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德國(guó)馬普所《Scripta Mater》：中錳鋼臨界退火的奧氏體長(zhǎng)大機(jī)制！

2022-03-22 11:28:46 作者：材料科學(xué)與工程來源：材料科學(xué)與工程分享至：

眾所周知，材料中晶界（GB）和位錯(cuò)可以作為快速擴(kuò)散通道。這些通道對(duì)中錳鋼（3-12wt.% Mn）臨界退火期間奧氏體的生長(zhǎng)具有直接影響。最近的研究揭示了錳向鐵素體GBs的偏析是退火過程中奧氏體形核的重要途徑。奧氏體生長(zhǎng)是通過奧氏體鐵素體相界向鐵素體移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。一般情況下，奧氏體在相界處的平衡錳濃度大于鐵素體。奧氏體生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)是由錳在鐵素體中的擴(kuò)散速率決定的，由于臨界退火溫度通常≤0.5Tmelt，在bcc鐵素體中，體擴(kuò)散也非常緩慢，推斷GB和位錯(cuò)在溶質(zhì)遷移中發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而，這些快速通道在奧氏體生長(zhǎng)中的作用機(jī)制還不夠清晰。

德國(guó)馬克斯-普朗克研究所的研究人員探討了成分為Fe-10Mn-0.05C-1.5Al（wt.%）中錳鋼中奧氏體的生長(zhǎng)機(jī)制，明確了Mn在鋼中的擴(kuò)散作用與擴(kuò)散機(jī)制。相關(guān)論文以題為“Mechanisms of austenite growth during intercritical annealing inmedium manganese steels”發(fā)表在Scripta Materialia。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2021.114228

研究發(fā)現(xiàn)靠近相界處，鐵素體晶粒α3中錳的濃度約為10%，但α2只有約4%。錳在靠近GB和相界的鐵素體α2區(qū)域中濃度逐漸衰竭，而在遠(yuǎn)離GB和相界的α2晶粒區(qū)域，錳含量達(dá)到了與鐵素體晶粒α3相似的水平。鐵素體α2中相界處觀察到的錳濃度（約4%）與根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算估計(jì)的450℃時(shí)平衡錳濃度相匹配。奧氏體優(yōu)先向α2鐵素體晶粒生長(zhǎng)，而奧氏體向α3鐵素體晶粒中沒有明顯的生長(zhǎng)。這可以解釋為鐵素體（α3）-奧氏體（γ）界面共格而鐵素體（α2）-奧氏體（γ）界面非共格。共格相界的形成降低了奧氏體非均相形核的激活能。這種共格相界（鐵素體（α3）-奧氏體）的遷移是界面控制的，所以遷移率低。相反，具有非KS取向關(guān)系的非共格相界面（鐵素體（α2）-奧氏體）能量和遷移率較高，其中遷移受擴(kuò)散控制。在擴(kuò)散控制生長(zhǎng)中，靠近界面的鐵素體中的錳濃度等于熱力學(xué)計(jì)算得到的平衡錳濃度。

圖1 500℃退火6h（簡(jiǎn)稱IA500/6）鋼的TKD研究

圖2 IA500/6鋼中的位錯(cuò)和Mn分布

圖3 通過晶界/相界和位錯(cuò)的錳擴(kuò)散路徑示意圖。

圖4IA450/2中的錳元素分布圖

圖5 共格和非共格的奧氏體（γ）-鐵素體（α）界面上錳濃度示意圖

綜上所述，在奧氏體生長(zhǎng)過程中，Mn的遷移和位錯(cuò)擴(kuò)散具有顯著作用。對(duì)于500℃退火6 h（IA500/6）的中錳鋼，HAGB處形核的奧氏體晶粒尺寸比LAGB處的奧氏體大得多（25倍）。這是由于缺乏錳擴(kuò)散和主要的GB擴(kuò)散，在500℃下＞，從APT結(jié)果中得到的直接證據(jù)表明，在IA450/2試樣中，GB擴(kuò)散和遷移是奧氏體生長(zhǎng)過程中錳擴(kuò)散的主要途徑。本研究揭示了共格和非共格奧氏體-鐵素體相界的遷移率和化學(xué)性質(zhì)。本文為設(shè)計(jì)鋼中錳的含量提供了理論依據(jù)。

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