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北科大《Acta》：揭示滲碳體和殘余奧氏體對(duì)奧氏體恢復(fù)動(dòng)力學(xué)的影響機(jī)制！

2021-03-11 11:16:01 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：材料學(xué)網(wǎng)微信公眾號(hào) 分享至：

導(dǎo)讀：本文研究了滲碳體（θ）和殘余奧氏體（RA）對(duì)Fe-2Mn-1.5Si-0.3C合金奧氏體回復(fù)的動(dòng)力學(xué)和微觀組織演變的影響。馬氏體的預(yù)回火或長(zhǎng)時(shí)間的等次回火，均導(dǎo)致滲碳體沉淀，增強(qiáng)了在高還原溫度下球狀的形成，而RA在無(wú)碳化物貝氏體結(jié)構(gòu)中的存在抑制了其形成。高溫預(yù)回火或奧氏體回火對(duì)還原動(dòng)力學(xué)的抑制主要是由于增強(qiáng)Mn富集到θ和粗化的θ顆粒中。

具有回火馬氏體基體的相變誘導(dǎo)塑性（TRIP）鋼以其優(yōu)異的高強(qiáng)度-延展性平衡，是汽車(chē)用鋼的理想材料。TRIP鋼的力學(xué)性能在很大程度上取決于在回火過(guò)程中形成的殘余奧氏體（RA）的相分?jǐn)?shù)和穩(wěn)定性，這受回復(fù)奧氏體的組成、尺寸和形貌的強(qiáng)烈影響。

在板條馬氏體的γ回復(fù)中，廣泛觀察到了有兩種典型的γ形態(tài)，即針狀和粗球狀。薄針狀γ沿板條或塊狀邊界生長(zhǎng)，并在（K-S）取向關(guān)系（OR）附近與其相鄰的回火馬氏體（TM）基體保持一致。一般來(lái)說(shuō)，針狀γ與先前的顆粒具有相同的方向，從而導(dǎo)致了γ的記憶效應(yīng)。另一方面，沿前γ晶界形成的粗大球狀γ晶粒或在前γ晶粒內(nèi)的滲碳體顆粒上成核，具有多個(gè)取向。最近，有一些作者報(bào)道說(shuō)，γ的這兩種形態(tài)表現(xiàn)出不同的合金化元素劃分行為和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)：針狀γ的生長(zhǎng)，無(wú)論還原溫度如何，都伴隨著Mn和Si分割，而球狀γ生長(zhǎng)在低溫下伴隨著Mn和Si的分配，在高溫下變成無(wú)分配。這應(yīng)該對(duì)后續(xù)奧氏體回火過(guò)程中復(fù)歸γ的分解行為有很強(qiáng)的影響，從而影響TRIP鋼的最終力學(xué)性能。因此，了解這兩種γ的性質(zhì)和控制其形成是很重要的。

據(jù)報(bào)道，滲碳體（θ）顆粒和先前存在的RA在馬氏體的γ還原中起著關(guān)鍵作用。θ在淬火加熱過(guò)程中析出馬氏體，它可以作為球狀γ的成核中心。此外，預(yù)回火或較慢的加熱速率改變了θ顆粒的分布和組成，從而影響還原動(dòng)力學(xué)和γ形貌。回火過(guò)程中θ和回火馬氏體之間的元素分配也會(huì)改變γ形成的驅(qū)動(dòng)力。殘余奧氏體（RA）的存在通過(guò)促進(jìn)針狀γ的形成，使γ記憶效應(yīng)的發(fā)生從馬氏體逆轉(zhuǎn)。馬氏體板條和/或貝氏體板條間存在的RA在再加熱后可以生長(zhǎng)，形成針狀γ。

