汽車材料論文—汽車材料論文800
導(dǎo)讀：細(xì)化晶粒成為改善材料性能的重要途徑。目前的晶粒超細(xì)化方法主要針對鐵素體晶粒的超細(xì)化，難以用來實(shí)現(xiàn)原奧氏體晶粒超細(xì)化。本文報道了一種有效實(shí)現(xiàn)碳鋼原奧氏體晶粒超細(xì)化的方法，采用高能電脈沖處理，成功制備了超細(xì)晶42CrMo鋼和超細(xì)晶M2高速鋼。
自從Hall-Petch揭開了材料晶粒尺寸與強(qiáng)度的關(guān)系之后，如何細(xì)化金屬材料組織尺寸成為改善材料性能的重要途徑。根據(jù)Hall-Petch定律，為了實(shí)現(xiàn)鋼材強(qiáng)度翻倍，晶粒尺寸需要超細(xì)化。于是日本于上世紀(jì)90年代末率先提出 “超級鋼”計劃，目標(biāo)是開發(fā)具有超細(xì)晶粒組織的高性能鋼材。隨后韓國、中國和歐盟相繼制定了自己的超細(xì)晶鋼研發(fā)計劃。從此，超細(xì)晶成為了高性能鋼材的一項重要特征。
經(jīng)過三十多年的發(fā)展，全世界的研究人員開發(fā)了多種超細(xì)晶鋼制備方法，構(gòu)件了系統(tǒng)的超細(xì)晶組織控制理論。這些方法和理論包括：控軋控冷，中間熱軋，大塑性變形，形變誘導(dǎo)鐵素體相變等等。然而這些晶粒超細(xì)化方法主要針對鐵素體晶粒的超細(xì)化。對于眾多高強(qiáng)鋼而言，它們服役狀態(tài)的顯微組織通常為馬氏體、回火馬氏體或貝氏體。晶粒超細(xì)化是要求它們的原奧氏體晶粒尺寸小于5μm，因此，鐵素體晶粒超細(xì)化方法難以用來實(shí)現(xiàn)原奧氏體晶粒超細(xì)化。
來自湖北汽車工業(yè)學(xué)院的研究人員報道了一種有效實(shí)現(xiàn)碳鋼原奧氏體晶粒超細(xì)化的方法，他們采用高能電脈沖對42CrMo鋼、高速鋼進(jìn)行處理，成功制備了超細(xì)晶42CrMo鋼和超細(xì)晶M2高速鋼。相關(guān)研究成果獲得發(fā)明專利授權(quán)，并先后發(fā)表在國際期刊上，分別為發(fā)表在ISIJ International期刊題為的Fabrication of Ultrafine Grained High Speed Steel with Satisfactory Carbide Dissolution by Electropulsing Treatment，以及 發(fā)表在Materials Science & Engineering A期刊題為的Microstructure and mechanical property of electropulsing tempered ultrafine grained 42CrMo steel。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139213
https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2018-774
論文第一作者在吉林大學(xué)就讀研究生期間就發(fā)現(xiàn)并報道了電脈沖作用下碳鋼中的奧氏體晶粒在逆相變過程中具有很高的形核率，新的研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了電脈沖對鋼中原奧氏體晶粒出色的超細(xì)化能力，并且適用于多種碳鋼。
圖1、電脈沖處理M2高速鋼顯微組織: (a) 1095℃, (b)1138℃, (c) 1185℃,；(d)~(f) 為 (a) ~ (c)高倍圖像.
圖2、42CrMo鋼830℃淬火原奧氏體晶界形貌：（a）電脈沖處理；（b）傳統(tǒng)熱處理
原奧氏體晶粒超細(xì)化將進(jìn)一步促進(jìn)淬火后馬氏體組織的細(xì)化。但是通過統(tǒng)計EBSD檢測數(shù)據(jù)中的大角度晶粒數(shù)量發(fā)現(xiàn)，一個超細(xì)原奧氏體晶粒中含有的亞晶粒數(shù)量大幅度少于粗大的原奧氏體中含有的亞晶粒數(shù)量。這意味著，隨著原奧氏體晶粒超細(xì)化，馬氏體組織將越來越難以細(xì)化。
圖3、42CrMo鋼EBSD圖片：（a）傳統(tǒng)830℃淬火試樣IPF圖，（b）為（a）的晶界；（c）電脈沖830℃淬火試樣IPF圖，（d）為（c）的晶界.
這些工作不僅為制備原奧氏體超細(xì)晶鋼帶來了一種新的有效方法，同時還讓人們看到高能電脈沖復(fù)雜的熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)對奧氏體的相變具有獨(dú)特的影響，這事關(guān)奧氏體超細(xì)化過程中所需高形核率產(chǎn)生的根本原因。這將啟發(fā)人們?nèi)ヌ剿餍碌膴W氏體超細(xì)化相變機(jī)理。
*感謝原文作者團(tuán)隊對本文的大力支持。
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