具有高锰和铝含量的 Fe-Mn-Al-C 低密度钢,因其低比重、高强度、高韧性、良好的疲劳性能和高抗氧化性等特性而备受关注。为了获得更好的机械性能,研究人员就此开展了更多的研究,通过淬火和时效等热处理来控制κ-碳化物的形成部位,以此不断提高钢材强度、硬度及延展性。 奥氏体晶粒内纳米级 κ-碳化物的析出是导致合金具有高强度和硬度以及大延展性的主要原因。然而,与之相伴随的,粗大的 κ-碳化物或/和晶界上厚厚的片层状 κ-碳化物的析出是导致延展性下降的原因之一。这对奥氏体单相合金以及奥氏体和铁素体双相合金来说都是一个重要问题。虽然,双相合金可以使用高温短时退火来实现内部微观结构的调控,从而改善机械性能。但是,关于较低温度下的时效如何影响这些合金的内部转变的研究却很少。 因此,在这项研究中,研究了热轧 Fe-26Mn-10.2Al-0.98C-0.15V(wt.%)钢。通过包含时效在内适当的热处理,调节钢的奥氏体内部κ-碳化物析出行为和铁素体形态,从而获得了高强度和大塑性的良好组合。 (1)为了控制碳化物的析出部位,研究采用了冷轧、退火和时效工艺来加工具有双相结构的Fe-26Mn-10.2Al-0.98C-0.15V(wt.%)钢。时效后,该合金实现了强度和塑性的良好结合,其屈服强度为1120MPa,拉伸强度为1285MPa,伸长率为17%。κ-碳化物的沉淀强化显示出其对该合金的高屈服强度的重要贡献。强化模型被用来计算相干κ-碳化物的沉淀强化,并显示出良好的预测性能。强度的增加随着时效时间的增加而减慢,这受到沉淀颗粒的临界晶粒尺寸和反相界能(γAPB)的影响。此外,该合金的变形机制受到高SFE和晶粒内κ-碳化物滑动面的软化效应的影响。经过对变形结构的分析表明,塑性变形以平面滑移为主,从而形成了泰勒晶格,一种特殊的位错亚结构。 (2)为了探究不同相之间的差异和相互作用,研究通过纳米压痕实验对退火后合金中各相的硬度进行了测量。结果显示,各相的硬度值随着压痕深度的增加而减小,表现出明显的尺寸效应。铁素体无尺寸效应时的硬度均大于奥氏体,即在退火合金中铁素体的硬度更高,在纳米压痕过程中没有发生相变。此外,随着随压痕深度的增加,弹性模量也呈现减小趋势,表现出类似的尺寸效应。通过逆算法计算得到了A1000合金中各相的应力-应变曲线,显示相对较软的奥氏体相在拉伸过程中更早的屈服。 (3)对于高温下的变形,当变形温度高于600℃时,动态再结晶引起的软化效应增强,削弱了加工硬化,应力随应变的减小而减小,最后颈缩断裂,当变形温度低于600℃时,达到屈服强度后,加工硬化仍然占据主导地位,应力随着应变的增大而增大,表现出连续屈服的现象。