第３０卷第４－５期
２０１１年１０月电子显微学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＥｌｅｃｔｒｏｎ
ＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙＳｏｃｉｅｔｙＶ０１．３０，Ｎｏ．４－５
２０１１．１０
文章编号：１０００－６２８１（２０１１）０４／０５－０２８５－０９
高锰钢切变型动态相变过程的ＥＢＳＤ分析
杨平，鲁法云，王会珍，刘彤妍
（北京科技大学材料学院，北京１０００８３）
摘要：形变作用下的切变型相变（如ＴＲＩＰ过程）具有显著的取向依赖性、变体选择规律及织构效应。高锰钢中
存在热致马氏体和应变诱导马氏体及ｙ一占一ａ’顺序产生两种马氏体过程，使组织演变过程十分复杂。ＥＢＳＤ取向
成像技术可十分便捷地定量揭示相变过程信息，为认识切变型动态相变提供重要数据。本文总结了利用ＥＢＳＤ技
术揭示高锰钢单向拉伸、压缩时马氏体相变的取向关系识别、取向依赖性、变体选择规律、织构效应和奥氏体状态
的影响及逆相变特点．表明ＥＢＳＤ技术研究马氏体相变的优势。ＥＢＳＤ数据分析认为，取向依赖性、变体选择规律
及织构效应是动态转变的共性规律。
关键词：高锰钢；马氏体相变；切变型；ＥＢＳＤ；取向
中图分类号：ＴＧｌ４２．３３；０７１；ＴＧｌｌ５．２３；ＴＧｌｌ５．２１＋５．３文献标识码：Ａ
动态相变由扩散型动态相变和切变型动态相变
组成。在应变作用下的动态相变具有一般相变不具
有的特点，可进一步提高材料的性能，如实现超细化
（扩散型）和高塑性（切变型ＴＲＩＰ钢），也可使加工
过程更紧凑，节能环保。高锰ＴＲＩＰ／ＴｗＩＰ钢是具有
切变型动态相变的典型合金，它具有极高的强塑性
积（大于５０
０００ＭＰａ·％），实现高抗冲击性、明显
减重而受到汽车行业的广泛关注，有望用于制造未
来汽车上的结构件。其优异性能（特别是高延伸
率、随应变量增加的加工硬化率和抗冲击性能）的
起源在于其ＴＲＩＰ／ＴＷＩＰ效应，即马氏体相变诱发
塑性和孪生诱发塑性，这涉及多相间的转变与形变
的交互作用¨一１。高锰钢形变过程中组织演变的复
杂性在于其存在两种马氏体（六方结构的占一Ｍ和
ｂｃｃ结构的Ｏｔ’－Ｍ），加上奥氏体共３个相。由于高锰
钢极高的延伸率（超过５０％），在断裂前经历了很大
的塑性变形，塑性变形过程中应有不同相的转变动
力学、不同相之间的交互作用、不同相的取向变化规
律或织构。已知高锰钢马氏体相变顺序为７。占叶
ｔｉｔｎ川，ｆｃｃ结构的奥氏体向六方结构的ｓ马氏体转变
时，层错或不全位错的运动起很重要的作用【３·，奥
氏体晶粒取向的影响就会起显著作用Ｈ１。近年来，
人们用背散射电子衍射（ＥＢＳＤ）技术分析马氏体相
变＂’６１。ＥＢＳＤ技术最显著的优势是可直观地观察
到取向关系、变体选择规律及奥氏体晶粒的取向，特别是形变过程中取向（差）变化、相变动力学与奥氏
体取向的关系，且统计性好；不足之处是难以观察马
氏体内的精细结构及界面匹配情况，有时会受到相
