Fe-3％Si合金中MnS應變誘導析出行為研究.pdf

1、取向硅鋼作為重要的軟磁材料之一被廣泛用于變壓器的鐵芯材料，其優(yōu)異的導磁性能來源于二次再結晶產(chǎn)生的位向準確的Goss織構。抑制劑形貌和分布狀態(tài)對取向硅鋼發(fā)生完全二次再結晶具有重要作用。MnS是取向硅鋼中最為常用的抑制劑之一，主要在熱軋過程中析出，熱變形組織通過改變MnS析出熱力學和動力學行為影響其最終分布狀態(tài)，進而影響最終產(chǎn)品性能。到目前為止，在鐵素體組織演變機制和應變誘導析出形核位置方面仍然存在爭議，為更好發(fā)揮抑制劑對取向硅鋼的有利作用

2、，需要從鐵素體熱變形組織演變機理入手，深入研究其對MnS應變誘導析出行為的影響，因此，對取向硅鋼鐵素體組織演變和MnS應變誘導析出行為的研究具有較高的理論價值，同時又具有重要的工程意義。
　　取向硅鋼熱軋溫度范圍內(nèi)奧氏體含量受溫度影響，為消除不同溫度下不等量奧氏體的影響，本文選用取向硅鋼模型材料低碳(＜0.015 wt.％)Fe-3％Si合金，實驗溫度范圍內(nèi)均為單一鐵素體;為降低MnS的固溶溫度，模型材料中Mn(0.062 wt.

3、％)和S(0.012 wt.％)的含量低于工業(yè)生產(chǎn)取向硅鋼;利用Gleeble熱模擬機完成等溫、恒應變速率均勻變形;借助OM分析熱變形組織，EBSD分析亞晶界取向差，TEM分析微觀位錯組態(tài);利用非水溶液恒電壓電解侵蝕法制備MnS觀察試樣，并借助SEM觀察分析MnS應變誘導析出尺寸和分布狀態(tài)。主要研究內(nèi)容和結果有:
　　(1073-1473K)/(0.01-5s-1)熱變形60％，研究Fe-3％Si鐵素體流變行為，F(xiàn)e-3％Si熱變

4、形屈服應力、穩(wěn)態(tài)應力和有效應力與應變速率和變形溫度之間的關系均可用冪律關系描述，穩(wěn)態(tài)應力對應的冪指數(shù)和表觀激活能分別為4.4和289kJ/mol，屈服應力對應的冪指數(shù)和表觀激活能分別為5.5和377kJ/mol，穩(wěn)態(tài)應力對應的表觀激活能高于鐵原子在Fe-3％Si中的自擴散激活能的主要原因是穩(wěn)態(tài)應力受屈服應力影響。將屈服應變和屈服應力引入Bergstr(o)m模型，結合屈服應力和穩(wěn)態(tài)應力本構關系、屈服應變和屈服應力經(jīng)驗公式，建立Fe-3％

5、Si真應力-真應變曲線預測模型。利用OM、EBSD和TEM分析熱變形組織，結果表明熱變形組織受Zener-Hollomon(Z)參數(shù)影響:Z＞2×1011，熱變形過程中只發(fā)生動態(tài)回復;Z＜2×1011，熱變形過程中發(fā)生部分動態(tài)再結晶。動態(tài)回復亞晶尺寸和1°～10°亞晶界平均取向差可表示為Z的函數(shù)。選取發(fā)生部分動態(tài)再結晶區(qū)域的變形條件(1173K/0.01s-1(Z=8×1010))，對Fe-3％Si變形20％、40％、70％研究Fe-3

6、％Si鐵素體動態(tài)再結晶機制，發(fā)現(xiàn)Fe-3％Si再結晶過程通過晶體旋轉動態(tài)再結晶和幾何動態(tài)再結晶兩種再結晶機制完成:應變量較小時，初始晶界附近區(qū)域晶體轉動，通過晶體旋轉動態(tài)再結晶機制在初始晶界附近區(qū)域形成大角晶界圍成的晶粒;應變量較大時，相鄰初始晶界附近區(qū)域新形成的晶粒相互接觸，隨應變量增加通過幾何動態(tài)再結晶機制發(fā)生完全動態(tài)再結晶。
　　Fe-3％Si在(1073-1373K)/(0.01-5s-1)范圍變形5％-20％后進行應力松

