脆性難加工高矽鋼中有序結構轉變機制及韌化方法

《脆性難加工高矽鋼中有序結構轉變機制及韌化方法》是依託北京科技大學，由梁永鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：脆性難加工高矽鋼中有序結構轉變機制及韌化方法
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：梁永鋒
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

高矽鋼，特別是含矽6.5wt.%的高矽鋼具有十分優異的軟磁性能，然而嚴重的室溫脆性影響其生產套用。複雜多變的有序結構是其脆性的主要來源，有序結構的存在類型及形態是影響該合金力學性能以及磁性能的關鍵。本項目擬以該合金中存在的各種有序結構為研究對象，通過研究有序結構的存在類型及轉變機制，闡述有序結構對高矽鋼塑性及磁性能的影響規律及物理本質。項目擬以實驗研究和第一原理理論計算相結合的辦法，系統研究B2、D03以及可能存在的其它有序結構的熱力學穩定性及其結構轉變關係，從原子鍵合、彈性常數、磁矩大小等方面揭示有序轉變對塑性及磁性能影響的物理本質；從微合金化、冷卻方式、塑性變形等實驗手段，揭示有序度降低與恢復的控制方法及其對塑性及磁性能的影響規律，得出高矽鋼的韌化方法，為高矽鋼塑性改善及磁性能改進提供理論依據。項目通過實驗手段的創新（同步輻射）以及第一原理計算的引入，預期做出創新性成果。

結題摘要

項目以Fe-6.5wt.%Si高矽鋼中存在的各種有序結構為研究對象，通過實驗和第一原理理論計算相結合的辦法，系統研究B2、D03以及可能存在的其它有序結構的熱力學穩定性及其結構轉變關係，闡明了有序結構對力學和磁性能的影響規律。通過第一原理計算結合聲子譜和德拜模型計算方法，從熱力學角度驗證了該合金中Fe14Si2和Fe15Si結構存在的可能性，同時揭示了Fe14Si2以三種結構存在。在0K下，Fe15Si能量比基態能量更低，Fe15Si在0K下可以穩定存在。Fe14Si2與基態能量大致相等，因此在0K下也可以穩定存在，並且隨著溫度的升高，其與基態能量差值變化不大。通過研究有序結構的存在類型及轉變機制，發現有序結構D03的存在會嚴重惡化高矽鋼的室溫塑性。將無序化後的Fe-6.5wt%Si合金分別在不同相區（B2和D03相區）保溫不同時間，可分別獲得不同的有序相含量。在B2相區保溫，流變應力沒有明顯的規律性，合金的顯微硬度值基本保持穩定，均表現出良好的塑性。而在D03相區保溫，顯微硬度與流變應力在1h以內，隨時間的延長呈上升趨勢，超過1h之後，基本保持穩定，而且合金的塑性隨著有序化時間的延長逐漸變差，且均為脆性解理斷裂。快速冷卻的方法可抑制B2和D03結構的生成，大幅提高高矽鋼室溫塑性。快速凝固原始態薄帶的晶粒主要呈現出沿帶厚度方向的柱狀晶，且在貼輥面的部分區域存在細晶區。沿板面方向的晶粒尺寸在2~5μm範圍內，且晶粒基本貫穿整個厚度。快速凝固原始態由於晶粒細小，以及極快冷速對有序相的抑制作用，其在室溫下表現出良好的力學性能，室溫屈服強度為610MPa、延伸率達到1.5%。高溫退火後還具備一定的韌塑性，可為該合金薄帶的二次加工提供保障。