高锰钢切变型动态相变过程的EBSD分析

别是形变过程中取向（ 差 ） 变 化、相 变 动 力 学 与 奥 氏 体取向的关系，且统计性好； 不足之处是难以观察马 氏体内的精细结构 及 界 面 匹 配 情 况，有 时 会 受 到 相 鉴定时误标的干扰。本文总结了 EBSD 技术分析高 锰钢中动态切变型 相 变 过 程 中 的 取 向 依 赖 性、变 体 选择规律及织构效应等。
relationships； j： Schematic drawing of phase transformation sequence
图 1a 为组织形貌图，图 1b 为相结构分布，灰色为奥 氏体，红色为 六 方 马 氏 体 （ ε-M ） ，蓝 色 为 BCC 马 氏 体（ α'-M） 。图 1c 是 取 向 成 像 图，各 马 氏 体 变 体 用 不同颜色表示。图 1（ d ～ f） 为不同相的极图。通过 对比极图中不同相平行的晶体学方向（ 见小方框及 圆 圈 ） ，可 确 定 出： （ 1 ） 奥 氏 体 与 ε-M 是 ShojiNishiyama 取向 关 系 ｛ 111 ｝ γ | | ｛ 0001 ｝ ε，〈110〉γ ‖ 〈1120〉ε； ε-M 与 α'-M 是 Burgers 关 系 ｛ 0001 ｝ ε ‖ ｛ 110｝ α'，〈1120〉ε‖〈111〉α'； 合起来 是 KurdjumovSachs 关系 ｛ 111 ｝ γ ‖ ｛ 110 ｝ α'，〈110〉γ ‖〈111〉α'。 （ 2） 6 个 α'-M 变体之间 是 3 对 孪 晶 关 系 （ 图 1c，1g，
2 结果与分析
2. 1 EBSD 技术 在 分 析 马 氏 体 相 变 取 向 关 系 基 本 特征上的应用 2. 1. 1 通过极图对照确定取向关系
图 1 为 18Mn-A 钢 淬 火 组 织 中 的 热 致 马 氏 体。
收稿日期： 2011 -03 -29 ； 修订日期： 2011-04 -27 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ No. 50771019 ） ； 高等学校博士学科点专项科研基金项目（ No. 20090006110013 ） ． 作者简介： 杨平（ 1959 － ） ，男（ 汉族） ，湖南人，教授，博士研究生导师 . E-mail： yangp@ mater. ustb. edu. cn
杨 平，鲁法云，王会珍，刘彤妍
（ 北京科技大学材料学院，北京 100083）
摘 要： 形变作用下的切变型相变（ 如 TRIP 过程） 具有 显 著 的 取 向 依 赖 性、变 体 选 择 规 律 及 织 构 效 应。 高 锰 钢 中 存在热致马氏体和应变诱导马氏体及 γ→ε→α'顺序产生两 种 马 氏 体 过 程，使 组 织 演 变 过 程 十 分 复 杂 。 EBSD 取 向 成像技术可十分便捷地定量揭示相变过程信息，为认识切变 型 动 态 相 变 提 供 重 要 数 据 。 本 文 总 结 了 利 用 EBSD 技 术揭示高锰钢单向拉伸、压缩时马氏体相变的取向关 系 识 别、取 向 依 赖 性、变 体 选 择 规 律、织 构 效 应 和 奥 氏 体 状 态 的影响及逆相变特点，表明 EBSD 技术研究 马 氏 体 相 变 的 优 势。 EBSD 数 据 分 析 认 为，取 向 依 赖 性、变 体 选 择 规 律 及织构效应是动态转变的共性规律。 关键词： 高锰钢； 马氏体相变； 切变型； EBSD； 取向 中图分类号： TG142. 33； O71； TG115. 23； TG115. 21 + 5. 3 文献标识码： A
第 30 卷 第 4-5 期 2011 年 10 月
电子显微学报 Journal of Chinese Electron Microscopy Society
Vol. 30，No. 4-5 2011 -10
文章编号： 1000-6281（ 2011） 04 /05-0285-09
高锰钢切变型动态相变过程的 EBSD 分析