鉴定时误标的干扰。本文总结了ＥＢＳＤ技术分析高
锰钢中动态切变型相变过程中的取向依赖性、变体
选择规律及织构效应等。
１实验材料与方法
本工作主要使用两种含１８Ｍｎ的高锰钢，其成
分分别为：Ｆｅ－１７．４８Ｍｎ．３．０４Ｓｉ一１．８０Ａ１－０．００４５Ｃ（称
１８Ｍｎ—Ａ），Ｆｅ一１８．４Ｍｎ－３．２６Ｓｉ一３．０１Ａ１－０．１５Ｃ（称
１８Ｍｎ—Ｂ）。１８Ｍｎ—Ａ钢铸锭经１０５０℃锻造及
１１００ｏＣ水淬固溶处理；１８Ｍｎ．Ｂ钢铸锭经１
０５０℃
锻造及１２５０℃热轧后在１１５０℃固溶处理。然后
分别在ＣＭＴ电子万能试验机上进行单向拉伸及压
缩，应变速率１０。２Ｓ～。将变形样品用５％的高氯酸
酒精溶液抛光并浸蚀后，用带有牛津仪器公司
ＥＢＳＤ探头的Ｚｅｉｓｓ
Ｓｕｐｒａ５５场发射扫描电镜（ＳＥＭ）
对微区进行取向成像分析。
２结果与分析
２．１ＥＢＳＤ技术在分析马氏体相变取向关系基本
特征上的应用
２．１．１通过极图对照确定取向关系
图１为１８Ｍｎ—Ａ钢淬火组织中的热致马氏体。
收稿日期：２０１１－０３－２９；修订日期：２０１ｌ旬４－２７
基金项目：国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．５０７７１０１９）；高等学校博士学科点专项科研基金项目（Ｎｏ．２００９０００６１１００１３）．
作者简介：杨平（１９５９一），男（汉族），湖南人，教授，博士研究生导师．Ｅ—ｍａｌｌ：ｙａｎｇｐ＠１１１８｜ｅ１．ｕｓ山．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据２８６电子显微学报ＪＣｈｉｎ
ＥｌｅｃｔｒＭｉｅｒｏｓｅＳｏｃ第３０卷
◇④④④黟④
图１１８Ｍｎ．Ａ钢热致马氏体的取向成像。
ａ：组织形貌图（Ｂａｒ＝２ｐ．ｍ）；ｂ：相分布图：灰色－７，红色－ｓ．蓝色一“’（Ｂａｒ＝１０ｐ．ｍ）；ｅ：取向成像图：灰色一７，红色一ｓ，
其它一ｄ’；ｄ：７极图；ｅ：ｓ极图；ｆ：ｎ’极图；ｇ：“’的１１１０｝极图．共同的（１１０）轴转到中心；ｈ：ｎ’的｛１１２｝极图；３条线对应３类
孪晶界迹线；ｉ：６种ｎ＇－Ｍ变体示意图；ｊ：相变顺序示意图
Ｆｉｇ１Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ
ｉｍａｇｅａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｒｍａｌｍａｒｔａｎｓｉｔｅｓ
ｉｎ１８Ｍｎ－Ａｓｔｅｅｌ．
ａ：Ｍｉｅｒｏｇｒａｐｈ（Ｂａｒ＝２ｐ．ｍ）；ｂ：Ｐｈａｓｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．ａｕｓｔｅｎｉｔｅ：ｇｒｅｙ；ｓ—Ｍ：ｒｅｄ；ｎ＇－Ｍ：ｂｌｕｅ（Ｂａｒ＝１０ｎｍ）；
。：Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｍａｐ，ａｕｓｔａｎｉｔｅ：ｇｒｅｙ；ｓ—Ｍ：ｒｅｄ；ａ’·Ｍ：ｃｏｌｏｒｓｉｎｔｈｒｅｅＥｕｌｅｒ