在此，北科大張獻(xiàn)光團(tuán)隊(duì)與日本東北大學(xué)合作通過(guò)研究γ反轉(zhuǎn)來(lái)闡明θ尺寸、分布和組成以及RA的存在對(duì)γ逆相變動(dòng)力學(xué)和微觀結(jié)構(gòu)的影響，本研究闡明了即使在相同的合金和相同的溫度下，初始的微觀結(jié)構(gòu)也對(duì)γ的還原有顯著的影響，以及這些影響從γ成核的角度對(duì)不同尺寸和組成的θ粒子進(jìn)行了定量的討論。相關(guān)研究結(jié)果以題為“Role of cementite and retained austenite on austenite reversion from martensite and bainite in Fe-2Mn-1.5Si-0.3C alloy”發(fā)表在Acta Materialia上。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135964542100152X

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滲碳體粒徑在球狀?yuàn)W氏體的形核中起著重要作用，并且由于回火或長(zhǎng)時(shí)間奧氏體回火而形成的較大滲碳體顆粒促進(jìn)了球狀?yuàn)W氏體的形成，因?yàn)槠鋵?duì)奧氏體的成核能力更大。

圖1.垂向截面的Fe-2Mn-1.5Si-C相圖

圖2.（a）AsQ、（b）TM623、（c）TM923、（d）BF+θ，（e）BF+RA初始結(jié)構(gòu)和（f）BFRA初始結(jié)構(gòu)的奧氏體鐵氧體相圖的SEM圖

圖3.（a）在1048K的還原過(guò)程中，總體還原γ組分的時(shí)間變化；（b）、（d）、（f）OM和（c）（e）（g）（b）-（c）AsQ、（d）-（e）BF+θ和（f）-（g）BF+RA初始結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖像在1048K下的ER回歸為3600s；（H）在3600s的穩(wěn)態(tài)下量化針狀和球狀g組分。

預(yù)先存在的殘余奧氏體抑制了滲碳體的析出從而形成球狀?yuàn)W氏體，而針狀γ則直接從殘余奧氏體生長(zhǎng)。通過(guò)高溫回火在滲碳體/鐵素體之間分配的強(qiáng)元素或通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間回火形成的粗大滲碳體顆粒會(huì)阻礙其回復(fù)動(dòng)力學(xué)。延遲不是由于抑制奧氏體成核，而是由于奧氏體的生長(zhǎng)。DICTRA計(jì)算和實(shí)驗(yàn)觀察均支持滲碳體或粗滲碳體顆粒中更嚴(yán)重的錳富集，從而阻礙了奧氏體的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。

圖4.（a）在1023K回轉(zhuǎn)過(guò)程中，整體還原γ組分的時(shí)間變化；在1023K回轉(zhuǎn)后不同時(shí)期AsQ和貝氏體初始結(jié)構(gòu)的SEM圖像，AsQ為（B）6 0s（C）3600s，BF+θ（D）60s（E）3600s，BF+RA（F）60s（G）3600s；（H）在3600s的穩(wěn)態(tài)下量化針狀和球狀γ分?jǐn)?shù)。

圖5.（a）各種初始結(jié)構(gòu)在1048K回轉(zhuǎn)時(shí)，總體還原γ組分的時(shí)間變化；（b）、（d）OM和（c）（e）（b）-（c）TM923和（d）-（e）TM623初始結(jié)構(gòu)的SEM圖像；（F）在3600s的穩(wěn)態(tài)下量化針狀和球狀γ組分。

圖8.1023K下回復(fù)60s后的背散射電子圖像和相應(yīng)的逆極圖與圖像質(zhì)量圖（a）、（b）TM923和（c）、（d）BF+θ疊加在1023 K下持續(xù)60秒。

圖10.（a）AsQ和（b）BF+RA初始結(jié)構(gòu)在1048K下回復(fù)5s后的SEM圖像，（c） BF+RA初始界面的c原子圖和（d）濃度分布3ADP測(cè)量的結(jié)構(gòu)；（e）1048k下BF+RA回復(fù)后的莖部亮場(chǎng)圖像對(duì)于60s和同一區(qū)域的（f）Mn元素圖（e），（g）Mn和Si沿亮區(qū)分布（f）中的箭頭。