1h） 。相变孪晶出现的原因是相互抵消相变弹性应 变能（ 图 1i） 。 由 于 α'-M 只 能 从 片 状 的 ε-M 中 形 成，ε-M 的数量、尺 寸 及 分 布 显 著 影 响 了 α'-M 的 尺 寸及分布（ 图 1j） 。 2. 1. 2 通过取向差数据判定取向关系
已知 K-S 关系是 ｛ 111 ｝ γ ‖ ｛ 110 ｝ α'，〈110〉γ ‖ 〈111〉 α'， 转 换 成 角 轴 对 是 49. 47° 〈0. 97565，0，0. 21933〉，转 换 为 欧 拉 角 是 φ1 = 5. 77°，φ = 48. 19°，φ2 = 5. 77° （ 看 成 一 个 取 向 ） ； 而 N-W 关系是｛ 111｝ γ‖｛ 110 ｝ α'，〈011〉γ ‖〈001〉α'， 转 换 为 角 轴 对 是 45. 99° 〈0. 97610， － 0. 08317，
动态相变由扩散型动态相变和切变型动态相变 组成。在应变作用下的动态相变具有一般相变不具 有 的 特 点 ，可 进 一 步 提 高 材 料 的 性 能 ，如 实 现 超 细 化 （ 扩散型） 和高 塑 性 （ 切 变 型 TRIP 钢 ） ，也 可 使 加 工 过程更紧凑，节能环保。高锰 TRIP / TWIP 钢是具有 切变型动态相变的 典 型 合 金，它 具 有 极 高 的 强 塑 性 积（ 大 于 50 000 MPa·% ） ，实 现 高 抗 冲 击 性、明 显 减重而受到汽车行 业 的 广 泛 关 注，有 望 用 于 制 造 未 来汽车上的 结 构 件。其 优 异 性 能 （ 特 别 是 高 延 伸 率、随应变量 增 加 的 加 工 硬 化 率 和 抗 冲 击 性 能 ） 的 起源在于其 TRIP / TWIP 效 应，即 马 氏 体 相 变 诱 发 塑性和孪生诱发塑 性，这 涉 及 多 相 间 的 转 变 与 形 变 的交互作用［1，2］。高锰 钢 形 变 过 程 中 组 织 演 变 的 复 杂 性 在 于 其 存 在 两 种 马 氏 体 （ 六 方 结 构 的 ε-M 和 bcc 结构的 α'-M） ，加上奥氏体共 3 个相。由于高锰 钢极高的延伸率（ 超过 50% ） ，在断裂前经历了很大 的塑性变形，塑性变 形 过 程 中 应 有 不 同 相 的 转 变 动 力 学 、不 同 相 之 间 的 交 互 作 用 、不 同 相 的 取 向 变 化 规 律或织构。已知高锰钢马氏体相变顺序为 γ →ε → α'［1］，fcc 结构的奥氏体向六方结构的 ε 马 氏 体 转 变 时，层错或 不 全 位 错 的 运 动 起 很 重 要 的 作 用［3］，奥 氏体晶粒取向的 影 响 就 会 起 显 著 作 用［4］。 近 年 来， 人们用背散射电子衍射（ EBSD） 技术分析马氏体相 变［5，6］。EBSD 技 术 最 显 著 的 优 势 是 可 直 观 地 观 察 到 取 向 关 系 、变 体 选 择 规 律 及 奥 氏 体 晶 粒 的 取 向 ，特
c： 马氏体变体 1 的｛ 110｝ 和｛ 111｝ 极图； d： 马氏体变体 2 的｛ 110｝ 和｛ 111｝ 极图 Fig． 2 Experimental determination the K-S relationship in TRIP process of 18Mn-B steel after tensile by 20% ．
a： Orientation imagine map，austenite： grey； ε-M： red； α'-M： colors in three Euler angles（ Bar = 5 μm） ； b： ｛ 111｝ and ｛ 110｝ pole figures of austenite； c： ｛ 111｝ and ｛ 110｝ pole figures of α'-M variant 1； d： ｛ 111｝ and ｛ 110｝ pole figures of α'-M variant 2
