不用调质,就能提高低碳钢的方法,你知道吗?

发表于 讨论求助 2019-05-14 16:53:24

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低碳钢相界面VC纳米析出物的三维观察

近年来,通过在相界面析出纳米碳化物来实现非调质钢高强度化的方法受到重视。所谓相界面析出,是指γ/α相变时,在其界面上析出合金碳化物的现象,在呈周期排列的层面上,碳化物形成细微分散的组织。关于该组织的形成机理,已有多种说法,但仍有许多不明之处,另外,由于该组织也是研究的重要内容,因此需要对碳化物的三维分布进行细致观察。

采用FIB-SEM(聚焦离子束电子束扫描电镜)连续切片(Serial Section)法,成功观察了含钒低碳钢(Fe-0.10C-0.22Si-0.83Mn-0.014P-0.014S-0.003N-0.001Ti-0.288V,mass%)相界面析出的VC的三维分布。观察中采用了FIB与SEM正交配置的双束扫描型电子显微镜。三维观察用的SEM图像,x方向与y方向的像素为1000,图像按比例显示为5μm,z方向的FIB切片间隔设为5nm。也就是说,三维观察的每个体素(voxel)是边长为5nm的立方体。根据获得的所有图像数据,用虚拟仿真三维可视化软件VSG Avizo对三维图像进行重新处理。

图1 (a)析出物层面从edge on方向看到的三维处理成像;(b)1片层面内的析出物分布

由于相界面析出而形成的纳米碳化物非常小,仅为10nm以下,一般在观察中采用TEM,而通过利用本装置,可以对相界面析出呈特有的周期性点列状分布的VC组织进行大范围的SEM观察。三维图像重新处理后,析出物层在edge on方向的观察结果如图1(a)所示。用重新处理的三维图像求出的析出层间隔约为20nm,与TEM观察结果一致。不仅析出层的形状有平面状和曲面状两种,而且重新处理三维图像的精度极限仅用一个断面也无法正确求出层面析出物的分布。因此,抽取只有1片析出层的体积,通过从层面的法线方向投影,观察VC的分散状况(图1(b))。VC在层面内均匀分布,而其分布无法看出规则性。以往曾有利用原子探针(Atom Probe)对晶界面析出的碳化物分布进行观察的例子,但没有在如此宽的视野范围观察的先例,因而具有划时代的意义。

对超低碳钢板条马氏体中所含小角度晶界的三维解析

板条状马氏体中由小角度晶界构成的亚板条块(sub-block)具有复杂的形态,无法用总体形象解释。而且,也有报告指出,在单个板条束(packet)内部还包含与周围存在小角度方位差的细微板条束,但报告中并未指出其形态。本文将展示包含在板条状马氏体中的亚板条块以及细微板条束的三维观察结果。

图2 用电子背散射衍射解析得到的最终切片的(a)结晶方位图和(b)变量图

三维观察采用聚焦离子束加工进行的连续切片和通过电子背散射衍射法进行的解析构筑局部结晶方位图并用的方法。图2(a)所示为用颜色表示出的最终切片的结晶方位数据(在结晶方位图中,用标准三角形中的颜色来表示纸面法线方向的结晶方向)。从图中可以看出,右上方的区域几乎为青绿色,可以判断出该区域基本上为具有同一结晶方位的板条群。图2(b)所示为将图2(a)按照具有K-S结晶方位关系的24种变量表示的图(用颜色表示各变量)。用符号V1和V4或V2和V5组合构成板条块(block),这些板条块集中而成一个板条束。其他变量与细微板条束对应,如果不进行立体观察,则不能了解形态。

图3 用连续切片变量图构筑的三维图像:(a)总体图;(b)单个板条束;(c)为(b)中单个板条块;(d)为(c)中亚板条块;(e)为(c)中细微板条束

图3所示为切片后得到的各变量图重新处理成的三维图像。从(a)到(c)分别为总体形象、单个板条束和单个板条块区域;(d)为抽取(c)中所含的亚板条块的图像,可以看出亚板条块之间以相互缠绕的形式存在;(e)为(c)中所含的细微板条束。细微板条束接近球形者较多,在其界面有大量的曲率1μm-1的球面。(a)的颜色表示具有共通密排面的板条组,独立区域对应板条束,半透明区域表示属于不同的原始奥氏体晶粒;(b)的颜色表示基本为同一结晶方位的板条块;(c)和(d)用同一颜色表示同一亚板条块。


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