铁素体钢晶粒尺寸对塑性变形诱发晶间晶格应变的调控机制及微观结构演化研究

本综述通过原位中子衍射(ND)技术系统分析了低碳铁素体钢在拉伸/压缩载荷下晶粒尺寸(0.47μm与1.5μm)对晶间晶格应变的影响。研究发现晶粒细化会增强晶界附近位错堆积（AGB/AG模型），导致塑性弛豫受限，从而显著提升残余晶间应力（Type II应力）。该研究为理解细晶材料的应变异质性及力学性能优化提供了关键实验依据。

　　

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Specimens preparation

本研究使用的钢材化学成分为：0.16C-0.41Si-1.43Mn-0.014P-0.004S-0.027Al-0.01Cu-0.028N（质量百分比），余量为Fe（JIS-SM490标准）。通过国家材料科学研究所开发的复杂热机械控制工艺（结合型辊轧技术），制备了细晶试样。其中1.5μm晶粒尺寸的试样经过1173K退火3.6ks→973K轧制（面积缩减45.8%）→823K轧制（面积缩减68.8%）→673K轧制（面积缩减68.8%）的多道次加工而成。

Microstructure and hardness

如既往研究报道，试样显微组织由铁素体和渗碳体构成。通过扫描电镜(SEM)测定的平均ASTM晶粒尺寸分别为1.5μm和0.47μm。这些试样中近乎球形的微小渗碳体颗粒主要分布于铁素体晶界。作为对照的46.2μm粗晶试样则由铁素体和珠光体组成，其维氏硬度显著低于细晶试样。

Effect of grain size on intergranular strain generated with plastic deformation

晶间应力在卸载后仍以残余应力形式存在。图9展示了0.47μm试样的拉伸加载-卸载曲线及对应的<110>晶格应变。可见卸载后仍存在明显的残余<110>晶间晶格应变。在卸载过程中，其数值会因压缩塑性变形（即包辛格效应/Bauschinger effect）而略微降低。不同晶格应变随塑性变化的详细行为进一步揭示了晶粒尺寸对应变分配机制的深刻影响。

Conclusions

通过原位中子衍射(ND)技术研究了晶粒尺寸约1μm的低碳钢在拉伸与压缩载荷下的单轴变形行为，重点分析了晶间晶格应变（应力）的演化规律。主要发现如下：

(1) 在0.47μm和1.5μm晶粒尺寸的试样中，无论拉伸还是压缩变形均观察到晶间晶格应变的持续演化。

(2) 晶粒细化显著增强残余晶间应变，表明晶界区域塑性弛豫能力随晶粒尺寸减小而受限。

(3) 透射电镜(TEM)观测证实位错结构与晶粒尺寸存在强相关性，支持了晶界约束效应的微观机制。