Fe–Al–Mn–C合金轻量化微观结构和力学性能



Fe–Al–Mn–C合金轻量化微观结构和力学性能

在钢中添加大量的轻质元素（如Al）已经不是一个新的概念了，而Fe–Al–Mn–C合金替换含有Ni或Cr的耐腐蚀性钢材这种所谓的轻质钢或低密度钢最近被重新审视，这源于现代工业对于这种用于主要结构的钢材需求。在增加强度的同时又不失延展性这个思路已经在钢铁研究中取得了一定成果，但是通过混入其它轻质元素来达到降低钢材密度的思路是一个新前景，这样可以激发出更有竞争力的替代品（如镁合金）。

轻量化Fe–Al–Mn–C合金是具有很高灵活属性的合金系统。典型的组合物通常含有3%～30% Mn、3%～12% Al和0.1%～1.5%C，同时包含用来平衡材料某些特性的Fe。经过固溶处理的合金含有单相奥氏体基体或是双链体基体，其中铁素体和奥氏体的含量很大程度上取决于合金中C、Mn和Al的相对含量。在奥氏体基体中分散着纳米尺寸的碳化物，这样合金会表现出超强的性能。

（1）力学性能通常受到堆垛层错能的极大影响，这些影响也与全奥氏体合金中Mn含量高（超过15%）以及Al含量低（小于3%～6%）有关。但是，当Al的含量提高时，力学性能受到κ-碳化物的析出控制。

（2）即使在溶液中进行水淬处理，κ-碳化物提供的化学元素驱动力在含有大量C和Al时也是足够大的。

（3）在基于文献的基础上，分析了合金元素对于奥氏体Fe–Al –Mn–C合金密度的影响。就某个元素增加1%造成的密度减少而言，C对于密度减少的影响相当于Al的4倍。

（4）含有κ-碳化物的奥氏体Fe–Al–Mn–C合金通过平面滑行模式进行变形，这种变形是由于κ-碳化物在发生错位时产生剪切力而造成滑动面软化。……