含Al孪生诱发塑性钢中有序合金碳化物析出机制初探

发布时间：2017-08-11 16:41

  本文关键词：含Al孪生诱发塑性钢中有序合金碳化物析出机制初探

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【摘要】：Fe-Mn-Al-C轻质TWIP钢在汽车工业中和深冷环境下具有潜在的应用价值,不仅因为超高的强塑积和优异的加工硬化性能,而且由于低的韧脆转折温度和低廉的合金添加,可以在很大范围内取代奥氏体不锈钢的作用。研究发现,该合金经中温时效处理后,会获得弥散分布的合金碳化物(FeMn)3AlC,由此改变材料的力学性能。对于该碳化物的析出机制,即到底是经spinodal分解还是经传统的形核长大机制完成,目前存在较大争议,因此本研究试图从热力学的角度揭示碳化物的沉淀规律。本工作首先对现有的三元合金中发生spinodal分解的热力学判据进行了进一步的修正,提出判别三元合金是否存在spinodal分解倾向的简单数学判据。同时,在中心原子模型的基础上,建立了四元Fe-Mn-Al-C合金成分和自由能的热力学表达式,并一固定Mn含量的方法获得伪三元的版本,以着重分析Al和C元素在碳化物沉淀方面扮演的角色,并适用于三元系的Spinodal分解判据。根据计算结果显示,在含Al孪生诱发塑性钢的Fe-Mn-Al-C系列合金中,能够发生Spinodal分解的成分区间主要由Al元素和C元素的浓度以及时效温度共同决定。在奥氏体基体中析出的有序碳化物(FeMn)3AlC,即K相,只有在高C和高Al浓度范围,且时效温度较低时才可能经Spinodal条幅分解进行。而且,spinodal分解也仅发生在时效早期。随着周围母相中Al和C的贫化,K相的形成将逐渐转为形核-长大机制控制。除此以外,本研究还获得以下主要结论:1)当合金母相保持奥氏体的结构时,Mn含量的变化对K相的形成机制无显著影响,表明把四元合金简化为伪三元存在合理性。时效温度的升高缩小发生spinodal分解的Al和C成分区,明显不利于K相以spinodal分解的方式析出。尤其是在不忽略应变能的前提下,升温对缩小spinodal成分区的作用更加显著。因此,在奥氏体基的Fe-Mn-Al-C合金中,不加区别地把沉淀析出的K相完全归因于spinodal分解是不科学的。当合金中Al和C含量较低时,K相将以传统的形核-长大机制析出。合金中K相不同的形成机制有可能对材料的力学性能和抗腐蚀性能造成不同的影响。2)为了揭示Al和C在K相析出中的作用,本工作对Fe-26Mn-8Al-1C进行淬火获得单一奥氏体组织后再进行等温时效处理,统计了K相颗粒尺寸与时效时间的关系,并以扩散方程加以验证,获得K相的形成速率主要基于Al的扩散能力控制。C仅保证K相为有序面心立方结构。
【关键词】：轻质Fe-Mn-Al-C钢 碳化物(Fe Mn)3Al C spinodal条幅分解 热力学 扩散
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 简介9-35
• 1.1 引言9-10
• 1.2 TWIP钢的研究意义10-30
• 1.2.1 相变诱发塑性钢（TRIP钢）11-15
• 1.2.2 孪生诱发塑性钢（TWIP钢）15-30
• 1.3 TWIP钢的发展过程及目前研究现状30-32
• 1.4 Spinodal条幅分解的定义和特点32-33
• 1.4.1 Spinodal条幅分解的定义32
• 1.4.2 失稳分解的热力学原因32-33
• 1.4.3 失稳分解与形核长大机制的对比33
• 1.5 认为K相碳化物经spinodal分解的主要原因33-35
• 第二章 热力学计算的理论模型35-47
• 2.1 本研究对热力学模型的深化35-41
• 2.1.1 溶液的准化学模型35-38
• 2.1.2 亚点阵模型38-39
• 2.1.3 中心原子模型39-41
• 2.2 中心原子模型在Fe-Mn-Al-C四元合金中的应用41-45
• 2.2.1 配位数和成分配位数41-43
• 2.2.2 活度方程43-45
• 2.3 利用中心原子模型计算Fe-Mn-Al-C自由能所需的参数45-47
• 第三章 FE-MN-AL-C合金中K相析出的热力学判据47-54
• 3.1 Fe-Mn-Al-C合金中spinodal条幅分解热力学判据的简化47
• 3.2 三元系条幅分解的条件47-50
• 3.3 Fe-30Mn-Al-C合金中K相的分解机制判定50-52
• 3.4 小结与讨论52-54
• 第四章 AL元素和C元素在K相形成中的作用54-64
• 4.1 实验过程54
• 4.2 实验结果54-63
• 4.2.1 淬火后Fe-26Mn-8Al-1C的金相观察和XRD分析54-55
• 4.2.2 淬火后经不同时效时间K相的析出特征55-59
• 4.2.3 Fe-Mn-Al-C合金时效时间与(FeMn)3AlC生长尺寸间的关系59-63
• 4.3 实验分析63-64
• 第五章 结论与展望64-66
• 5.1 结论64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考 文献66-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文71-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 肖鸿飞;李壮;李平瑞;;以A1代Si对TRIP钢力学性能的影响[J];热加工工艺;2009年10期

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本文编号：657184