·684 工程科学学报，第38卷，第5期 分数为3%A!合金元素的加入引起高温δ铁素体区 用于计算不同种类材料中各种热力学性质、热力学平 的明显扩大和a(8)+y两相区的扩展连接.在TRP 衡、局部平衡、化学驱动力以及各种稳定/亚稳相图、多 钢和TWP钢的研究中，普遍认为锰元素起到明显扩 类型材料多组元体系的性质图等.本文利用热力学计 大和稳定奥氏体区的作用.文献资料显示，结合 算软件Thermo--Calc+最新版TCFE7数据库对Fe一 Schaeffler相图，以铝元素和锰元素为主要合金元素讨 Mn一Al-C合金系统进行热力学平衡计算. 论对Fe-Mn一Al一C合金体系影响的相关研究鲜有报 图3(a)为已有文献资料中含铝低密度钢合金 道.借用类似Schaeffler相图分析方法对Fe-Mn-AlC 成分统计分布示意图.图中高锰高碳（左上区域） 合金体系进行研究具有重要的指导意义.本文结合热 主要为单相奥氏体基体，而高铝低锰（右下区域）则 力学计算软件Thermo-Calc和最新版TCFE7数据库 以铁素体基为主，双相基成分分布于两者之间，贯 (由CISRI-TCS联合开放实验室提供)计算并绘制针对 穿坐标原点和高锰高铝高碳的中心区域.考虑到 中锰（质量分数约2%~8%）中铝（质量分数约0~ 最新版TCFE7数据库的铝含量上限限制和适中的 5%)含量的Fe-Mn-Al-C合金体系在900、1000、1100 锰元素对控制两相区的作用，本研究选取C质量分 和1200℃四个温度的类Schaeffler相图，为该体系的合 数0~0.4%和A1质量分数0~5%的成分范围区 金成分设计与选择提供支持. 间，结合中等质量分数2%、5%和8%Mn的成分选 取，计算每个成分点在典型温度(900、1000、1100 2 实验材料及方法 和1200℃)的热力学平衡状态，统计并评估其相比 Thermo--Calc是一个通用的热力学计算软件，可 例变化规律 32r o 10 28 00 24 20 口9g 16 口奥氏体基 12 双相基 8 A铁素体基 4 8 4 4 12 03 6 碳质量分数 0.8 碳质量分数% 0. 翻分 0. 0.1 120 质量分数保 4 图3合金成分.(a)文献资料统计结果分布：()热力学计算选取结果分布 Fig.3 Compositions of alloys:(a)statistical results in literatures:(h)selected results of thermodynamic calculations 将计算并统计的相比例数据转换成等高线图表 整体上相比例示意图呈现出左上单相奥氏体区（比例 示其对应成分的奥氏体相比例，并利用平移和修正 值接近1)，右下单相铁素体区（比例值接近0）的明确 等手段整合成同时评估碳、锰和铝合金元素的类 分布，中间的两相区域表现出规律的相比例逐渐过渡 Schaeffler相图，使得通过合金成分即可直接读取和 的变化趋势.高温条件下相比例线斜率较平直，而低 估计钢中组织的相种类和相比例.关于类Schaeffler 温条件下随着C含量的增加，相比例线斜率有逐渐减 相图的适用性和更多相种类的评估也被探索性讨 小的趋势.随着热力学计算平衡温度的提高，相转变 论.为验证类Schaeffler相图的准确性，部分中锰中 的起始点和相转变线整体右移.不同于传统CNi典 铝含量钢种的相比例通过金相组织图像进行实测， 型Schaeffler相图，示意图并未出现左下角的铁素体+ 金相试样使用4%硝酸乙醇溶液腐蚀，根据金相照片 马氏体两相区. 中不同相的灰度差别，使用图像分析软件选取和统 不同锰含量对相比例随铝含量和碳含量变化的影 计分析 响如图5所示.锰元素的增加引起相转变起始点和相 转变线的整体右移.低锰的相比例线平直度较好，而 3实验结果 高锰含量引起高碳区域相比例变化的局部异常 3.1合金元素对中锰中铝FeMn-Al-C合金相比例 3.2Fe-Mn-AlC类Schaeffler相图绘制 的影响 将不同的合金元素含量按照传统CNi典型 图4为M的质量分数为5%时，不同平衡温度下 Schaeffler相图的相关公式系数进行Cr当量和Ni当量 奥氏体相比例随铝含量和碳含量变化的分布示意图 计算，整合得到的相比例结果不能良好对应，尤其是不工程科学学报，第 38 卷，第 5 期 分数为 3% Al 合金元素的加入引起高温 δ 铁素体区 的明显扩大和 α( δ) + γ 两相区的扩展连接． 