Fe–Al–Mn–C合金輕量化微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能

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Fe–Al–Mn–C合金輕量化微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能

在鋼中添加大量的輕質(zhì)元素（如Al）已經(jīng)不是一個(gè)新的概念了，而Fe–Al–Mn–C合金替換含有Ni或Cr的耐腐蝕性鋼材這種所謂的輕質(zhì)鋼或低密度鋼最近被重新審視，這源于現(xiàn)代工業(yè)對(duì)于這種用于主要結(jié)構(gòu)的鋼材需求。在增加強(qiáng)度的同時(shí)又不失延展性這個(gè)思路已經(jīng)在鋼鐵研究中取得了一定成果，但是通過(guò)混入其它輕質(zhì)元素來(lái)達(dá)到降低鋼材密度的思路是一個(gè)新前景，這樣可以激發(fā)出更有競(jìng)爭(zhēng)力的替代品（如鎂合金）。

輕量化Fe–Al–Mn–C合金是具有很高靈活屬性的合金系統(tǒng)。典型的組合物通常含有3%～30% Mn、3%～12% Al和0.1%～1.5%C，同時(shí)包含用來(lái)平衡材料某些特性的Fe。經(jīng)過(guò)固溶處理的合金含有單相奧氏體基體或是雙鏈體基體，其中鐵素體和奧氏體的含量很大程度上取決于合金中C、Mn和Al的相對(duì)含量。在奧氏體基體中分散著納米尺寸的碳化物，這樣合金會(huì)表現(xiàn)出超強(qiáng)的性能。

（1）力學(xué)性能通常受到堆垛層錯(cuò)能的極大影響，這些影響也與全奧氏體合金中Mn含量高（超過(guò)15%）以及Al含量低（小于3%～6%）有關(guān)。但是，當(dāng)Al的含量提高時(shí)，力學(xué)性能受到κ-碳化物的析出控制。

（2）即使在溶液中進(jìn)行水淬處理，κ-碳化物提供的化學(xué)元素驅(qū)動(dòng)力在含有大量C和Al時(shí)也是足夠大的。

（3）在基于文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分析了合金元素對(duì)于奧氏體Fe–Al –Mn–C合金密度的影響。就某個(gè)元素增加1%造成的密度減少而言，C對(duì)于密度減少的影響相當(dāng)于Al的4倍。

（4）含有κ-碳化物的奧氏體Fe–Al–Mn–C合金通過(guò)平面滑行模式進(jìn)行變形，這種變形是由于κ-碳化物在發(fā)生錯(cuò)位時(shí)產(chǎn)生剪切力而造成滑動(dòng)面軟化。

刊名：Science and Technology of Advanced Materials（英）

刊期：2013年第1期

作者：Hansoo Kim et al

編譯：王一瀏