Fe–Al–Mn–C合金輕量化微觀結構和力學性能

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Fe–Al–Mn–C合金輕量化微觀結構和力學性能

在鋼中添加大量的輕質元素（如Al）已經不是一個新的概念了，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鋼或低密度鋼最近被重新審視，這源于現代工業對于這種用于主要結構的鋼材需求。在增加強度的同時又不失延展性這個思路已經在鋼鐵研究中取得了一定成果，但是通過混入其它輕質元素來達到降低鋼材密度的思路是一個新前景，這樣可以激發出更有競爭力的替代品（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。典型的組合物通常含有3%～30% Mn、3%～12% Al和0.1%～1.5%C，同時包含用來平衡材料某些特性的Fe。經過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，這樣合金會表現出超強的性能。

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

（2）即使在溶液中進行水淬處理，κ-碳化物提供的化學元素驅動力在含有大量C和Al時也是足夠大的。

（3）在基于文獻的基礎上，分析了合金元素對于奧氏體Fe–Al –Mn–C合金密度的影響。就某個元素增加1%造成的密度減少而言，C對于密度減少的影響相當于Al的4倍。

（4）含有κ-碳化物的奧氏體Fe–Al–Mn–C合金通過平面滑行模式進行變形，這種變形是由于κ-碳化物在發生錯位時產生剪切力而造成滑動面軟化。

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