张明达等：基于Thermo--Calc的中锰中铝Fe-Mn一Al-C低密度钢类Schaeffler相图绘制与评估 ·687 根据不同温度的相比例合成示意图而绘制对应的 例关系可以在较快的冷却速度下保留至室温，铁素体 类Schaeffler相图如图8所示.随着温度的增加，两相 相不发生相转变，奥氏体相有可能发生奥氏体向马氏 区被推移至右侧，且相比例线分布更加密集，表现出合 体的部分或完全转变，这与奥氏体的稳定性以及冷却 金元素对于两相比例变化的敏感性提高.随着温度提 方式有关，奥氏体是否转变或者转变量的多少需要结 高，相图中高铝含量端铁素体相区出现特征平台.不 合具体情况分析 同温度下热力学平衡状态的奥氏体相和铁素体相的比 0.40 0.40 0.35 6% 0.35 0.30 「奥氏体 0.30 奥氏体 0.25 奥氏体+马氏体 体+体 70% 0.25 奥氏体+马氏休 0.20 马氏体 +铁素*马氏 0.20 氏体 4素体+民体 0 0.15 0.15 快体 80 0.10 0.10 0.05 0.05 1G0隆 0 0 -2 0 1 2 3 -2 -1 1 3 4 A-xMn质量分数% A-xMn质量分数/% 0.40 e 0.35 40 0.40 0铁 0.35 0.30 0.30 奥氏体 奥氏体 50% 0.25 资氏体+氏 6 0.25 0.20 4马 0.20 奥体创 0 0.15 80 0.15 0.10 0.10 0.05 10 0.05 100% 氏素体 铁素体 -1 0 3 4 5 0 3 4 A-xMn质量分数% A-xMn质量分数/% 图8不同温度下以AMn和C为横纵坐标的类Schaeffler相图.(a)900℃：(b)1000℃：(c)1100℃：(d)1200℃(x依次为-0.417、 -0.333、-0.278和-0.210) Fig.8 Schaeffler phase diagrams of Fe-Mn-Al-C alloys at different temperatures:(a)900℃；(b)l000℃；(c）1100℃：(d)1200℃(x: (a)0.417,(b)0.333,(c)0.278,and(d)0.210) 3.3FeMn一AC类Schaeffler相图相种类评估 低于0.5%)，对于本研究不具有可用性.本文主要使 典型Schaeft组er相图中除了相比例的表征外，更多 用Di等a对于奥氏体钢中马氏体转变温度(Ms和 的相种类信息也可以根据成分初步判断和估计.主要 Mεs温度)的计算和拟合结果，该模型公式包含部分高 相种类区域按照奥氏体是否转变为马氏体分为单相奥 铝含量的成分（最高铝质量分数达8%左右），并且计 氏体区、奥氏体+马氏体区和单相马氏体区.相种类 算值与实际测量值的拟合度较高.针对Fe-Mn一Al-C 分界线与奥氏体的稳定有关，通常由对应成分的Ms 合金体系的简化公式如下： 和Mf温度确定.对于Fe-Mn-AlC类Schaeffler相图 T.=1185-199.8(C)-21.7(Mn)-1.9w(C）× 的相种类判断也可采用相似的方法.由于中高铝低密 w(Mn)-14.4[(Mn)×e(AD]P-410,K:(1) 度钢正处在研究和发展的初级阶段，围绕高铝含量的 T=390-710.5w(C)-12.4w(Mn)- 马氏体转变温度的测试和计算参考较少，如Yang 22.7o(Al)+11.6o(C)×w(Mn）- 等对大量钢铁材料Ms点和成分进行回归和拟合， 3.7w(Mn)×w(AD]1n+277,K. (2) 得到的Ms温度计算公式具有广泛适用性，但是缺乏 式中，T和T分别表示奥氏体转变为马氏体和ε 对Fe-Mn一AlC合金体系的针对性.姜越等的工 马氏体的温度，0为奥氏体相中固溶存在合金元素的 作中总结了大量马氏体转变温度的计算公式，尽管马 质量分数.以室温为相转变假设温度时，绘制的不同 氏体转变温度公式给出铝元素的影响系数，但是总结 锰含量条件下C含量与A!含量的对应关系曲线如 的公式中铝含量的应用范围一般较低（质量分数一般 图9所示.