在 TＲIP 钢和 TWIP 钢的研究中，普遍认为锰元素起到明显扩 大和 稳 定 奥 氏 体 区 的 作 用． 文 献 资 料 显 示，结 合 Schaeffler 相图，以铝元素和锰元素为主要合金元素讨 论对 Fe--Mn--Al--C 合金体系影响的相关研究鲜有报 道． 借用类似 Schaeffler 相图分析方法对 Fe--Mn--Al--C 合金体系进行研究具有重要的指导意义． 本文结合热 力学计算软件 Thermo--Calc 和最新版 TCFE 7 数据库 ( 由 CISＲI-TCS 联合开放实验室提供) 计算并绘制针对 中锰( 质量分数约 2% ～ 8% ) 中铝( 质量分数约 0 ～ 5% ) 含量的 Fe--Mn--Al--C 合金体系在 900、1000、1100 和1200 ℃四个温度的类 Schaeffler 相图，为该体系的合 金成分设计与选择提供支持． 2 实验材料及方法 Thermo--Calc 是一个通用的热力学计算软件，可 用于计算不同种类材料中各种热力学性质、热力学平 衡、局部平衡、化学驱动力以及各种稳定/亚稳相图、多 类型材料多组元体系的性质图等． 本文利用热力学计 算软件 Thermo--Calc + 最 新 版 TCFE 7 数 据 库 对Fe-- Mn--Al--C 合金系统进行热力学平衡计算． 图 3( a) 为已有文献资料中含铝低密度钢合金 成分统计分 布 示 意 图． 图 中 高 锰 高 碳( 左 上 区 域) 主要为单相奥氏体基体，而高铝低锰( 右下区域) 则 以铁素体基 为 主，双相基成分分布于两者之间，贯 穿坐标原 点 和 高 锰 高 铝 高 碳 的 中 心 区 域． 考 虑 到 最新版 TCFE 7 数据库的铝含量上限限制和适中的 锰元素对控制两相区的作用，本研究选取 C 质量分 数 0 ～ 0. 4% 和 Al 质 量 分 数 0 ～ 5% 的 成 分 范 围 区 间，结合中等质量分数 2% 、5% 和 8% Mn 的成分选 取，计算每个成分点在典型温度 ( 900、1000、1100 和 1200 ℃ ) 的热力学平衡状态，统计并评估其相比 例变化规律． 图 3 合金成分． ( a) 文献资料统计结果分布; ( b) 热力学计算选取结果分布 Fig． 3 Compositions of alloys: ( a) statistical results in literatures; ( b) selected results of thermodynamic calculations 将计算并统计的相比例数据转换成等高线图表 示其对应成分的奥氏体相比例，并利用平移和修正 等手段整合成同时评估碳、锰 和 铝 合 金 元 素 的 类 Schaeffler 相图，使得通过合金成分即可直接读取和 估计钢中组织的相种类和相比例． 关于类 Schaeffler 相图的适 用 性 和 更 多 相 种 类 的 评 估 也 被 探 索 性 讨 论． 为验证类 Schaeffler 相图的准确性，部分中锰中 铝含量钢种的相比例通过金相组织图像进行实测， 金相试样使用 4% 硝酸乙醇溶液腐蚀，根据金相照片 中不同相的灰度差别，使用图像分析软件选取和统 计分析． 3 实验结果 3. 1 合金元素对中锰中铝 Fe--Mn--Al--C 合金相比例 的影响 图 4 为 Mn 的质量分数为 5% 时，不同平衡温度下 奥氏体相比例随铝含量和碳含量变化的分布示意图． 整体上相比例示意图呈现出左上单相奥氏体区( 比例 值接近 1) ，右下单相铁素体区( 比例值接近 0) 的明确 分布，中间的两相区域表现出规律的相比例逐渐过渡 的变化趋势． 高温条件下相比例线斜率较平直，而低 温条件下随着 C 含量的增加，相比例线斜率有逐渐减 小的趋势． 随着热力学计算平衡温度的提高，相转变 的起始点和相转变线整体右移． 不同于传统 CrNi 典 型 Schaeffler 相图，示意图并未出现左下角的铁素体 + 马氏体两相区． 不同锰含量对相比例随铝含量和碳含量变化的影 响如图 5 所示． 锰元素的增加引起相转变起始点和相 转变线的整体右移． 低锰的相比例线平直度较好，而 高锰含量引起高碳区域相比例变化的局部异常． 3. 2 Fe--Mn--Al--C 类 Schaeffler 相图绘制 将不同的合金元素含量按照传统 CrNi 典 型 Schaeffler 相图的相关公式系数进行 Cr 当量和 Ni 当量 计算，整合得到的相比例结果不能良好对应，尤其是不 · 486 ·