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Fe-Mn基合金由于其高阻尼能力,良好的机械性能和商业重要性而引起了广泛关注。本文分别利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、差示扫描量热分析仪、电子万能材料实验机及动态热机械分析仪等设备对Fe-17Mn-xNb(x=0、0.1、0.5、1、2、4wt%)合金的显微组织、马氏体相变行为、力学性能及阻尼性能进行测试,系统研究并分析了Nb元素对Fe-Mn基合金组织和性能的影响。 研究发现:室温下,固溶态和热轧态Fe-Mn基合金的显微组织均由ε马氏体和γ奥氏体共同组成,是一种非均匀双相组织。Nb元素的加入明显细化了Fe-Mn基合金的组织,除了ε马氏体和γ奥氏体以外,还出现大量的细小析出相,XRD、TEM和能谱分析可以确定这是Fe2Nb相,其数量随着Nb元素含量增多而增多。 固溶态和热轧态Fe-Mn-Nb合金在加热和冷却过程中均分别发生一步γ→ε马氏体相变和ε→γ马氏体逆相变。Nb元素的加入会使Fe-Mn-Nb合金的γ→ε马氏体相变温度向低温移动,而且随Nb含量的增加相变滞后增大。随热循环次数的增加,合金的相变温度变化趋势逐渐趋于平稳,适量Nb元素的加入会提高热循环稳定性。 随Nb元素含量的增加,Fe-Mn-Nb合金的屈服强度和显微硬度整体均呈增加趋势。其中,固溶态2Nb合金的抗拉强度和延伸率较好,分别约为950MPa和18.5%,这主要是因为2Nb合金中的Fe2Nb析出相分布更加弥散均匀;而热轧态4Nb合金的屈服强度和抗拉强度均最高,分别约为715MPa和1038MPa,但延伸率较低,这是由于Nb过量导致Fe2Nb硬质析出相分布均匀造成的。 在连续加热过程中,Fe-Mn-Nb合金表现出一个阻尼峰,对应于ε→γ马氏体逆相变,固溶态和热轧态合金的阻尼峰值均随Nb元素含量的增加先升高后降低。两种处理状态的合金均在1Nb合金时达到最大分别约为Tanδ=0.095和Tanδ=0.094。本文研究结果显示,合金中ε马氏体板条的细化及Fe2Nb析出相含量是Fe-Mn-Nb合金阻尼性能提高的的主要因素。ε马氏体板条的细化增加了与阻尼相关界面的数量而适量的Fe2Nb硬质析出相会使界面移动时的能耗增加,因此阻尼性能增加。