(yīng)變速率均勻變形;借助OM分析熱變形組織，EBSD分析亞晶界取向差，TEM分析微觀位錯(cuò)組態(tài);利用非水溶液恒電壓電解侵蝕法制備MnS觀察試樣，并借助SEM觀察分析MnS應(yīng)變誘導(dǎo)析出尺寸和分布狀態(tài)。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果有:
　　(1073-1473K)/(0.01-5s-1)熱變形60％，研究Fe-3％Si鐵素體流變行為，F(xiàn)e-3％Si熱變

4、形屈服應(yīng)力、穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和有效應(yīng)力與應(yīng)變速率和變形溫度之間的關(guān)系均可用冪律關(guān)系描述，穩(wěn)態(tài)應(yīng)力對(duì)應(yīng)的冪指數(shù)和表觀激活能分別為4.4和289kJ/mol，屈服應(yīng)力對(duì)應(yīng)的冪指數(shù)和表觀激活能分別為5.5和377kJ/mol，穩(wěn)態(tài)應(yīng)力對(duì)應(yīng)的表觀激活能高于鐵原子在Fe-3％Si中的自擴(kuò)散激活能的主要原因是穩(wěn)態(tài)應(yīng)力受屈服應(yīng)力影響。將屈服應(yīng)變和屈服應(yīng)力引入Bergstr(o)m模型，結(jié)合屈服應(yīng)力和穩(wěn)態(tài)應(yīng)力本構(gòu)關(guān)系、屈服應(yīng)變和屈服應(yīng)力經(jīng)驗(yàn)公式，建立Fe-3％

5、Si真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線(xiàn)預(yù)測(cè)模型。利用OM、EBSD和TEM分析熱變形組織，結(jié)果表明熱變形組織受Zener-Hollomon(Z)參數(shù)影響:Z＞2×1011，熱變形過(guò)程中只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù);Z＜2×1011，熱變形過(guò)程中發(fā)生部分動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。動(dòng)態(tài)回復(fù)亞晶尺寸和1°～10°亞晶界平均取向差可表示為Z的函數(shù)。選取發(fā)生部分動(dòng)態(tài)再結(jié)晶區(qū)域的變形條件(1173K/0.01s-1(Z=8×1010))，對(duì)Fe-3％Si變形20％、40％、70％研究Fe-3

6、％Si鐵素體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制，發(fā)現(xiàn)Fe-3％Si再結(jié)晶過(guò)程通過(guò)晶體旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和幾何動(dòng)態(tài)再結(jié)晶兩種再結(jié)晶機(jī)制完成:應(yīng)變量較小時(shí)，初始晶界附近區(qū)域晶體轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)晶體旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制在初始晶界附近區(qū)域形成大角晶界圍成的晶粒;應(yīng)變量較大時(shí)，相鄰初始晶界附近區(qū)域新形成的晶粒相互接觸，隨應(yīng)變量增加通過(guò)幾何動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制發(fā)生完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。
　　Fe-3％Si在(1073-1373K)/(0.01-5s-1)范圍變形5％-20％后進(jìn)行應(yīng)力松

7、弛實(shí)驗(yàn)，研究鐵素體靜態(tài)回復(fù)行為，發(fā)現(xiàn)變形溫度升高使動(dòng)態(tài)回復(fù)變形基體應(yīng)變儲(chǔ)能降低導(dǎo)致靜態(tài)回復(fù)速率降低，而應(yīng)變量和應(yīng)變速率對(duì)靜態(tài)回復(fù)速率影響極小。靜態(tài)回復(fù)過(guò)程中，動(dòng)態(tài)回復(fù)亞結(jié)構(gòu)發(fā)展更加完善，而亞結(jié)構(gòu)內(nèi)部位錯(cuò)保持相對(duì)穩(wěn)定。Fe-3％Si高溫(1223-1423K)、高應(yīng)變速率(5-80s-1)范圍變形40％-60％基本能夠發(fā)生完全靜態(tài)再結(jié)晶，引用Avrami方程建立Fe-3％Si靜態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)模型。
　　為研究變形溫度對(duì)MnS應(yīng)變

