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发布日期:2021年10月27日

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Fe-2Mn-1.5Si-0.3C合金中从马氏体转变奥氏体的取向研究


一、实验目的


使用Fe-2Mn-1.5Si-0.3C合金钢,研究由马氏体转变的奥氏体取向。该研究使用了电子背散射衍射(EBSD)。在转变过程中形成了针状和球状γ相。针状γ相成核位置在板条、块和子块边界,而球状γ相在原γ晶界边缘和内部成核。球状和针状γ相至少和周围的一个回火马氏体块有Kurdjumov-Sachs (K-S)取向关系。大多数针状γ相和原γ相取向几乎一致,只有一部分针状γ相,与原来的γ相存在特殊的栾晶组织。此外,晶界处的球状γ和没有长进去的原γ有着几乎一致的方向。针状和球状晶界γ,得益于γ在板条、块、以及子块的形核过程中强大的内部应力。另一方面,分析了晶内的球状γ,回火马氏体和渗碳体的取向关系,表明g在渗碳体和回火马氏体界面削弱了晶内的球状g形成的多样性。
 
 

二、实验流程
 
 

本研究主要使用Fe-2Mn-1.5Si-0.3C合金,讨论中使用Fe-1Mn-0.6C合金。这些合金的化学成分和正交的Ae1(铁素体(a)+渗碳体(q))/(a+q+g) )Ae3温度计算,ThermoCalcTCFE7数据库。将从热轧板上切下的Fe-2Mn-1.5Si-0.3C合金在1423k条件下在氩气填充的硅管中均温处理24h,经均匀化处理后,电子探针显微分析未发现合金元素有明显的偏析。均质样品在1323 K奥氏体化1.8 Ks,然后在冰盐水里淬火获得完全马氏体结构,初始g 晶粒尺寸约为200mm。圆柱形试样(直径3毫米,长度10毫米)随后进行回火处理。还原处理使用膨胀仪进行,试样在0.1-20 K/s范围内以不同的加热速率进行感应加热,并在达到不同的指定温度后立即用He气体冷却。热处理后,对试件进行切割,用金刚砂纸进行机械抛光,并喷涂抛光金刚石和硅溶胶。

   利用光学显微镜(OM)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEMJEOLJSM-7001F)对组织进行了表征。光学显微镜观察是在2%的硝酸溶液蚀刻后进行的。取向关系分析使用EBSD (TSL OIM analysis 7)获得加速电压为25 kV,步长为50 nm的方位图。利用先前报道的重建方法,根据马氏体的方向计算出原γ方向。保留的g 的体积分数通过x射线衍射(XRD; Bruker, AXS D8)测量;测量尺寸通过Co x射线光管形成。XRD收集了 45°、130°之间超过2q范围的数据,步长为0.05°/步。在进行EBSDXRD分析之前,先用胶体二氧化硅进行机械抛光,然后用30 mL HClO4 + 470 mL C2H5OH溶液进行电解抛光,去除试样表面的受损层。利用自动抛光观测系统(Nakayamadenki Genus_3D)采集连续切片,利用三维分析软件(FEI AVIZO 9.2.0)重建和可视化三维微结构。在系统中,每个切片用2%的硝酸溶液轻蚀刻,并收集光学显微照片。



(a)(b)(c分别显示的是不同深度的逐层切片照片。(a1.6泽吉名布老师泽吉名布老师,新桓结衣下海新桓结衣下海,妖姬屋邱希米妖姬屋邱希米μm处的切片照片;(b6.9μm深度的切片照片;(c16.4μm深度的切片照片。

d3D重建图像显示的球状γ被PAGB(原先的γ相晶界)隔离,γ晶粒和回火马氏体晶粒分别以黄色和绿色表示。

  (e) 完整3D图像显示红色的球状γ,分别在a-d图中,以箭头标示,位于远离PAGB的位置。


  3D图像是由66张照片重构得到的,层厚为0.53μm


三、实验结果


本文研究了g相和回火马氏体之间的转变取向关系。主要结果总结如下:

1)在马氏体转变过程中,形成了针状和球状γ相。针状γ相主要形成于较慢的升温速率和较低的温度下,反之,其余是球状γ形态。针状γ相成核位置在板条、子块和块边界,而球状γ相在原γ晶界边缘和内部成核。

2)大多数针状γ相与原γ相取向几乎相同,而少量的针状γ相与原来的γ相取向存在孪晶关系。

3)晶界处的球状γ相与一部分原γ晶粒取向几乎相同。它们仅与相邻一侧的回火马氏体和没有长进去的原γ相有K-S取向关系。

4)晶粒内的球状γ相至少和周围的一个回火马氏体块有近K-S 取向关系。在晶粒内的球状γ,渗碳体和回火马氏体中观察到了特殊的取向关系。

泽吉名布老师泽吉名布老师,新桓结衣下海新桓结衣下海,妖姬屋邱希米妖姬屋邱希米5)文中提出了一种近K-S 取向关系,针状γ相在块和子块边界成核过程中,γ与两种马氏体变异体发生强烈的变异选择。另一方面,成核的γ相在马氏体和渗碳体界面处削弱了γ的变异选择,因此这可能是晶粒内的球状γ相形成的原因之一。


作者:Xianguang Zhang, Goro Miyamoto, Yuki Toji, Shoichi Nambu, Toshihiko Koseki, Tadashi Furuhara

摘自:Orientation of austenite reverted from martensite in Fe-2Mn-1.5Si-0.3C alloy, Acta Materialia (2017), doi: 10.1016/j.actamat.2017.11.003