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单相低碳铁锰合金的力学性能
J. D. BOLTON, E. R. PETTY, AND G. B. ALLEN
对低碳Fe-Mn合金替代镍钢的潜力进行了评估，测量了4~10 Pet Mn范围内的板条马氏体对脆性断裂的敏感性。这些合金都是脆性的，但这并不是由于锰对铁的流动特性有任何内在的影响，例如参数和的变化。脆性的最可能原因是经典的回火脆性效应。大多数新近开发的高强度和低温钢都很昂贵，因为它们含有镍作为主要的合金元素。Mn是一种比镍便宜得多的替代品，对奥氏体到铁素体的转化也会产生类似的影响，这可能会使镍钢的一组廉价替代品成为可能。然而，铁锰合金能否作为低温高强度钢的基础，在很大程度上取决于所能达到的力学性能。特别重要的是，它们似乎是脆弱的性质，并且确定这一脆性的程度和原因一直是这项工作的目标。
所研究的合金在4到10 Pet Mn范围内，经过热处理后形成了条状马氏体组织，这种结构被认为与低碳高镍钢中发现的组织完全相同。
脆性很快被确定，并试图通过几条线索来找出原因。
这些措施包括以下几个方面：
(1)一些作者报道了Fe-Mn合金中存在的孪晶马氏体，并认为这是导致脆性的原因。在这方面所做的工作表明，低碳Fe-Mn合金中不存在孪晶马氏体，而且马氏体属于含不足28 Pet Ni，即板条或滑移的马氏体。
(2)锰可能与镍对铁中流动应力对温度和应变速率变化的敏感性有不同的影响。如果锰对Peierls-Nabarro摩擦应力的影响不同，则可能发生这些变化。
(3)依照科特雷尔方程来看：
其中，
=抗位错运动的摩擦阻力。
=剪切模量。
J. D. BOLTON，曾任英国谢菲尔德理工学院高级讲师，现为西巴基斯坦拉合尔大学副教授；E. R. PETTY是谢菲尔德理工学院的首席讲师；
G. B. ALLEN是英国钢铁公司生产经理，谢菲尔德特钢事业部。
手稿于1970年10月23日提交。
=Petch关系中晶粒尺寸与流动应力曲线的斜率。
=晶粒尺寸参数。
beta;=一个常数，变化范围为1.0到0.3，表示与试件几何形状有关的应力集中程度。
gamma;=断裂的表面能。
脆性断裂会因上述方程的左手边或右面低的任何因素而增强。因此，如果锰提高参数和，可能会出现脆性增加的趋势。
实验步骤
该系列合金是由铁和电解锰制备的，其标称成分为2，4，6，8和10 Pet锰。大多数合金采用高频炉空气熔炼，但真空熔炼生产两种合金。熔铸后的钢锭经过均匀化处理，在1200℃下退火7天，然后再把锭坯挤压成直径的金属条。在加工成试件之前，对这些金属条在1000℃下进一步退火1小时，并对其进行金属形貌的检查，以证明它们没有偏析。
|
表 l.分析结果 |
|||||||||
|
合金 |
c |
N |
Si |
P |
S |
Mn |
Ni Cr |
Mo |
杂质含量 |
|
空气熔体1 |
0.02 |
_ |
0.03 |
0.002 |
0.008 |
1.85 |
_ |
_ |
_ |
|
空气熔体2 |
0.012 |
0.011 |
0.06 |
0.004 |
0.009 |
3.78 |
0.02 |
0.01 |
微量 |
|
空气熔体3 |
0.015 |
0.011 |
0.110 |
0.004 |
0.007 |
5.85 |
0.02 |
0.01 |
微量 |
|
空气熔体4 |
0.011 |
0.014 |
0.09 |
0.003 |
0.010 |
7.55 |
0.02 |
0.01 |
微量 |
|
空气熔体5 |
0.010 |
0.009 |
0.09 |
0.005 |
0.009 |
9.9 |
0.02 |
0.01 |
微量 |
|
空气熔体6 |
0.004 |
0.009 |
0.021 |
0.002 |
- |
9.2 |
- |
- |
_ |
|
空气熔体7 |
0.004 |
0.009 |
0.017 |
0.004 |
- . |
8.35 |
- |
0.48 |
- |
对合金的分析见表I，其中锰的含量与名义成分相当接近。此外，除硅外，其他杂质都相当低，而且在整个合金系列中处于恒定水平。
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|
表 II. 板条典型室温拉伸试验结果 |
||||||
|
Fe-Mn合金马氏体 |
||||||
|
1 Pet |
最大 |
Red. |
奥氏体 |
|||
|
检测限 |
流速 |
张力 |
内部 |
粒径 |
||
|
比例y |
压力 |
压力 |
面积 |
大小 |
||
|
Pet Mn |
处理温度 |
MN/m2 |
MN/ms |
MN/m! |
Pet |
mm |
|
4 pet |
1000°C盐水淬火 |
696.5 |
784.8 |
794.6 |
68 |
0.2 |
|
4 pet |
800°C盐水淬火 |
760 |
895 |
902 |
65 |
0.05 |
|
4 pet |
100°C调至 350°C盐水淬火1小时 |
700 |
810 |
820 |
66 |
- |
|
4 pet |
1000°C调至600°C盐水淬火1小时 |
470 |
500 |
580 |
75 |
- |
|
6 pet |
1000°C盐水淬火1小时 |
648 |
746 |
765 |
69 |
0.21 |
|
6 pet |
800°C盐水淬火1小时 |
705 |
815 |
865 |
66 |
0.05 |
|
6 pet |
1000°C调至350°C盐水淬火1小时 |
705 |
804 |
822 |
66 |
- |
|
6 pet |
1000°C调至600°C盐水淬火1小时 |
465 |
498 |
578 |
80 |
- |
|
8 pet |
1000°C盐水淬火1小时 |
717 |
853.5 |
893 |
63 |
0.12 |
|
8 pet |
800°C盐水淬火1小时 |
- |
890 |
- |
- |
0.035 |
|
10 pet |
1000°C盐水淬火 |
608 |
814 |
878 |
65 |
0.17 |
|
10 pet |
800°C盐水淬火 |
650 |
840 |
910 |
65 |
0.025 |
|
10 pet |
1000°C调至350°C盐水淬火1小时 |
715 |
810 |
820 |
66 |
- |
|
10 pet |
1000°C调至600°C盐水淬火1小时 |
425 |
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