[發明專利]多晶體中各組成晶粒的晶體取向和微觀力學性能測定方法

有效

• 申請號: 200810034471.9
• 申請日: 2008-03-11
• 公開（公告）號: CN101532970A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 王秀芳;楊曉萍;宋洪偉;郭振丹;季思凱;王國棟
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: G01N23/207
• 分類號: G01N23/207;G01N21/84
• 代理公司: 上海東信專利商標事務所
• 代理人: 楊丹莉

技術領域

本發明涉及一種金屬多晶體力學性能的測定方法。

背景技術

包括鋼鐵、有色金屬等在內的多晶體結構材料在國民經濟中占有十分重要的地位，而此類材料的力學性能是與其應用相關的最重要的性能。現代材料科學研究的一個基本原理是，材料性能與其內部微觀結構直接相關。目前，有關材料性能與微觀結構關系的研究，已從傳統上基于微觀結構對材料性能進行解釋向為了獲得特定的性能而進行微觀結構設計的方向發展。為了實現通過微觀結構設計來達到特定材料性能的目的，則需要建立微觀結構與性能之間定量的直接關系。隨著現代高性能材料及其應用的發展，從微納米尺度分別對材料的力學性能及微觀結構進行定量表征，以及建立它們之間的聯系和規律，越來越具有十分重要的理論及實踐意義。

傳統上，人們通常從宏觀角度研究材料的力學行為，或從原子尺度、顯微尺度對材料的微觀結構進行表征。宏觀工程材料學往往從“連續介質”和“各向同性體”兩個前提出發，因而不能與材料微觀結構建立很好的聯系。而微觀材料學多在顯微觀察手段能夠達到的微米、納米尺度表征材料的微觀結構，這類研究的結果通常不具備全面的宏觀統計意義，因而往往不能直接、定量地聯系到材料的宏觀力學性能。為了實現材料力學行為與微觀結構之間的直接定量聯系，一個顯然的途徑就是在同一個或相當的尺度下對材料的力學性能及微觀結構進行定量表征。

在材料微觀結構表征技術中，真正能具有統計意義的分析手段是近十年發展起來的電子背散射衍射(EBSD)分析技術(稀有金屬材料與工程，35(2006)500-504)。該技術可以數十納米的空間分辨率，在掃描電子顯微鏡(SEM)中對塊狀樣品表面晶體相分布及晶體取向進行完全自動化的定量測定。在材料微觀力學性能表征技術中，過去二十年中逐漸發展起來的納米壓入測試技術(J.Mater.Res.，1992，7(1992)：1564-1583；J.Mater.Res.，19(2004)：3-20)已成為強有力的測試手段，它可以同時測定材料的楊氏模量和硬度兩個重要的力學性能指標。如果能夠將EBSD和納米壓入技術結合起來，同時測得多晶體中各組成晶粒的取向信息，以及楊氏模量、硬度等力學性能指標，將為建立多晶體材料力學行為與微觀結構之間的直接定量聯系提供重要的依據。

目前，商業化的納米壓入儀大都配備了光學觀察系統，再配合適當的數據分析方法，可以對多晶體中不同相的微觀力學性能進行定量表征。中國專利文獻(多相材料中各組成相含量的測試方法.申請號200610031069.6)和(一種多相材料中各組成相微觀力學性能的測定方法.申請號200710036709.7)介紹了納米壓入技術在這方面的應用。試驗方案是在試樣待測表面進行以網格形式分布的點群壓入，來獲得具有統計意義的多相材料中各組成相的硬度和楊氏模量。

在一些學術論文中，也有利用納米壓入技術獲得多相材料中組成相微觀力學性能的報道。文獻(Thin?Solid?Films，308-309(1997)297-303)利用壓入技術測定了雙相不銹鋼中鐵素體和奧氏體兩個組成相的楊氏模量和硬度；文獻(Scr.Mater.，45(2001)1401-1406)利用納米壓入技術測定了超細晶粒X65管線鋼中鐵素體和馬氏體的楊氏模量和硬度；文獻(Mater.Sci.Eng.，A328(2002)26-32)則利用納米壓入技術測定了TRIP鋼中鐵素體、貝氏體、奧氏體和馬氏體的硬度。這些文獻所采用的試驗方案均是瞄準組成相的某一個或若干個晶粒直接進行壓入測試，可以獲得壓入點所在個別晶粒的性能。

以上專利和學術文獻所采用的試驗方案除了能夠獲得多晶體中具有統計意義的各組成相或者各組成相中某一個或若干個晶粒的楊氏模量和硬度之外，不能同時獲得所測試晶粒的取向信息。

雖然一些純金屬多晶體材料典型取向(例如<111>、<110>、<001>)晶粒的楊氏模量可通過查表或者是理論計算方式(Physica?B，390(2007)106-111)來獲得，但實際應用中的多晶體材料大多是合金，即便是材料中含有極少的雜質元素，其楊氏模量也會與純金屬相距甚遠，因此，非直接測試方法無法獲得其具體值。而且，不通過直接測試，也無法獲得與材料強度直接相關的硬度指標。