铝热法制备纳米结构钢铁材料的组织及其形成机理

摘要

本文主要综述了块体纳米晶材料的结构模型、微观组织特征、优异性能、制备方法、超细晶钢铁材料的发展现状以及钢铁材料组织纳米化的意义。通过铝热反应熔化法制备了纳米结构的钢铁材料，主要包括纯铁，亚共析钢20＃、45＃，过共析钢T8，亚共晶铸铁，共晶铸铁以及过共晶铸铁。对各种材料的微观组织进行研究，总结实验结果并探讨组织形成机理。实验结果主要有以下几点：
　　 1.制备的纯铁主要由体心立方的纳米晶铁素体组成，此外还存在少量的非晶体。纳米晶主要以均质形核方式形成。铜底材以及玻璃底材制备纯铁材料的纳米晶平均晶粒尺寸分别为40.9nm和36.2nm。
　　 2.制备的亚共析钢20＃和45＃均是由纳米晶铁素体以及微米珠光体区域组成的双相材料，同时还存在部分非晶。珠光体片间距在150nm左右，也处于纳米级。纯铁、20＃、45＃比较，随碳含量的增加，纳米晶铁素体的晶粒尺寸逐渐减小，铜底材制备的各种材料的纳米晶铁素体平均晶粒尺寸均大于玻璃底材。铜底材制备的各种材料结晶不如玻璃底材好。
　　 3.制备的T8材料由珠光体和渗碳体组成，基体为体心立方的铁素体，珠光体片间距在220nm左右，组织较为细小。20＃、45＃、T8比较，随碳含量的增加，珠光体片间距先减小后显著增大，铜底材制备材料的珠光体片间距均略大于玻璃底材。
　　 4.制备的铸铁材料中均出现了不同含量的粒状珠光体。从亚共晶铸铁到共晶铸铁和过共晶铸铁，随着含碳量的增加，片状珠光体含量逐渐减少，粒状珠光体含量逐渐增多，材料中片状珠光体的片层间距和粒状珠光体的直径尺寸分别在230nm和200nm左右，他们均随着碳含量的增加呈逐渐增大的趋势。