Fe-C合金的片状下贝氏体组织与结晶学

钢铁材料可以通过选择合金元素、热处理方式等获得具有各种不同机械性能的组织。近年来，作为硬相组织受到重视的贝氏体也是这种组织之一，是通过奥氏体化后用低于恒温相变鼻尖温度的低温保温而出现的组织。这种贝氏体具有因保温温度不同而组织发生变化，最终机械性能发生改变的特征。特别是在从350℃到马氏体相变开始温度之间保温，则会出现片状贝氏体结晶，而不是板条状贝氏体结晶。对于这种低温下生成的片状贝氏体（下文中称片状下贝氏体），有过对单个结晶和结晶方位的研究，但对于结晶组织的研究较少。本文将对Fe-C合金的片状下贝氏体进行分析，通过与板条状马氏体和其他板条状贝氏体进行比较，揭示出片状下贝氏体组织的特征。

表1 奥氏体与马氏体或贝氏体密排方向与密排面之间以及NW或KS取向关系之间的晶界角

表1为片状下贝氏体和板条状马氏体的结晶方位关系。片状下贝氏体的试样组成为Fe-0.61%C（质量百分数）和Fe-1.42%C，下文中分别简称为Fe-0.6C和Fe-1.4C。对于这些试样，分别进行以下两种条件下的热处理：1）以1000℃×30min奥氏体化后，进行300℃×10min等温相变，然后进行水冷；2）1100℃×30min奥氏体化后，进行250℃×5h等温相变，然后水冷。并对Fe-0.6C合金采用1000℃×30min奥氏体化后水冷处理，形成板条状马氏体作为比较对象。Fe-0.6C板条状马氏体和片状下贝氏体中，板条状马氏体的最密排面平行关系存在偏离，而其他没有大的差异。而片状下贝氏体中，随着碳含量的增加，从KS结晶方位关系逐渐接近NW结晶方位关系。这也可以理解为片状下贝氏体的碳含量增加导致了与奥氏体间的最密排方向平行关系出现偏离。

图1所示为Fe-C合金片状下贝氏体扫描电镜法和电子背散射衍射法（SEM/EBSD）的测定结果。图1（a）和（b）是关于Fe-0.6C和Fe-1.4C的结晶方位分析结果，在根据衍射图形的鲜明度制成的灰度图像上，将平行于观察面法线方向的结晶方位，用图1（e）左侧的标准立体三角形的色调表示出来。可以看出，结晶方位几乎在同一区域以片状存在，而这些区域平行排列。由此可以认为，片状下贝氏体中存在所谓板条块（block）和板条束（packet）特征的亚组织单元。

图1 （a）Fe-0.6C和（b）Fe-1.4C片状下贝氏体的结晶方位示意图，密排面分别与（c）和（d）的贝茵组对应；（e）表示晶体取向指数、密排面组和贝茵组；A、B分别对应奥氏体和贝氏体相

为了表现出片状下贝氏体的特征，抽取了同一晶格对应区域（贝茵组）和与母相奥氏体有着同一共同密排面的区域（密排面组）。图1（c）和（d）分别是与图1（a）和（b）同一区域，图1（e）是同一贝茵组用相同灰度图像表示，同一密排面组用同一颜色表示的图。板条状马氏体和低温下生成的板条状贝氏体，独立的密排面组区域对应packet组织，而内部的贝茵组区域对应block组织，因而了解到该片状下贝氏体也与板条状马氏体存在同样的packet、block组织。另一方面，也可以确认在粗大的密排面组区域内，存在着细微的其他密排面组区域。该细微packet组织有着变成与周围同样的贝茵组的趋势。另外，尽管组织内部为同一种密排面组，但可以观察到部分block组织沿不同的方向伸长。特别是Fe-1.4C，具有同一伸长方向的织构聚集的趋势，在同一密排面组内部存在着三个不同组合种类。此外，还可以观察到packet组织内部的block组织随着碳含量的增加，由平面变成了带有曲面的片状，具有相互交错组合的趋势。

片状下贝氏体具有与其他马氏体、贝氏体不同的形态，意义非比寻常，且其可能是对强度和韧性产生影响的组织，为了能通过控制微观组织来改善机械性能，还需要明确组织形成的相关信息。

来源：世界金属导报