图9(a)为本文绘制的类Schaeffler相图对张明达等: 基于 Thermo--Calc 的中锰中铝 Fe--Mn--Al--C 低密度钢类 Schaeffler 相图绘制与评估 根据不同温度的相比例合成示意图而绘制对应的 类 Schaeffler 相图如图 8 所示． 随着温度的增加，两相 区被推移至右侧，且相比例线分布更加密集，表现出合 金元素对于两相比例变化的敏感性提高． 随着温度提 高，相图中高铝含量端铁素体相区出现特征平台． 不 同温度下热力学平衡状态的奥氏体相和铁素体相的比 例关系可以在较快的冷却速度下保留至室温，铁素体 相不发生相转变，奥氏体相有可能发生奥氏体向马氏 体的部分或完全转变，这与奥氏体的稳定性以及冷却 方式有关，奥氏体是否转变或者转变量的多少需要结 合具体情况分析． 图 8 不同温度下以 Al--xMn 和 C 为横纵坐标的类 Schaeffler 相图． ( a) 900 ℃ ; ( b) 1000 ℃ ; ( c) 1100 ℃ ; ( d) 1200 ℃ ( x 依次为 － 0. 417、 － 0. 333、－ 0. 278 和 － 0. 210) Fig． 8 Schaeffler phase diagrams of Fe--Mn--Al--C alloys at different temperatures: ( a) 900 ℃ ; ( b) 1000 ℃ ; ( c) 1100 ℃ ; ( d) 1200 ℃ ( x: ( a) —0. 417，( b) —0. 333，( c) —0. 278，and ( d) —0. 210) 3. 3 Fe--Mn--Al--C 类 Schaeffler 相图相种类评估 典型 Schaeffler 相图中除了相比例的表征外，更多 的相种类信息也可以根据成分初步判断和估计． 主要 相种类区域按照奥氏体是否转变为马氏体分为单相奥 氏体区、奥氏体 + 马氏体区和单相马氏体区． 相种类 分界线与奥氏体的稳定有关，通常由对应成分的 Ms 和 Mf 温度确定． 对于 Fe--Mn--Al--C 类 Schaeffler 相图 的相种类判断也可采用相似的方法． 由于中高铝低密 度钢正处在研究和发展的初级阶段，围绕高铝含量的 马氏体 转 变 温 度 的 测 试 和 计 算 参 考 较 少，如 Yang 等［14］对大量钢铁材料 Ms 点和成分进行回归和拟合， 得到的 Ms 温度计算公式具有广泛适用性，但是缺乏 对 Fe--Mn--Al--C 合金体系的针对性． 姜越等［15］的工 作中总结了大量马氏体转变温度的计算公式，尽管马 氏体转变温度公式给出铝元素的影响系数，但是总结 的公式中铝含量的应用范围一般较低( 质量分数一般 低于 0. 5% ) ，对于本研究不具有可用性． 本文主要使 用 Dai 等［16］对于奥氏体钢中马氏体转变温度( Ms 和 Mεs 温度) 的计算和拟合结果，该模型公式包含部分高 铝含量的成分( 最高铝质量分数达 8% 左右) ，并且计 算值与实际测量值的拟合度较高． 针对 Fe--Mn--Al--C 合金体系的简化公式如下: TMs = 1185 － 199. 8w( C) － 21. 7w( Mn) － 1. 9w( C) × w( Mn) － 14. 4［w( Mn) × w( Al) ］1 /2 － 410，K; ( 1) TMεs = 390 － 710. 5w( C) － 12. 4w( Mn) － 22. 7w( Al) + 11. 6w( C) × w( Mn) － 3. 7［w( Mn) × w( Al) ］1 /2 + 277，K． ( 2) 式中，TMs和 TMεs分别表示奥氏体转变为 α 马氏体和 ε 马氏体的温度，w 为奥氏体相中固溶存在合金元素的 质量分数． 以室温为相转变假设温度时，绘制的不同 锰含量条件下 C 含量与 Al 含量的对应关系曲线如 图 9 所示． 图 9( a) 为本文绘制的类 Schaeffler 相图对 · 786 ·