Fe-Mn-（Al）-C高强韧性钢氢脆微观机制的研究进展
发布时间：2021-09-04 03:55
随着汽车行业的快速发展,轻量化汽车用钢的研发和应用越来越广泛.抗拉强度超过1000 MPa的第二、三代汽车用钢往往是复相组织,通过固溶、析出、变形、细晶强化等各种强化方式,在基体中形成大量缺陷,导致钢材服役过程中对氢更加敏感,容易在很小的氢溶解条件下发生氢脆.Fe-Mn-C系、Fe-Mn-Al-C系等含Mn量高的汽车结构用钢因层错能较高,不仅直接决定了其强韧性机制,还对其服役性能有重要影响.在Fe-Mn-C系TWIP钢的成分基础上,添加少量Al元素,形成Fe-Mn-（Al）-C钢,不仅能降低钢材密度,提高钢材的强韧性,也因Al元素改变了钢材的微观组织构成,一定程度上令氢脆得到缓解.但当Al含量较高时,形成低密度钢,其组织构成更加复杂,析出物更多,导致氢脆敏感性更显著.本文从Fe-Mn-（Al）-C高强韧性钢的组织构成、第二相、晶体缺陷等特征出发,综述了H在Fe-Mn-（Al）-C钢中的渗透、溶解和扩散行为,H与基体组织、析出相、晶格缺陷的交互作用,H在钢中的作用模型、氢脆机制、氢脆评价手段和方法等.并评述了Fe-Mn-（Al）-C高强韧性钢氢脆问题开展的相关研究工作和最新发展动态,指出...
【文章来源】：工程科学学报. 2020,42(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
晶体缺陷中氢脆现象及示意图[14]
就晶体结构而言，FCC、BCC、HCP晶体中均存在四面体（Tetrahedral site,T位）和八面体（Octahedral site,O位）两种类型的间隙，如图2所示[25].只不过各晶体结构中的T位、O位间隙大小不一样，氢原子迁移其间的难易程度不一.因氢原子半径为0.037 nm，故FCC、BCC、HCP晶格间隙中比较适合氢原子的位置分别是O位、T位、O位.就抗氢能力而言，通常HCP结构>FCC结构>BCC结构.在BCC晶体中，氢原子稳定扩散路径是从四面体间隙迁移到最近的四面体位置（T—T）；在FCC、FCT晶体中，氢原子稳定扩散路径沿O位—T位—O位；在HCP铁晶体中，氢原子稳定扩散路径是从O位—O位，氢扩散的迁移能比在FCC晶格中高，这导致了H在HCP晶格中的低扩散率，且氢在HCP晶格中扩散具有依赖于c/a比的各向异性[23].鉴于钢的晶体结构与成分、温度密切相关，氢原子在不同状态钢中的溶解度、扩散也随之变化，影响到氢原子在BCC、FCC、HCP各晶体结构中位置及迁移所需能量[16-17].图3描述了氢原子在各晶格中不同位点及迁移路径，其能量消耗与氢的迁移路径有关[23,28]，表2描述了H在各晶体中扩散的迁移能[23,25].
