北科大《Acta》：揭示渗碳体和残余奥氏体对奥氏体恢复动力学的影响机制！

2021-03-11 11:16:01 作者：本网整理来源：材料学网微信公众号分享至：

导读：本文研究了渗碳体（θ）和残余奥氏体（RA）对Fe-2Mn-1.5Si-0.3C合金奥氏体回复的动力学和微观组织演变的影响。马氏体的预回火或长时间的等次回火，均导致渗碳体沉淀，增强了在高还原温度下球状的形成，而RA在无碳化物贝氏体结构中的存在抑制了其形成。高温预回火或奥氏体回火对还原动力学的抑制主要是由于增强Mn富集到θ和粗化的θ颗粒中。

具有回火马氏体基体的相变诱导塑性（TRIP）钢以其优异的高强度-延展性平衡，是汽车用钢的理想材料。TRIP钢的力学性能在很大程度上取决于在回火过程中形成的残余奥氏体（RA）的相分数和稳定性，这受回复奥氏体的组成、尺寸和形貌的强烈影响。

在板条马氏体的γ回复中，广泛观察到了有两种典型的γ形态，即针状和粗球状。薄针状γ沿板条或块状边界生长，并在（K-S）取向关系（OR）附近与其相邻的回火马氏体（TM）基体保持一致。一般来说，针状γ与先前的颗粒具有相同的方向，从而导致了γ的记忆效应。另一方面，沿前γ晶界形成的粗大球状γ晶粒或在前γ晶粒内的渗碳体颗粒上成核，具有多个取向。最近，有一些作者报道说，γ的这两种形态表现出不同的合金化元素划分行为和生长动力学：针状γ的生长，无论还原温度如何，都伴随着Mn和Si分割，而球状γ生长在低温下伴随着Mn和Si的分配，在高温下变成无分配。这应该对后续奥氏体回火过程中复归γ的分解行为有很强的影响，从而影响TRIP钢的最终力学性能。因此，了解这两种γ的性质和控制其形成是很重要的。

据报道，渗碳体（θ）颗粒和先前存在的RA在马氏体的γ还原中起着关键作用。θ在淬火加热过程中析出马氏体，它可以作为球状γ的成核中心。此外，预回火或较慢的加热速率改变了θ颗粒的分布和组成，从而影响还原动力学和γ形貌。回火过程中θ和回火马氏体之间的元素分配也会改变γ形成的驱动力。残余奥氏体（RA）的存在通过促进针状γ的形成，使γ记忆效应的发生从马氏体逆转。马氏体板条和/或贝氏体板条间存在的RA在再加热后可以生长，形成针状γ。

在此，北科大张献光团队与日本东北大学合作通过研究γ反转来阐明θ尺寸、分布和组成以及RA的存在对γ逆相变动力学和微观结构的影响，本研究阐明了即使在相同的合金和相同的温度下，初始的微观结构也对γ的还原有显著的影响，以及这些影响从γ成核的角度对不同尺寸和组成的θ粒子进行了定量的讨论。相关研究结果以题为“Role of cementite and retained austenite on austenite reversion from martensite and bainite in Fe-2Mn-1.5Si-0.3C alloy”发表在Acta Materialia上。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135964542100152X

640?wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1.jpg

渗碳体粒径在球状奥氏体的形核中起着重要作用，并且由于回火或长时间奥氏体回火而形成的较大渗碳体颗粒促进了球状奥氏体的形成，因为其对奥氏体的成核能力更大。

图1.垂向截面的Fe-2Mn-1.5Si-C相图

图2.（a）AsQ、（b）TM623、（c）TM923、（d）BF+θ，（e）BF+RA初始结构和（f）BFRA初始结构的奥氏体铁氧体相图的SEM图

图3.（a）在1048K的还原过程中，总体还原γ组分的时间变化；（b）、（d）、（f）OM和（c）（e）（g）（b）-（c）AsQ、（d）-（e）BF+θ和（f）-（g）BF+RA初始结构的扫描电镜图像在1048K下的ER回归为3600s；（H）在3600s的稳态下量化针状和球状g组分。

预先存在的残余奥氏体抑制了渗碳体的析出从而形成球状奥氏体，而针状γ则直接从残余奥氏体生长。通过高温回火在渗碳体/铁素体之间分配的强元素或通过长时间回火形成的粗大渗碳体颗粒会阻碍其回复动力学。延迟不是由于抑制奥氏体成核，而是由于奥氏体的生长。DICTRA计算和实验观察均支持渗碳体或粗渗碳体颗粒中更严重的锰富集，从而阻碍了奥氏体的生长动力学。