結晶粒微細化誘起による相変態を利用したナノデュプレックス組織制御

利用晶粒细化诱导的相变控制纳米双相结构

基本信息

批准号：
15760530
负责人：
藤原弘
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Kochi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

強ひずみ加工粉末は表面付近が最も強ひずみ加工を受ける領域であり、内部になるほど徐々に加工度が軽減されていく。表面に近い領域では結晶粒径20nm程度の等軸ナノ結晶粒組織が観察される。この領域では、等軸ナノ結晶粒組織は大角粒界を持っておりBCC構造である。さらに、加工度がやや小さな内部側の領域では、幅20〜50nm程度で長さ数百nmのアスペクト比の大きい層状ナノ結晶粒(ナノレイヤー)組織が形成されている。ナノレイヤー組織部はBCC構造とFCC構造とが混在した組織である。すなわち、表面領域ではBCCのフェライト(α)単相組織、内部領域ではαとFCC構造のオーステナイト(γ)の2相組織が形成されている。このようなα粒は、γ粒がナノ結晶粒化することで増大した粒界エネルギーを駆動力として変態した可能性がある。一方、ナノレイヤー組織に近接したγ粒からのα変態以外のα相の生成も起こり、(α+γ)ナノデュプレックス組織を形成している。このようなα粒は上述の等軸ナノα粒よりも粒径が大きい。これは、γ界面エネルギーの上昇に加えて、著しい強加工により原子空孔などの多量の格子欠陥が導入され母相γの化学的自由エネルギーが増大した結果、より大きなγ粒径であってもα変態の駆動力が得られたものと推測される。SUS316Lステンレス鋼では、常温でMMによる強ひずみ加工を行うとナノレイヤー組織を経て等軸ナノ結晶粒組織、あるいは(α+γ)ナノデュプレックス組織を形成する。このとき、2種類のα変態が観察されるが、一つはナノ結晶化による界面エネルギー上昇に起因する変態であり、もう一つは界面エネルギー上昇と同時に母相の化学的自由エネルギー上昇に起因した変態であると考えられる。いずれも常温近傍で起こった変態であり、これまでのマルテンサイト変態とは異なる生成メカニズムによる、マッシブ的な相変態によるものと推測される。

高应变加工粉末的表面附近区域受到最剧烈的应变加工，并且加工程度向内部逐渐减小。在靠近表面的区域，观察到晶粒尺寸约为20 nm的等轴纳米晶结构。该区域的等轴纳米晶结构具有大角度晶界，为BCC结构。此外，在加工程度稍小的内部区域中，形成宽度为约20至50nm、长度为数百nm的高纵横比的层状纳米晶粒(纳米层)结构。纳米层结构是BCC结构和FCC结构的混合。即，在表面区域形成BCC铁素体(α)单相组织，在内部区域形成α和FCC结构奥氏体(γ)的两相组织。这种α晶粒可能是利用由γ晶粒形成纳米晶粒而增加的晶界能的驱动力来转变的。另一方面，靠近纳米层结构的γ晶粒也产生α相变以外的α相，形成(α+γ)纳米双相结构。这种α晶粒具有比上述等轴纳米α晶粒更大的粒径。这是因为，除了γ界面能增加外，由于极强的加工引入大量原子空位等晶格缺陷，基体γ的化学自由能增加，即使γ晶粒尺寸增大，基体γ的化学自由能也增加。推测获得了α变换的驱动力。当SUS316L不锈钢在室温下使用MM进行强应变加工时，通过纳米层结构形成等轴纳米晶结构或(α+γ)纳米双相结构。此时，观察到两种类型的α-转变：一种是由于纳米晶化导致界面能增加而引起的转变，另一种是由于基体化学自由能同时增加而引起的转变。界面能量的增加被认为是一个变态。所有这些转变都发生在室温附近，并且被认为是由于具有与传统马氏体转变不同的形成机制的大规模相变。