在Fe-Mn-(Al)-C系高强韧钢中，当Al质量分数低于3%时，主要是存在大量孪晶的奥氏体钢.当Al质量分数较高时（3%～13%），往往在奥氏体或铁素体基体中析出κappa碳化物、金属间化合物（B2、DO3型Fe-Al相）、β-Mn等第二相[29].κappa碳化物是一种钙钛矿立方晶体结构，由Al原子占据立方体的八个顶角，Fe原子占据六个面心位置，C原子处于立方晶胞的中心位置，分子式为Fe3AlC;Fe-Al型B2、DO3相是一类易从α铁素体中析出的BCC晶格点阵，分子式分别为FeAl、Fe3Al；β-Mn是一种立方结构的锰元素异构体，β-Mn每个晶胞中有20个原子，Wyckoff晶体学位点为8c和12d，容易与γ-Fe共存[30].在服役过程中，此类析出相与氢作用密切，对钢材塑韧性有极大的损伤[31].1.2 晶格缺陷
【参考文献】：
期刊论文
[1]低密度钢中有序析出相的研究进展[J]. 章小峰,李家星,万亚雄,武学俊,黄贞益. 材料导报. 2019(23)
[2]Fe-Al金属间化合物氢脆效应研究现状[J]. 黄广棋,张桂凯,罗朝以,唐涛. 材料导报. 2018(11)
[3]氢与金属的微观交互作用研究进展[J]. 解德刚,李蒙,单智伟. 中国材料进展. 2018(03)
[4]Vacancies and Antisites in B2 FeAl and DO3 Fe3Al with a Modified Analytic EAM Model[J]. Xiaolin SHU, Wan gyu HU, Hanning XIAO and Huiqiu DENG College of Materials Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China Ban gwei ZHANG International Centre of Materials Physics, Chinese Academy of Sciences, S. Journal of Materials Science & Technology. 2001(06)
博士论文
[1]奥氏体钢中氢的扩散与聚集行为的计算研究[D]. 何洋.中国石油大学（北京） 2017
本文编号：3382512
【文章来源】：工程科学学报. 2020,42(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
晶体缺陷中氢脆现象及示意图[14]
就晶体结构而言，FCC、BCC、HCP晶体中均存在四面体（Tetrahedral site,T位）和八面体（Octahedral site,O位）两种类型的间隙，如图2所示[25].只不过各晶体结构中的T位、O位间隙大小不一样，氢原子迁移其间的难易程度不一.因氢原子半径为0.037 nm，故FCC、BCC、HCP晶格间隙中比较适合氢原子的位置分别是O位、T位、O位.就抗氢能力而言，通常HCP结构>FCC结构>BCC结构.在BCC晶体中，氢原子稳定扩散路径是从四面体间隙迁移到最近的四面体位置（T—T）；在FCC、FCT晶体中，氢原子稳定扩散路径沿O位—T位—O位；在HCP铁晶体中，氢原子稳定扩散路径是从O位—O位，氢扩散的迁移能比在FCC晶格中高，这导致了H在HCP晶格中的低扩散率，且氢在HCP晶格中扩散具有依赖于c/a比的各向异性[23].鉴于钢的晶体结构与成分、温度密切相关，氢原子在不同状态钢中的溶解度、扩散也随之变化，影响到氢原子在BCC、FCC、HCP各晶体结构中位置及迁移所需能量[16-17].图3描述了氢原子在各晶格中不同位点及迁移路径，其能量消耗与氢的迁移路径有关[23,28]，表2描述了H在各晶体中扩散的迁移能[23,25].
在Fe-Mn-(Al)-C系高强韧钢中，当Al质量分数低于3%时，主要是存在大量孪晶的奥氏体钢.当Al质量分数较高时（3%～13%），往往在奥氏体或铁素体基体中析出κappa碳化物、金属间化合物（B2、DO3型Fe-Al相）、β-Mn等第二相[29].κappa碳化物是一种钙钛矿立方晶体结构，由Al原子占据立方体的八个顶角，Fe原子占据六个面心位置，C原子处于立方晶胞的中心位置，分子式为Fe3AlC;Fe-Al型B2、DO3相是一类易从α铁素体中析出的BCC晶格点阵，分子式分别为FeAl、Fe3Al；β-Mn是一种立方结构的锰元素异构体，β-Mn每个晶胞中有20个原子，Wyckoff晶体学位点为8c和12d，容易与γ-Fe共存[30].在服役过程中，此类析出相与氢作用密切，对钢材塑韧性有极大的损伤[31].1.2 晶格缺陷
【参考文献】：
期刊论文
[1]低密度钢中有序析出相的研究进展[J]. 章小峰,李家星,万亚雄,武学俊,黄贞益. 材料导报. 2019(23)
[2]Fe-Al金属间化合物氢脆效应研究现状[J]. 黄广棋,张桂凯,罗朝以,唐涛. 材料导报. 2018(11)
[3]氢与金属的微观交互作用研究进展[J]. 解德刚,李蒙,单智伟. 中国材料进展. 2018(03)
[4]Vacancies and Antisites in B2 FeAl and DO3 Fe3Al with a Modified Analytic EAM Model[J]. Xiaolin SHU, Wan gyu HU, Hanning XIAO and Huiqiu DENG College of Materials Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China Ban gwei ZHANG International Centre of Materials Physics, Chinese Academy of Sciences, S. Journal of Materials Science & Technology. 2001(06)
博士论文
[1]奥氏体钢中氢的扩散与聚集行为的计算研究[D]. 何洋.中国石油大学（北京） 2017
本文编号：3382512
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3382512.html
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