ａｎｇｌｅｓ；ｄ：Ｐｏｌｅ
ｆｉｇｕｒｅｓｏｆ７ｐｈａｓｅ；
ｅ：Ｐｏｌｅｆｉｇｕｒｅｓｏｆ
８－Ｍ；ｆ：Ｐｏｌｅｆｉｇｕｒｅｓｏｆａ＇－Ｍ；ｇ：ｆ１１０ｆ。ｐｏｌｅｎｇｕｒｅ，ｔｈｅｃｏｍｍｏｎ（１１０）ａｘｉｓｉｓｒｏｔａｔｅｄｔｏｔｈｅ
ｃｅｎｔｅｒｏｆ
ｐｏｌｅｆｉｇｕｒｅ；ｈ：｛１１２｝。ｐｏｌｅ
ｆｉｇｕｒｅｔｉ：Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ
ｄｒａｗｉｎｇｏｆ６
ｄ７－Ｍｖａｒｉａｎｔｓｉｎｔｗｉｎ
ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ；Ｊ：Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ
ｄｒａｗｉｎｇｏｆ
ｐｈａｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｓｅｑｕｅｎｃｅ
图１ａ为组织形貌图，图１ｂ为相结构分布，灰色为奥
氏体，红色为六方马氏体（ｓ－Ｍ），蓝色为ＢＣＣ马氏
体（ａ７．Ｍ）。图１ｅ是取向成像图，各马氏体变体用
不同颜色表示。图１（ｄ—ｆ）为不同相的极图。通过
对比极图中不同相平行的晶体学方向（见小方框及
圆圈），可确定出：（１）奥氏体与８一Ｍ是Ｓｈｏｊｉ－
Ｎｉｓｈｉｙａｍａ取向关系｝１１１｝７ｌＩ｛０００１｝ｅ，（１１０）ｙ｜｜
（１１２０）ｓ；Ｂ－Ｍ与ｄ，＿Ｍ是Ｂｕｒｇｅｒｓ关系｛０００１
ｓ｜｜
１１１０｝ｄ’，＜１１２０）８｜｜（１１１）ｄ’；合起来是Ｋｕｒｄｊｕｍｏｖ—
Ｓａｃｈｓ关系｛１１１｝７０｛１ｌＯ｝“’，（１１０）７０（１１１）ａ’。
（２）６个ａ’．Ｍ变体之间是３对孪晶关系（图ｌ
Ｃ，１９，ｌｈ）。相变孪晶出现的原因是相互抵消相变弹性应
变能（图１ｉ）。由于ａ
７－Ｍ只能从片状的８－Ｍ中形
成，ｓ·Ｍ的数量、尺寸及分布显著影响了ａ’－Ｍ的尺
寸及分布（图１ｊ）。
２．１．２通过取向差数据判定取向关系
已知Ｋ－ｓ关系是｛１１１｝ｙ｜｜｛１１０｝ｄ’，（１１０）ｙ｜｜
＜１１１）ｄ’，转换成角轴对是４９．４７０
（ｏ．９７５６５，０，０．２１９３３），转换为欧拉角是９．＝
５．７７０，９＝４８．１９。，妒２＝５．７７。（看成一个取向）；而
Ｎ－ｗ关系是｛１１ｌ｝ＴＩ｜｝１１０｝ａ’，（０１Ｉ）７｜Ｉ（００１）ａ’，
转换为角轴对是４５．９９。（０．９７６１０，一０．０８３１７，
万方数据第４－５期杨平等：高锰钢切变型动态相变过程的ＥＢＳＤ分析
ａ
Ｃ口）ｍ（Ｏ
１『：…、、
ｄ口
，——叫——＼：
口
图２１８Ｍｎ—Ｂ钢拉仲２０％ＴＲＩＰ过程中Ｋ·Ｓ关系的实测确定。
ａ：取向成像图．灰色为奥氏体，红色为６＂－Ｍ，其它彩色为ａ’一Ｍ（Ｂａｒ＝５
Ｉｚｍ）；ｂ：奥氏体的｛１１ｌ｝和｛１１０｝极图
ｃ：马氏体变体１的｛１１０｝和｝１１１｝极图；ｄ：马氏体变体２的｛１ＩＯｌ和１１１１｝极图
Ｆｉｇ２
