22MnB5板條狀麻田散鐵的晶體方位關係與顯微組織研究

Abstract

本研究使用CBMM公司所提供之含碳量為0.22wt%的低碳鋼22MnB5，來進行板條狀麻田散鐵的微結構分析。首先將材料放進高溫爐內，以1200°C的溫度均質化三天，再將其切割成直徑5mm，長度10mm的圓柱形式片進行熱處理。熱處理流程為將試片分別升溫至不同的沃斯田鐵化溫度(1000°C及1200°C)持溫五分鐘，再以極快的冷卻速度(50°C/s 及100°C/s)冷卻至室溫，以確保沃斯田鐵得以完全形成麻田散鐵，並透過熱膨脹儀所得之溫度對試片升長量的曲線圖，知道材料的Ms溫度約落在350°C左右。熱處理完成後，利用OM、SEM、EBSD、TEM對板條狀麻田散鐵進行觀察，再輔以各項軟體進行後續的顯微結構及方位關係的分析。 由OM所拍攝的照片可以清楚的看到原沃斯田鐵的晶界，利用截線法可得原沃斯田鐵的晶粒大小，無論冷卻速度為50°C/s 還是100°C/s，沃斯田鐵化溫度1000°C持溫五分鐘的試片其平均晶粒大小在7到10μm之間，而沃斯田鐵化溫度1200°C持溫五分鐘的試片其平均晶粒大小大約在60μm左右。由SEM的實驗結果搭配pole figure，可以分析出一個原沃斯田鐵晶粒裡所有block及sub-block的晶體方位關係。本實驗利用EBSD技術找到了三種特殊晶帶軸(zone axis) 下的原沃斯田鐵晶粒，分別為〈111〉γ、〈110〉γ、〈100〉γ，並在這三軸下分別選了一個較大(～150μm)及一個較小(～25μm)的原沃斯田鐵晶粒來進行麻田散鐵的晶體結構分析及block的厚度統計。晶體結構分析上吻合晶體幾何學所得之結果；而block厚度統計實驗結果發現，無論是哪一種大小的原沃斯田鐵晶粒，在〈110〉γ、〈100〉γ下其block的厚度都差不多，然而在〈111〉γ下觀察到的block特別厚，因此推測其形貌更接近為長條形的盤狀(plate)。由OM、SEM、EBSD所得之照片，搭配KAM，可清楚看到板條狀麻田散鐵的粗化行為，搭配錯位角度(misorientation angle)分析，可知粗化發生在鄰近的兩個相同變體(variant)間。由TEM可觀察到粗化的板條狀麻田散鐵裡有雪明碳鐵的析出，亦可利用明、暗場找到相互穿透雙晶(Inter-penetrating twin)的結構，由照片分析推測此雙晶結構發生在鄰近的兩個互為雙晶結構的變體間。另外，藉由TEM所拍攝之照片配合軟體Digital micrograph，可以對未粗化的板條狀麻田散鐵進行厚度統計。統計結果顯示無論在哪個參數條件下，其厚度都十分接近，配合硬度測試，也發現結果都相當接近。