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北科大《Acta》：揭示滲碳體和殘余奧氏體對奧氏體恢復動力學的影響機制！

2021-03-11 11:16:01 作者：本網(wǎng)整理來源：材料學網(wǎng)微信公眾號分享至：

導讀：本文研究了滲碳體（θ）和殘余奧氏體（RA）對Fe-2Mn-1.5Si-0.3C合金奧氏體回復的動力學和微觀組織演變的影響。馬氏體的預回火或長時間的等次回火，均導致滲碳體沉淀，增強了在高還原溫度下球狀的形成，而RA在無碳化物貝氏體結(jié)構中的存在抑制了其形成。高溫預回火或奧氏體回火對還原動力學的抑制主要是由于增強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塑性（TRIP）鋼以其優(yōu)異的高強度-延展性平衡，是汽車用鋼的理想材料。TRIP鋼的力學性能在很大程度上取決于在回火過程中形成的殘余奧氏體（RA）的相分數(shù)和穩(wěn)定性，這受回復奧氏體的組成、尺寸和形貌的強烈影響。

在板條馬氏體的γ回復中，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，并在（K-S）取向關系（OR）附近與其相鄰的回火馬氏體（TM）基體保持一致。一般來說，針狀γ與先前的顆粒具有相同的方向，從而導致了γ的記憶效應。另一方面，沿前γ晶界形成的粗大球狀γ晶?；蛟谇?gamma;晶粒內(nèi)的滲碳體顆粒上成核，具有多個取向。最近，有一些作者報道說，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動力學：針狀γ的生長，無論還原溫度如何，都伴隨著Mn和Si分割，而球狀γ生長在低溫下伴隨著Mn和Si的分配，在高溫下變成無分配。這應該對后續(xù)奧氏體回火過程中復歸γ的分解行為有很強的影響，從而影響TRIP鋼的最終力學性能。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還原中起著關鍵作用。θ在淬火加熱過程中析出馬氏體，它可以作為球狀γ的成核中心。此外，預回火或較慢的加熱速率改變了θ顆粒的分布和組成，從而影響還原動力學和γ形貌。回火過程中θ和回火馬氏體之間的元素分配也會改變γ形成的驅(qū)動力。殘余奧氏體（RA）的存在通過促進針狀γ的形成，使γ記憶效應的發(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，形成針狀γ。

在此，北科大張獻光團隊與日本東北大學合作通過研究γ反轉(zhuǎn)來闡明θ尺寸、分布和組成以及RA的存在對γ逆相變動力學和微觀結(jié)構的影響，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)構也對γ的還原有顯著的影響，以及這些影響從γ成核的角度對不同尺寸和組成的θ粒子進行了定量的討論。相關研究結(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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滲碳體粒徑在球狀奧氏體的形核中起著重要作用，并且由于回火或長時間奧氏體回火而形成的較大滲碳體顆粒促進了球狀奧氏體的形成，因為其對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)構和（f）BFRA初始結(jié)構的奧氏體鐵氧體相圖的SEM圖

圖3.（a）在1048K的還原過程中，總體還原γ組分的時間變化；（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。

預先存在的殘余奧氏體抑制了滲碳體的析出從而形成球狀奧氏體，而針狀γ則直接從殘余奧氏體生長。通過高溫回火在滲碳體/鐵素體之間分配的強元素或通過長時間回火形成的粗大滲碳體顆粒會阻礙其回復動力學。延遲不是由于抑制奧氏體成核，而是由于奧氏體的生長。DICTRA計算和實驗觀察均支持滲碳體或粗滲碳體顆粒中更嚴重的錳富集，從而阻礙了奧氏體的生長動力學。

圖4.（a）在1023K回轉(zhuǎn)過程中，整體還原γ組分的時間變化；在1023K回轉(zhuǎn)后不同時期AsQ和貝氏體初始結(jié)構的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分數(shù)。

圖5.（a）各種初始結(jié)構在1048K回轉(zhuǎn)時，總體還原γ組分的時間變化；（b）、（d）OM和（c）（e）（b）-（c）TM923和（d）-（e）TM623初始結(jié)構的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60s后的背散射電子圖像和相應的逆極圖與圖像質(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)構在1048K下回復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測量的結(jié)構；（e）1048k下BF+RA回復后的莖部亮場圖像對于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。