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｔｈｅＫ—Ｓ
ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｉｎＴＲＩＰ
ｐｒｏｃｅｓｓｏｆ１８Ｍｎ—Ｂｓｔｅｅ｜ａｆｔｅｒ
ｔｅｎｓｉｌｅｂｙ２０％
ａ：Ｏｒｉｅｎｔａｌｉｏｎｉｍａｇｉｎｅｍａｐ，ａｕｓｔｅｎｉｔｅ：ｇｒｅｙ；ｓ—Ｍ：ｒｅｄ；ａ＇－Ｍ：ｃｏｌｏｒｓｉｎｔｈｒｅｅＥｕｌｅｒ
ａｎｇｌｅｓ（Ｂａｒ＝５Ｉｘｍ）；
ｂ：｝１ｌＩ｝ａｎｄ｛１１０ｌ
ｐｏｌｅｆｉｇｕｒｅｓｏｆａｕｓｔｅｎｉｔｅ；ｅ：｛ｉ１１｝ａｎｄ｝１１０｝ｐｏｌｅｆｉｇｕｒｅｓｏｆ
ｄ＇－Ｍ
ｖａｒｉａｎｔｉ；
ｄ：｛１１Ｉ｝ａｎｄ｝１１０｝ｐｏｌｅｆｉｇｕｒｅｓｏｆ
ｄ’一Ｍｖａｒｉａｎｔ２
’飞
ａ
ｃ＝＝＝＝＝＝＝＝一
…１｝／砰
纠
ｄＩ＼、、』
图３１８Ｍｎ—Ｂ钢压缩１０％后｛ＩＯＯ｛取向奥氏体中马氏体相变的取向成像分析。Ｂａｒ＝５
Ｉｚｍ
ａ：取向成像图：奥氏体：彩色（欧拉角）；ｂ：取向成像图：ｇ—Ｍ：彩色（欧拉角）；ｃ：取向成像图：ｄ’一Ｍ：彩色（欧拉角）
ｄ：奥氏体极图；ｅ：ｓ－Ｍ极图；ｆ：ａ’一Ｍ极图
Ｆｉｇ．３Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ
ｉｍａｇｉｎｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃＩｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎ｛１００｝ｏｒｉｅｎｔｅｄ
ａｕａｔｅｎｉｔｅ
ｇｒａｉｎｏｆ１８Ｍｎ·Ｂｓｔｅｅｌ
ａｆｔｅｒ
ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｂｙ１０％Ｂａｒ＝５
Ｉｚｍ
“：Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｉｍａｇｉｎｅｍａｐ，ａｕｓｔｅｎｉｔｅ：ｃｏｂｒｓｉｎｔｈｅｅＥｕ｜ｅｒ
ａｎｇｌｅｓ，８一ＭａｎｄⅡ’一Ｍ：ｇｒｅｙ；ｈ：Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｉｍａｇｉｎｅ
ｍａｐ
日一Ｍ：ｃｏｌｏｒｓｉｎｔｈｒｅｅＥｕｌｅｒ
ａｎｇｌｅｓ，ａｕｓｔｅｎｉｔｅａｎｄ
ｄ＇－Ｍ：ｇｒｅｙ；。：Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ
ｉｍａｇｉｎｅｍａｐ，
Ⅱ’一Ｍ：ｃｏｌｏｒｓｉｎｔｈｒｅｅＥｕｌｅｒ
ａｎｇｌｅｓ．ａｕｓｔｅｎｉｔｅａｎｄ
ｓ—Ｍ：ｇｒｅｙ；ｄ：Ｐｏｌｅｆｉｇｕｒｅｓｏｆ
ａｕｓｔｅｎｉｔｅ；
８：Ｐｏｌｅ
ｆｉｇｕｒｅｓｏｆｓ—Ｍ；ｆ：Ｐｏｌｅ
ｆｉｇｕｒｅｓｏｆａ＇－Ｍ一
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万方数据