7、弛實驗，研究鐵素體靜態(tài)回復行為，發(fā)現(xiàn)變形溫度升高使動態(tài)回復變形基體應變儲能降低導致靜態(tài)回復速率降低，而應變量和應變速率對靜態(tài)回復速率影響極小。靜態(tài)回復過程中，動態(tài)回復亞結構發(fā)展更加完善，而亞結構內(nèi)部位錯保持相對穩(wěn)定。Fe-3％Si高溫(1223-1423K)、高應變速率(5-80s-1)范圍變形40％-60％基本能夠發(fā)生完全靜態(tài)再結晶，引用Avrami方程建立Fe-3％Si靜態(tài)再結晶動力學預測模型。
　　為研究變形溫度對MnS應變

8、誘導析出行為的影響，F(xiàn)e-3％Si在1s-1/(1073-1373K)變形60％并保溫1s，發(fā)現(xiàn)析出MnS分布狀態(tài)受變形溫度影響:高溫階段(T＞1273K)，MnS主要在亞晶界非均勻析出;低溫階段(T＜1173K)，MnS彌散均勻析出。溫度對MnS應變誘導析出分布狀態(tài)的影響源于MnS應變誘導析出臨界形核功和有效形核位置數(shù)受變形溫度影響:高溫變形范圍內(nèi)，亞晶發(fā)展完善，亞晶界界面能對MnS臨界形核功的貢獻超過亞晶內(nèi)部位錯，MnS在亞晶界具有

9、熱力學形核優(yōu)勢;低溫變形范圍內(nèi)，亞晶界發(fā)展不完善，亞晶界界面能降低，MnS在亞晶內(nèi)部位錯具有熱力學形核優(yōu)勢;在整個變形溫度范圍內(nèi)亞晶界位錯密度總高于亞晶內(nèi)位錯密度，但隨變形溫度降低亞晶界位錯密度降低，而亞晶內(nèi)位錯密度升高，受其對有效形核位置數(shù)的影響，MnS非均析出和均勻析出的理論分界溫度高于實際分界溫度。在MnS均勻析出的溫度范圍內(nèi)，MnS析出體密度和尺寸受位錯密度影響:當應變量處于過渡變形階段，隨應變量增加MnS析出顆粒體密度增加，平

10、均尺寸減小;當應變量處于穩(wěn)態(tài)變形階段，MnS析出顆粒體密和平均尺寸保持相對穩(wěn)定。
　　在亞晶界為MnS優(yōu)先形核位置溫度范圍內(nèi)(T＞1273K)，MnS分布狀態(tài)主要由亞晶尺寸決定;在亞晶內(nèi)部位錯為MnS優(yōu)先形核位置溫度范圍內(nèi)(T＜1173K)，熱變形后析出MnS的分布狀態(tài)受變形前預先析出MnS形成的溶質(zhì)原子貧化區(qū)影響，并且其影響程度隨溫度降低而減弱。通過減少變形前析出MnS顆粒數(shù)目和增加變形量能夠在一定程度上降低溶質(zhì)原子貧化區(qū)對變形

11、后析出MnS分布不均勻性的影響。
　　MnS析出前的部分靜態(tài)再結晶影響MnS析出顆粒分布均勻性，當應變量處于Fe-3％Si穩(wěn)態(tài)變形階段，應變量對靜態(tài)再結晶動力學的影響遠大于對MnS應變誘導析出動力學的影響，通過改變應變量能夠有效控制靜態(tài)再結晶和MnS應變誘導析出進行的先后順序，避免靜態(tài)再結晶對MnS分布狀態(tài)的不良影響。另外，F(xiàn)e-3％Si靜態(tài)再結晶和MnS應變誘導析出先后順序也能夠通過改變熱變形溫度和降溫速率進行調(diào)控。