翻译——Precipitation and Phase Transformation of Copper Particls in Low Alloy Ferritic and.docVIP

低合金铁素体和马氏体钢中铜颗粒的相变和析出 摘要 为了弄清楚含铜钢中的母体结构对时效硬化行为的影响，利用示差扫描量热法（DSC）、透射电子显微镜（TEM）、原子探针场离子显微镜（AP—FIM）对等温时效处理过程中铜粒子的相变和析出进行了研究。通过DSC分析和TEM观察发现，铁素体中在稳定的FCC铜相出现之前存在铜原子的聚集、bcc和9R结构。在样品达到最大的时效硬化时粒子的主要结果是bcc。通过DSC的质量分析和Fe母相/Cu析出系统中动力学自由能的计算可知粒子的bcc→9R转变发生在粒子粗化的过程中。在马氏体等温时效时，大部分粒子在板条和位错上析出。这导致了bcc粒子数量的减少和样品最大时效硬度的降低。另一方面，尽管80%变形量铁素体的位错密度比为变形铁素体要高，80%变形量铁素体的时效硬化行为几乎和为变形的铁素体差不多。本篇论文中，讨论了钢中缺陷（位错和空位）对与硬化行为相关的铜粒子的析出和相变的控制因素的影响。此外，铜粒子析出时添加Mn的作用也将要被讨论。 关键词： 铜钢，析出，相变，示差扫描量热法，透射电子显微镜，原子探针场离子显微镜 Ⅰ 引言 含铜量1—2%的低碳钢由于具有优异的强韧性的平衡因而在薄板坯到厚板坯范围内的结构钢中已经引起了一些兴趣。这中强韧性的平衡来源于在冷却或时效过程中微小铜粒子的析出。微小铜粒子在热力学时效脆化和X辐射脆化铁素体合金具有重要的作用。铜析出的早期研究室技术性的，也就是科学性和兴趣。 在时效铁素体钢和合金中铜析出的早期阶段，与基体bcc结构同一的铜原子bcc集簇在过饱和固溶体中形核和长大，在达到某一临界尺寸后就会失去和基体的同一性。最初认为它会直接转变成和bcc基体具有Kurdjumov-Sachs位相关系的孪生fcc结构。然而，最近的高分辨电子显微镜对Fe—Cu合金中铜析出的研究表明随着时效时间的增加转变的结果是bcc→9R→fcc。 为了让含铜钢不仅能应用在铁素体钢中也能应用在其他钢中比如马氏体钢和贝氏体钢中，去完全理解缺陷和合金元素在铜相变和析出中的影响是很有必要的。Thompson等人已经报道了铜在奥氏体/铁素体界面处和工业用铁素体钢连续冷却过程中铜的析出过程。尽管有很多的研究聚焦在无碳钢和具有低位错密度的超低碳合金钢，然而，在这些钢具有高位错密度的热力学时效阶段铜的析出和相变却没有相关的细节信息。 这篇文章的目的是弄清楚含铜钢的等温时效硬化行为和基体微观结构对析出的影响。在描述超低碳铁素体、低碳马氏体和高变形量铁素体这三种类型的微观结构时，铜的析出和时效硬化行为的控制因素尤其是位错的作用会被讨论。在铁基体中铜粒子的析出和bcc-9R转变中也作出了一些热力学考量，和已经知道的铜基体中铁粒子的马氏体fcc-bcc转变相对比。 Ⅱ 实验过程 添加铜或不添加铜的低碳或超低碳钢在25kg的真空熔炼炉里融化并轧制成20mm厚的薄板。这些钢的化学元素如表1所示。这些薄板在1523K被重新加热1.8ks随后淬入水中。这种处理后会得到两个过饱和铜的样品，一个过饱和铜的铁素体基体有较少的位错密度和一个具有高位错密度的马氏体基体。而且，固溶处理的超低碳钢在室温下以10s-1 的应变速率和80%的压下量进行压下，经过这 道工序，就会得到具有高位错密度的铁素体基体钢。图1显示了3种样品的光学显微结构。 对于DSC，从这些样品上切下来4.8mm直径、1.7mm厚度的圆盘。DSC用一个具有定性分析软件的Rigaku TAS-200设备来操作。这些样品在10K/Min加热速率下从室温加热到993K进行DSC操作一研究铜颗粒在钢中的析出和转变。 每一个铜过饱和基体在从723到973K的不同温度下进行等温时效1.8ks。时效过后，在室温98N载荷下进行Vickers硬度测试。显微镜是采用高分辨透射电子显微镜和原子探针场离子显微镜。薄圆片装样品用来做TEM电镜观察，样品在286k温度下经过含5%硝酸和95%醋酸的电解液点解抛光，随后室温下用135mL醋酸和25g铬’ B’。峰值B’可能是B和C的转变点，因为那里没有其他可看作是铜的析出的峰值，但是从两个粗化点和转变点之间理清关系是比较困难的。转变峰值不能清晰的从粗化峰值中分辨出来暗示着很大一部分粒子没有经过从bcc到9R或bcc到fcc的相变，而且这种推测看起来与马氏体TEM下几乎没有发现bccCu的观察结果相吻合。在形变铁素体的DSC曲线中，三种放热峰值被区别出来。这三种峰值的位置与铁素体中的位置很相似，虽然形变铁素体像马氏体一样有高度的错位。现在，在形变铁素体和马氏体之间DSC曲线具有不同特征的原因可能是位错密度的不同，这将在下面的讨论中描述。 另一件在形变铁素体DSC曲线的结果要表明的是铜析出中剩余空位的作用。峰值的位置，尤其是形变铁素体和铁素体DSC曲