低碳低合金钢的纳米压痕表征

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1、AAC’04359低碳低合金钢的纳米压痕表征宋洪伟，史弼，王秀芳，刘明源，季思凯(宝钢股份公司技术中心)摘要：对具有两种不同组织状态的一种低碳低舍金钢进行了纳米压痕表征。结果表明，全马氏体组织试样中，马氏体的纳米压痕硬度为(5．94-1．6)GPa，而双相组织试样中的马氏体由于分配有更多的C元素而具有略高的纳米压痕硬度((7．44-1．2)GPa)。双相组织试样中铁素体的纳米压痕硬度为(4．6±1．2)GPa。两种试样中各相的杨氏模量大体相当，都在(220±43)GPa。当压痕深度小于30am时，两种试样中铁素体或马氏体

2、的纳米压痕硬度和杨氏模量都随压痕深度的增加而大幅度变化；超过30am后，变化幅度都很有限。关键词：钢；铁素体；马氏体；纳米压痕；硬度NanoindentationCharacterizationofaLowCarbonLowAlloySteelSONGHong-weiSillBiWANGXiu．fangLIUMing．yuanJlSi-kai(BaosteelTechnologyCenter)Abstract：AlowcarbonlOWalloysteelwithtwodifferenttypesofmicrostruc

3、turesischaracterizedbynanoindentationtests．Theresultsindicatethatthenanoindentationhardnessofmartensiteis(5．9±1．6)GPainthefullymartensiticsample，whileitis(7．4±1．2)GPainthedual·phasesample．Thelatervalueisslishtlyhigherthantheformeroneduetomorecarbonatomspartitioni

4、ngtothemartensiteinthedual·phasesample．Thenanoindentationhardnessofferriteis(4．6±1．2)GPainthedual-phasesample．TheYoung’Smoldulusofthedifferentphasesinthetwotypesofsamplesarenearlyequalandallwithin(220±43)GPa．Whentheindentationdepthislessthan30am．boththehardnessan

5、dmoldulusofferriteormartensitevarysubstantiallywiththechangingofthedepthinthetwotypesofsamples．Inthecontrast，thechangingamplitudesarealllimitedastheindentationdepthisbeyond30nm．KeyWords：Steel；Ferrite；Martensite；Nanoindentation；Hardness．1前言常规压痕计(如人们熟悉的布氏、洛氏、维氏和显微硬

6、度计)只能通过测量残留压痕尺寸来计算材料的硬度。相比之下，计算机辅助深度敏感仪器(如纳米压痕计)则可以提供更多的力学性能信息uqJ。利用纳米压痕计不仅可以测定纳米压痕硬度，而且还可以通过动态记录和分析载荷一位移(压痕深度)曲线揭示塑性变形行为并计算弹性模量。纳米压痕技术已经被用于表征钢铁材料[3“]，并在表征超细晶粒钢[5]、双相不锈钢[6]和多相钢¨J力学性能等方面显示出一定的优势。宝钢研究院(技术中心)新近建立起来的纳米表征实验室拥有一台配备有多种先进附件和功能模块的新型纳米压痕计。本研究利用该纳米压痕计对一种低碳低

7、合金钢进行了表征。该钢被处理成两种不同的组织状态，其一为完全马氏体组织，其二为铁素体与马氏体双相组织。由于常规硬度计压痕的应变场范围很大，很容易与晶粒边界发生交互作用而产生边界效应。因此，只有采用纳米压痕技术才能准确测定钢中各相的力学性能。2实验方法实验用钢的化学成分(质量百分数)为：C0．07％、Si0．31％、Mn0．31％、P0．082％、S0．005％、A10．02％、Cr0．6％、Ni0．11％、Mo0．46％、Cu0．24％、Nb0．02％、Ti0．002％，Fe为余量。采用不同的控轧控冷工艺，获得了两种不同

8、组织状态试样。第一种为完全马氏体组织AAG04(捌1a)试样．记为sP，托垣盟氏体，r均％牲A径约在10“rn毓级，第二种与铁索体与马氏体R相组织(图ib)甙佯庀为DP其中铁累悼々马氏悼的体秘丹敦分别为89％自ilq二者的晶粒都足接近等轴晶的多边形平均晶粒直径分别为3o“mⅫ14i．m。目I试样SP(a)和试样Dlq