第二相在鋼中的有利作用

1.第二相控制基體晶粒長(zhǎng)大

晶粒細(xì)化是使鋼材強(qiáng)度提高的同時(shí)還提高其韌性的唯一的強(qiáng)化機(jī)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(xì)化的同時(shí)，還必須有效防止晶粒長(zhǎng)大才能保證晶粒細(xì)化的效果，而第二相釘扎晶界是最重要的阻止晶粒長(zhǎng)大的方法。

2.第二相沉淀析出強(qiáng)化

基體中彌散分布的第二相顆?？僧a(chǎn)生彌散強(qiáng)化作用，由于第二相通常是通過(guò)沉淀析出產(chǎn)生的，故也稱為沉淀強(qiáng)化。第二相沉淀強(qiáng)化往往會(huì)導(dǎo)致鋼材韌性的下降，但相對(duì)于位錯(cuò)強(qiáng)化及間隙固溶強(qiáng)化等其他強(qiáng)化方式而言，其脆化矢量較小，故第二相強(qiáng)化是除晶粒細(xì)化外應(yīng)優(yōu)先采用的強(qiáng)化方式。位錯(cuò)越過(guò)第二相顆粒的機(jī)制有切過(guò)機(jī)制和繞過(guò)機(jī)制，其強(qiáng)化機(jī)制分別為切過(guò)機(jī)制和Orowan機(jī)制，當(dāng)?shù)诙嘞鄬?duì)較軟或尺寸很小時(shí)主要為切過(guò)機(jī)制，其強(qiáng)度增量正比于第二相的尺寸和第二相體積分?jǐn)?shù)的二分之一次方，而當(dāng)?shù)诙噍^硬或尺寸較大時(shí)主要為Orowan機(jī)制，其強(qiáng)度增量正比于第二相體積分?jǐn)?shù)的二分之一次方并大致反比于第二相的尺寸。對(duì)每一種特定的第二相都存在一個(gè)臨界尺寸dC，小于臨界尺寸時(shí)切過(guò)機(jī)制起作用而大于臨界尺寸時(shí)Orowan機(jī)制起作用，在臨界尺寸附近可得到最大的強(qiáng)化效果。

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

鋼材經(jīng)受塑性變形后，形變基體中將存在形變儲(chǔ)能。形變儲(chǔ)能是基體再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)能，害可增大后續(xù)固態(tài)多型性相變的相變驅(qū)動(dòng)能。當(dāng)?shù)诙嘣谛巫冞^(guò)程中以應(yīng)變誘導(dǎo)析出的方式沉淀析出后，將有效釘扎位錯(cuò)使之不容易發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，從而顯著推遲再結(jié)晶的發(fā)生。大量試驗(yàn)結(jié)果表明，微合金碳氮化物的應(yīng)變誘導(dǎo)沉淀一旦發(fā)生，形變奧氏體的再結(jié)晶過(guò)程就被顯著推遲。應(yīng)變誘導(dǎo)沉淀的第二相阻止形變奧氏體基體再結(jié)晶過(guò)程的同時(shí)，將使基體的形變儲(chǔ)能得以保存，若繼續(xù)進(jìn)行形變，則形變儲(chǔ)能將不斷累積。形變儲(chǔ)能可明顯增大奧氏體相的自由能，在隨后冷卻過(guò)程中發(fā)生鐵素體相變時(shí)，形變儲(chǔ)能將有效促進(jìn)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(shí)，應(yīng)變誘導(dǎo)析出第二相后，奧氏體基體化學(xué)成分的變化將增高奧氏體相的自由能，從而進(jìn)一步促進(jìn)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(dǎo)鐵素體的晶粒尺寸明顯細(xì)化且分布均勻。

4.第二相促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體形成

低碳鋼中晶內(nèi)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(xì)化鐵素體晶粒并使鐵素體晶粒的形狀和分布有利，近年來(lái)受到廣泛的關(guān)注。事實(shí)上，晶內(nèi)鐵素體的最大好處在于：晶內(nèi)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(nèi)鐵素體分割了原奧氏體晶粒，晶內(nèi)鐵素體的位向與晶界形核連續(xù)推進(jìn)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(zhǎng)大；韌性較高的晶內(nèi)鐵素體完全包圍了第二相顆粒從而使其對(duì)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(shí)，往往對(duì)鋼材的某些性能造成嚴(yán)重的危害。如碳、氮間隙固溶原子往往會(huì)偏聚到位錯(cuò)線上形成氣團(tuán)，當(dāng)材料承受冷加工變形時(shí)，氣團(tuán)將阻礙位錯(cuò)發(fā)生滑移運(yùn)動(dòng)，一旦解釘則將產(chǎn)生屈服伸長(zhǎng)，這種不連續(xù)屈服現(xiàn)象將嚴(yán)重有效鋼材的深沖性能，導(dǎo)致冷加工變形鋼材的表面質(zhì)量下降，對(duì)于表面質(zhì)量要求很高的零件如轎車面板必須嚴(yán)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(guò)程中會(huì)與固溶的鉻發(fā)生反應(yīng)生成相應(yīng)的化合物，導(dǎo)致晶界附近固溶貧鉻而產(chǎn)生晶間腐蝕。

6.提高耐磨性

在材料表面具有適當(dāng)分布的與基體組織良好結(jié)合的高硬度第二相顆粒對(duì)材料耐磨性的提高具有重要作用。從黏著磨損機(jī)理考慮，組織的連續(xù)性和性能的均一化會(huì)產(chǎn)生較大面積的相互接觸和黏著，對(duì)耐磨性不利；而適當(dāng)分布的硬質(zhì)顆粒在磨損過(guò)程中逐漸凸出，若它們與基體之間結(jié)合較好而不會(huì)輕易脫落，則可明顯減小摩擦副之間的真實(shí)接觸面積而避免黏著。而從磨料磨損機(jī)理考慮，由于凸出的顆粒的硬度遠(yuǎn)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(guò)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）