30Mn26Al4V高锰无磁钢的实验研究

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30Mn26Al4V高锰无磁钢的实验研究不可少的结构材料。随着社会和经济的发展，这些领
域对无磁钢材料的需求越来越大 [1-3] 。
无磁钢材料包括奥氏体不锈钢和奥氏体高锰钢 2
类。奥氏体不锈钢包括 Fe-Cr-Ni 系、Fe-Mn-Cr 系和
Fe-Cr-Mn-N 系。 奥氏体高锰钢包括Fe-Mn 系、 Fe-Mn-Al
和Fe-Mn-Al-Cr 系 [4] 。Fe-Mn-Al 系刚开始便以穷人不
锈钢”的雅号出现，这是由于 Fe-Mn-Al 系奥氏体高锰
钢代替Fe-Cr-Ni 系、 Fe-Mn-Cr 系和Fe-Cr-Mn-N 系不锈
钢，节约镍、铬等贵重金属资源 [5] 。Fe-Mn-Al 系奥氏体
高锰钢具有高强度、高韧性和高加工硬化性 [6] ，同时由
于加入-定量的Al， 在材料强度变化不大的情况下降低
钢的密度，从而达到减重的目的 [3，7] ，因此Fe-Mn-Al 系
高锰无磁钢的研制成为金属材料研究领域内令人感兴
趣的课题，是无磁钢领域的研究重点和发展方向。
20 世纪 50 年代开始，张彦生等 [8-11] 对 Fe-Mn-Al
系无磁钢进行了开创性的基础理论与应用研究。严雪
琴等 [12] 对Fe-Mn和Fe-Mn-Al奥氏体合金的磁性进行了
系统研究，发现所研究的Fe-Mn 和Fe-Mn-Al 合金都表
现反铁磁性。 Morris 等 [13] 研究了不同锰含量Fe-Mn 含金
的室温组织特征，当Mn 的质量分数为8%10%时，在
缓冷条件下的结构为位错型板条马氏体； 当Mn 质量分
数为 10%14%时，合金冷却到室温后主要为 α-M 和 ε
相的混合组织，其中Mn 质量分数大于12%时，合金中
的 ε 相开始主导合金的行为；当 Mn 的质量分数为
14%27%时，合金主要为ε 相和未转变的γ 相，而γ 相
的比例及其稳定性随Mn 含量的增加而提高；当Mn 的
质量分数为 28%46%时，合金为完全奥氏体组织，其
中Mn的质量分数为26%36%的合金至少在77 K仍保
持良好的韧性，但强度相对低，当Mn 的质量分数超过
38%以后，出现沿晶脆性，但强度值基本保持不变。
Charle 等 [14] 研究了 Fe-30Mn-5Al-xC 钢，其中钢中碳的
质量分数0.05≤x C ≤0.9，发现这-系列具有中等含量铝
的 Fe-Mn-Al-C 钢在−19625 ℃范围内具有线性变化
的力学性能， 分别对应于在25 ℃下抗拉强度为855 MPa
以及在−196 ℃达到了1 400 MPa， 并且在碳的质量分数
为0.5%的情况下， 室温时的延伸率达到70%。 Sato 等 [15]
研究了Fe-20/30Mn-0/7Al奥氏体钢在−19625 ℃范围内
变形后的微观组织，发现钢中加入Al 将会抑制γ→ε 的
马氏体相变，同时促进变形过程中形变孪晶的形成；实
验研究结果表明， 具有较高锰含量以及铝含量的钢种在
层错能 γ 大约在 20 mJ/m 2 时变形过程中更容易形成形
变孪晶而不是γ→ε 的马氏体相变。
笔者在实验室设计了-种 Fe-26Mn-4Al-0.3C-V 无
磁钢，并进行了冶炼、热轧、固溶处理和时效处理等实
验研究，观察了其显微组织，测试了其力学性能和相对
磁导率值，分析了工艺参数和合金元素对钢的强化机
制、晶粒组织和奥氏体形核率的影响。
1 实验材料和实验方法
1.1 实验材料
实验钢设计化学成分和测试化学成