共析钢表面纳米化机制和渗碳体/铁素体取向关系的预测

摘要

纳米晶体材料具有异于传统粗晶材料的结构和优异的力学和物理性能，近二十年来成为各国学者研究的热点。纳米材料的制备技术是获得纳米材料的基础。各种制备纳米材料的技术受到关注。强烈塑性变形（SPD）是获得纳米晶体的有效途径，如等通道等转角挤压,高压扭转等，但是这些方法制备工艺复杂，成本高，难以在工业上取得实际运用。实际上，材料的失效大多发生在表面。材料经过表面机械研磨处理（SMAT），可以在其表面形成具有一定厚度的纳米表面层，从而大大改善其在工程中的服役行为。 本文利用SMAT制备出共析钢纳米晶的表面层，并利用X射线衍射和透射电镜测定该表层微观组织。结果表明：原始组织为层片状铁素体＋渗碳体两相复合组织的共析钢经过SMAT后，铁素体晶粒由于位错产生、位错缠结形成位错胞，然后分割晶粒使铁素体细化至纳米尺度，而渗碳体在强烈塑性变形下，经历弯曲，断裂，和最终分解成体心立方铁素体和底心正交的石墨。 相变晶体学是进行材料组织设计的重要理论基础。为研究材料在相变过程中母相和析出相的晶体学关系，人们先后提出了各种模型，如不变应变线模型、O点阵理论和结构台阶模型等。最近，张明星和Kelly提出了一种新的模型：“边—边匹配”晶体学模型，运用此模型成功地推算出HCP/BCC体系中晶体学关系的各种可能的情况。本文在修正“边—边匹配”晶体学模型基础上，推导出简单正交/体心立方体系中可能存在的各种晶体学位向关系，并以共析钢为实例，通过透射电子显微分析测定了共析钢中渗碳体和铁素体的取向关系，实验测得的取向关系和预测的晶体学取向关系较好地吻合，由此检验所提出的修正模型是可行的。