孪晶界迹线； i： 6 种 α'-M 变体示意图； j： 相变顺序示意图 Fig． 1 Orientation image analysis on thermal martensites in 18Mn-A steel． a： Micrograph（ Bar = 2 μm） ； b： Phase distribution，austenite： grey； ε-M： red； α'-M： blue（ Bar = 10 μm） ； c： Orientation map，austenite： grey； ε-M： red； α'-M： colors in three Euler angles； d： Pole figures of γ phase； e： Pole figures of ε-M； f： Pole figures of α'-M； g： ｛ 110｝ α pole figure，the common 〈110〉axis is rotated to the center of pole figure； h： ｛ 112｝ α pole figure； i： Schematic drawing of 6 α'-M variants in twin
第 4-5 期
杨 平等： 高锰钢切变型动态相变过程的 EBSD 分析
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图 2 18Mn-B 钢拉伸 20% TRIP 过程中 K-S 关系的实测确定。 a： 取向成像图，灰色为奥氏体，红色为 ε-M，其它彩色为 α'-M（ Bar = 5 μm） ； b： 奥氏体的｛ 111｝ 和｛ 110｝ 极图；
图 3 18Mn-B 钢压缩 10% 后｛ 100｝ 取向奥氏体中马氏体相变的取向成像分析。Bar = 5 μm a： 取向成像图： 奥氏体： 彩色（ 欧拉角） ； b： 取向成像图： ε-M： 彩色（ 欧拉角） ； c： 取向成像图： α'-M： 彩色（ 欧拉角） ；
d： 奥氏体极图； e： ε-M 极图； f： α'-M 极图 Fig． 3 Orientation imagine analysis of martensitic transformation in ｛ 100｝ oriented austenite grain of 18Mn-B steel
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电子显微学报 J． Chin． Electr． Microsc． Soc．
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图 1 18Mn-A 钢热致马氏体的取向成像。 a： 组织形貌图（ Bar = 2 μm） ； b： 相分布图： 灰色-γ，红色-ε，蓝色-α'（ Bar = 10 μm） ； c： 取向成像图： 灰色-γ，红色-ε， 其它-α'； d： γ 极图； e： ε 极图； f： α'极图； g： α'的｛ 110｝ 极图，共同的〈110〉轴转到中心； h： α'的｛ 112｝ 极图； 3 条线对应 3 类
1 实验材料Βιβλιοθήκη Baidu方法
本工作主要 使 用 两 种 含 18Mn 的 高 锰 钢，其 成 分分 别 为： Fe-17. 48Mn-3. 04 Si-1. 80Al-0. 0045C （ 称 18Mn-A ） ， Fe-18. 4Mn-3. 26Si-3. 01Al-0. 15C （ 称 18Mn-B ） 。 18Mn-A 钢 铸 锭 经 1 050 ℃ 锻 造 及 1 100 ℃ 水淬 固 溶 处 理； 18Mn-B 钢 铸 锭 经 1 050 ℃ 锻造及1 250 ℃ 热 轧 后 在1 150 ℃ 固 溶 处 理。然 后 分别在 CMT 电子万能试验机上进行单向拉伸及压 缩，应变速率 10 － 2 s － 1 。将变形样品用 5% 的高氯酸 酒精 溶 液 抛 光 并 浸 蚀 后，用 带 有 牛 津 仪 器 公 司 EBSD 探头的 Zeiss Supra 55 场发射扫描电镜（ SEM） 对微区进行取向成像分析。