第二相在鋼中的有利作用

1.第二相控制基體晶粒長大

晶粒細化是使鋼材強度提高的同時還提高其韌性的唯一的強化機制，一直受到廣泛的重視，在采用各種工藝方法使基體晶粒細化的同時，還必須有效防止晶粒長大才能保證晶粒細化的效果，而第二相釘扎晶界是最重要的阻止晶粒長大的方法。

2.第二相沉淀析出強化

基體中彌散分布的第二相顆粒可產生彌散強化作用，由于第二相通常是通過沉淀析出產生的，故也稱為沉淀強化。第二相沉淀強化往往會導致鋼材韌性的下降，但相對于位錯強化及間隙固溶強化等其他強化方式而言，其脆化矢量較小，故第二相強化是除晶粒細化外應優(yōu)先采用的強化方式。位錯越過第二相顆粒的機制有切過機制和繞過機制，其強化機制分別為切過機制和Orowan機制，當第二相相對較軟或尺寸很小時主要為切過機制，其強度增量正比于第二相的尺寸和第二相體積分數的二分之一次方，而當第二相較硬或尺寸較大時主要為Orowan機制，其強度增量正比于第二相體積分數的二分之一次方并大致反比于第二相的尺寸。對每一種特定的第二相都存在一個臨界尺寸dC，小于臨界尺寸時切過機制起作用而大于臨界尺寸時Orowan機制起作用，在臨界尺寸附近可得到最大的強化效果。

3.第二相調節(jié)形變基體的再結晶和后續(xù)固態(tài)多型性相變行為

鋼材經受塑性變形后，形變基體中將存在形變儲能。形變儲能是基體再結晶的驅動能，害可增大后續(xù)固態(tài)多型性相變的相變驅動能。當第二相在形變過程中以應變誘導析出的方式沉淀析出后，將有效釘扎位錯使之不容易發(fā)生回復和再結晶，從而顯著推遲再結晶的發(fā)生。大量試驗結果表明，微合金碳氮化物的應變誘導沉淀一旦發(fā)生，形變奧氏體的再結晶過程就被顯著推遲。應變誘導沉淀的第二相阻止形變奧氏體基體再結晶過程的同時，將使基體的形變儲能得以保存，若繼續(xù)進行形變，則形變儲能將不斷累積。形變儲能可明顯增大奧氏體相的自由能，在隨后冷卻過程中發(fā)生鐵素體相變時，形變儲能將有效促進鐵素體相的形成，使鐵素體相形成的溫度比平衡溫度A3明顯升高或使確定溫度下的鐵素體形成量明顯大于平衡形成量；同時，應變誘導析出第二相后，奧氏體基體化學成分的變化將增高奧氏體相的自由能，從而進一步促進鐵素體相的形成；此外，由于形變基體中晶格畸變和扭折晶界的存在，可明顯增大鐵素體的非均勻形核率，使得形變誘導鐵素體的晶粒尺寸明顯細化且分布均勻。

4.第二相促進晶內鐵素體形成

低碳鋼中晶內鐵素體的形成可在一定程度上增加鐵素體的形核率從而細化鐵素體晶粒并使鐵素體晶粒的形狀和分布有利，近年來受到廣泛的關注。事實上，晶內鐵素體的最大好處在于：晶內鐵素體是在較高溫度下形成的，碳含量及合金元素含量很少，因而具有非常高的韌塑性；晶內鐵素體分割了原奧氏體晶粒，晶內鐵素體的位向與晶界形核連續(xù)推進的鐵素體晶粒的位向完全不一樣，由此可明顯抑制了非等軸鐵素體晶粒的形成及定向長大；韌性較高的晶內鐵素體完全包圍了第二相顆粒從而使其對鋼材韌塑性和疲勞性能的損害顯著降低甚至消除。

5．固定非金屬元素

鋼中一般均存在微量的非金屬元素如碳、氮、氫等，它們以間隙固溶狀態(tài)存在時，往往對鋼材的某些性能造成嚴重的危害。如碳、氮間隙固溶原子往往會偏聚到位錯線上形成氣團，當材料承受冷加工變形時，氣團將阻礙位錯發(fā)生滑移運動，一旦解釘則將產生屈服伸長，這種不連續(xù)屈服現象將嚴重有效鋼材的深沖性能，導致冷加工變形鋼材的表面質量下降，對于表面質量要求很高的零件如轎車面板必須嚴格控制間隙固溶原子的存在。在不銹鋼中，間隙固溶原子往往偏聚在晶界上，加工及使用過程中會與固溶的鉻發(fā)生反應生成相應的化合物，導致晶界附近固溶貧鉻而產生晶間腐蝕。

6.提高耐磨性

在材料表面具有適當分布的與基體組織良好結合的高硬度第二相顆粒對材料耐磨性的提高具有重要作用。從黏著磨損機理考慮，組織的連續(xù)性和性能的均一化會產生較大面積的相互接觸和黏著，對耐磨性不利；而適當分布的硬質顆粒在磨損過程中逐漸凸出，若它們與基體之間結合較好而不會輕易脫落，則可明顯減小摩擦副之間的真實接觸面積而避免黏著。而從磨料磨損機理考慮，由于凸出的顆粒的硬度遠高于基體材料硬度，而磨粒主要與凸出的顆粒之間發(fā)生相互作用，從而使磨損過程處于低磨損區(qū)而明顯減輕磨損。顯然，耐磨性提高越大。（東喬）