金属材料脱碳层（冷变形珠光体钢丝渗碳体分解调控界面演变）

金属材料脱碳层（冷变形珠光体钢丝渗碳体分解调控界面演变）图3 (a)轧制样品中Fe3C/Fe界面的HRTEM图；(b)界面位错；(c)应变分析图2 渐进变形应变下PSW的微观组织演变本文使用的PSW碳含量为0.8 wt.%，钢丝样品直径为1.25mm和0.91mm，对0.91mm钢丝进行多道次冷拉拔，制备出渐进应变试样。为了研究较小应变下的组织结构，将直径1.25mm线材抛光成0.85mm厚线材，中间夹有不锈钢片，然后冷轧，根据厚度折算应变约0.07。研究发现在原始样品中，Fe3C/Fe界面原子平坦，且与晶体取向一致[010]c//[111]f，(101)c//(11)f。冷变形在ε＜1界面上产生了大量的位错；在ε=0.07的轧制样品中，在界面附近发现了薄薄一层无序的渗碳体。当ε=0.18时，Fe3C/Fe界面出现波动，且存在复杂的位错网络。界面构型随变形应变而改变是位错/界面相互作用和界面附近应变诱导渗碳体分解的综合结果。图1 PSW中珠光体

冷拔珠光体钢丝(PSWs)具有超高的强度和足够的延性。在实验室阶段，钢丝的极限抗拉强度甚至接近7GPa。由于其显著的力学性能，PSW在实际应用中具有不可替代的工程价值。多个学者研究了PSW的微观结构及其与优异力学性能的关系，全珠光体钢由纳米铁素体和渗碳体(Fe3C)片层组成，高密度间相边界作为位错滑移的障碍，显著增加了材料的流动应力。随着变形应变的增加，层间距离减小，冷拉钢丝的强度进一步提高。在珠光体中，虽然渗碳体/铁素体界面的结构已经研究了很长一段时间，但直到近年来，原子水平的结构-性质相关性才受到重视。目前珠光体钢丝界面结构如何演化还未明确，这严重限制了界面变形对力学行为影响的研究。

中科院金属研究所的研究人员探讨了随着变形应变的增加，PSW中Fe3C/Fe界面的结构演变。研究了界面原子构型和应变形态，并重点分析形变诱导渗碳体分解对界面重构的影响。相关论文以题为“Structure evolution of the Fe3C/Fe interface mediated by cementite decomposition in cold-deformed pearlitic steel wires”发表在Journal of Materials Science & Technology。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.05.061

本文使用的PSW碳含量为0.8 wt.%，钢丝样品直径为1.25mm和0.91mm，对0.91mm钢丝进行多道次冷拉拔，制备出渐进应变试样。为了研究较小应变下的组织结构，将直径1.25mm线材抛光成0.85mm厚线材，中间夹有不锈钢片，然后冷轧，根据厚度折算应变约0.07。

研究发现在原始样品中，Fe3C/Fe界面原子平坦，且与晶体取向一致[010]c//[111]f，(101)c//(11)f。冷变形在ε＜1界面上产生了大量的位错；在ε=0.07的轧制样品中，在界面附近发现了薄薄一层无序的渗碳体。当ε=0.18时，Fe3C/Fe界面出现波动，且存在复杂的位错网络。界面构型随变形应变而改变是位错/界面相互作用和界面附近应变诱导渗碳体分解的综合结果。

图1 PSW中珠光体结构的TEM图

图2 渐进变形应变下PSW的微观组织演变

图3 (a)轧制样品中Fe3C/Fe界面的HRTEM图；(b)界面位错；(c)应变分析

图4 不同拉伸应变下珠光体片层的EFTEM图与分析

图5 Fe3C/Fe界面的位错滑移示意图

本文揭示了变形诱导的渗碳体分解在界面重构中的重要作用。对于ε≥1.13，渗碳体发生了明显的分解，导致单个渗碳体层由单晶纳米晶转变。然而，由于非晶/晶界面的形成，界面位错和应变大大减少。渗碳体的部分分解伴随着珠光体的整个变形过程，有效地降低了界面应变浓度，从而提高了变形后PSWs的延性。本文促进了多层膜的力学性能研究，并为更好地设计其它多层膜体系提供了理论依据。（文：破风）

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