Fe-C合金的片狀下貝氏體組織與結晶學

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鋼鐵材料可以通過選擇合金元素、熱處理方式等獲得具有各種不同機械性能的組織。近年來，作為硬相組織受到重視的貝氏體也是這種組織之一，是通過奧氏體化後用低於恆溫相變鼻尖溫度的低溫保溫而出現的組織。這種貝氏體具有因保溫溫度不同而組織發生變化，最終機械性能發生改變的特徵。特別是在從350℃到馬氏體相變開始溫度之間保溫，則會出現片狀貝氏體結晶，而不是板條狀貝氏體結晶。對於這種低溫下生成的片狀貝氏體（下文中稱片狀下貝氏體），有過對單個結晶和結晶方位的研究，但對於結晶組織的研究較少。本文將對Fe-C合金的片狀下貝氏體進行分析，通過與板條狀馬氏體和其他板條狀貝氏體進行比較，揭示出片狀下貝氏體組織的特徵。

表1 奧氏體與馬氏體或貝氏體密排方向與密排面之間以及NW或KS取向關係之間的晶界角

表1為片狀下貝氏體和板條狀馬氏體的結晶方位關係。片狀下貝氏體的試樣組成為Fe-0.61%C（質量百分數）和Fe-1.42%C，下文中分別簡稱為Fe-0.6C和Fe-1.4C。對於這些試樣，分別進行以下兩種條件下的熱處理：1）以1000℃×30min奧氏體化後，進行300℃×10min等溫相變，然後進行水冷；2）1100℃×30min奧氏體化後，進行250℃×5h等溫相變，然後水冷。並對Fe-0.6C合金採用1000℃×30min奧氏體化後水冷處理，形成板條狀馬氏體作為比較對象。Fe-0.6C板條狀馬氏體和片狀下貝氏體中，板條狀馬氏體的最密排面平行關係存在偏離，而其他沒有大的差異。而片狀下貝氏體中，隨著碳含量的增加，從KS結晶方位關係逐漸接近NW結晶方位關係。這也可以理解為片狀下貝氏體的碳含量增加導致了與奧氏體間的最密排方向平行關係出現偏離。

圖1所示為Fe-C合金片狀下貝氏體掃描電鏡法和電子背散射衍射法（SEM/EBSD）的測定結果。圖1（a）和（b）是關於Fe-0.6C和Fe-1.4C的結晶方位分析結果，在根據衍射圖形的鮮明度製成的灰度圖像上，將平行於觀察面法線方向的結晶方位，用圖1（e）左側的標準立體三角形的色調錶示出來。可以看出，結晶方位幾乎在同一區域以片狀存在，而這些區域平行排列。由此可以認為，片狀下貝氏體中存在所謂板條塊（block）和板條束（packet）特徵的亞組織單元。

圖1 （a）Fe-0.6C和（b）Fe-1.4C片狀下貝氏體的結晶方位示意圖，密排面分別與（c）和（d）的貝茵組對應；（e）表示晶體取向指數、密排面組和貝茵組；A、B分別對應奧氏體和貝氏體相

為了表現出片狀下貝氏體的特徵，抽取了同一晶格對應區域（貝茵組）和與母相奧氏體有著同一共同密排面的區域（密排面組）。圖1（c）和（d）分別是與圖1（a）和（b）同一區域，圖1（e）是同一貝茵組用相同灰度圖像表示，同一密排面組用同一顏色表示的圖。板條狀馬氏體和低溫下生成的板條狀貝氏體，獨立的密排面組區域對應packet組織，而內部的貝茵組區域對應block組織，因而了解到該片狀下貝氏體也與板條狀馬氏體存在同樣的packet、block組織。另一方面，也可以確認在粗大的密排面組區域內，存在著細微的其他密排面組區域。該細微packet組織有著變成與周圍同樣的貝茵組的趨勢。另外，儘管組織內部為同一種密排面組，但可以觀察到部分block組織沿不同的方向伸長。特別是Fe-1.4C，具有同一伸長方向的織構聚集的趨勢，在同一密排面組內部存在著三個不同組合種類。此外，還可以觀察到packet組織內部的block組織隨著碳含量的增加，由平面變成了帶有曲面的片狀，具有相互交錯組合的趨勢。

片狀下貝氏體具有與其他馬氏體、貝氏體不同的形態，意義非比尋常，且其可能是對強度和韌性產生影響的組織，為了能通過控制微觀組織來改善機械性能，還需要明確組織形成的相關信息。

來源：世界金屬導報

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