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形变导致第二相分解是材料加工过程中普遍存在的现象,第二相的分解直接影响到材料的组织和性能。鉴于钢铁材料的重要性,过去数十年人们采用各种手段,对塑性变形导致珠光体钢中渗碳体(Fe3C)分解的现象进行了研究,但其中的基本问题仍然没有解决,争论还是存在。彻底搞清楚Fe3C的分解机制,对控制Fe3C的分解过程,进而优化钢铁产品的机械性能非常重要。同时对解释其他合金中形变导致第二相分解的现象也有借鉴意义。
本文首先通过高分辨电子显微术(HRTEM,High resolution transmissionelectron microscopy)表征了Fc3C中的位错,发现。Fe3C中的位错具有不同于单质材料的特性,当其运动时可以改变滑移面及附近区域的微观结构。而后通过能量过滤像(EFTEM,Energy filtered transmission electron microscopy),电子能量损失谱技术(Electron energy loss spectroscopy,EELS)对Fe3C中位错运动对成分调制的现象做了进一步的研究,实验发现位错对成分调制的能力可能与滑移系有关。最后利用几何相位分析对高分辨图像进行了分析,并编写了相关程序,为计算机模拟位错核心结构打下基础。
其次对形变导致Fe3C分解的经典机制进行了研究。通过实验发现,对于中小变形量,片状Fe3C将在其表面产生大量台阶,极薄的Fe3C片甚至能产生均匀的弯曲,这将显著增大界面能,使得片状Fe3C的分解方式以热力学机制为主。而颗粒状Fe3C很难发生剪切形变,使得其表面有大量位错缠结,碳原子易与表面位错结合,其分解方式以位错机制为主。此外,根据实验结果推测:对于严重塑性变形,Fe3C的分解是一个复杂的过程,不同的阶段会由不同的机制来发挥主导作用。