8、誘導(dǎo)析出行為的影響，F(xiàn)e-3％Si在1s-1/(1073-1373K)變形60％并保溫1s，發(fā)現(xiàn)析出MnS分布狀態(tài)受變形溫度影響:高溫階段(T＞1273K)，MnS主要在亞晶界非均勻析出;低溫階段(T＜1173K)，MnS彌散均勻析出。溫度對(duì)MnS應(yīng)變誘導(dǎo)析出分布狀態(tài)的影響源于MnS應(yīng)變誘導(dǎo)析出臨界形核功和有效形核位置數(shù)受變形溫度影響:高溫變形范圍內(nèi)，亞晶發(fā)展完善，亞晶界界面能對(duì)MnS臨界形核功的貢獻(xiàn)超過(guò)亞晶內(nèi)部位錯(cuò)，MnS在亞晶界具有

9、熱力學(xué)形核優(yōu)勢(shì);低溫變形范圍內(nèi)，亞晶界發(fā)展不完善，亞晶界界面能降低，MnS在亞晶內(nèi)部位錯(cuò)具有熱力學(xué)形核優(yōu)勢(shì);在整個(gè)變形溫度范圍內(nèi)亞晶界位錯(cuò)密度總高于亞晶內(nèi)位錯(cuò)密度，但隨變形溫度降低亞晶界位錯(cuò)密度降低，而亞晶內(nèi)位錯(cuò)密度升高，受其對(duì)有效形核位置數(shù)的影響，MnS非均析出和均勻析出的理論分界溫度高于實(shí)際分界溫度。在MnS均勻析出的溫度范圍內(nèi)，MnS析出體密度和尺寸受位錯(cuò)密度影響:當(dāng)應(yīng)變量處于過(guò)渡變形階段，隨應(yīng)變量增加MnS析出顆粒體密度增加，平

10、均尺寸減小;當(dāng)應(yīng)變量處于穩(wěn)態(tài)變形階段，MnS析出顆粒體密和平均尺寸保持相對(duì)穩(wěn)定。
　　在亞晶界為MnS優(yōu)先形核位置溫度范圍內(nèi)(T＞1273K)，MnS分布狀態(tài)主要由亞晶尺寸決定;在亞晶內(nèi)部位錯(cuò)為MnS優(yōu)先形核位置溫度范圍內(nèi)(T＜1173K)，熱變形后析出MnS的分布狀態(tài)受變形前預(yù)先析出MnS形成的溶質(zhì)原子貧化區(qū)影響，并且其影響程度隨溫度降低而減弱。通過(guò)減少變形前析出MnS顆粒數(shù)目和增加變形量能夠在一定程度上降低溶質(zhì)原子貧化區(qū)對(duì)變形

11、后析出MnS分布不均勻性的影響。
　　MnS析出前的部分靜態(tài)再結(jié)晶影響MnS析出顆粒分布均勻性，當(dāng)應(yīng)變量處于Fe-3％Si穩(wěn)態(tài)變形階段，應(yīng)變量對(duì)靜態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的影響遠(yuǎn)大于對(duì)MnS應(yīng)變誘導(dǎo)析出動(dòng)力學(xué)的影響，通過(guò)改變應(yīng)變量能夠有效控制靜態(tài)再結(jié)晶和MnS應(yīng)變誘導(dǎo)析出進(jìn)行的先后順序，避免靜態(tài)再結(jié)晶對(duì)MnS分布狀態(tài)的不良影響。另外，F(xiàn)e-3％Si靜態(tài)再結(jié)晶和MnS應(yīng)變誘導(dǎo)析出先后順序也能夠通過(guò)改變熱變形溫度和降溫速率進(jìn)行調(diào)控。