高強(qiáng)塑性高錳鋼的組織性能及變形機(jī)制研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車與環(huán)境、汽車與能源之間的矛盾日益尖銳。為解決這一問(wèn)題，汽車輕量化已成為目前汽車工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的必由之路。但在汽車輕量化過(guò)程中，確保汽車安全性是一個(gè)重要任務(wù)。因此，汽車用鋼板向高強(qiáng)度鋼板方向發(fā)展勢(shì)在必行。高強(qiáng)塑性高錳鋼因?yàn)樵谒苄宰冃蔚倪^(guò)程中表現(xiàn)出卓越的延展性和較高的強(qiáng)度，近年來(lái)這種鋼板已成為汽車用鋼研究的熱點(diǎn)。
　　本文研究了不同層錯(cuò)能高錳鋼的組織性能和變形機(jī)制。在低層錯(cuò)能高錳鋼變形機(jī)制的研究中，著重分析

2、了晶粒尺寸對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼力學(xué)性能及變形機(jī)制的影響。在中高層錯(cuò)能高錳鋼變形行為的研究中，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼不同變形量下的顯微組織進(jìn)行觀察，明確其變形機(jī)制，并對(duì)高鋁高錳鋼中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式做出了預(yù)測(cè)。本文取得了如下研究結(jié)果:
　　1.低層錯(cuò)能實(shí)驗(yàn)鋼的變形特性
　　(1)比較不同晶粒尺寸的01Al鋼的變形行為可知:大晶粒尺寸(130μm)的實(shí)驗(yàn)鋼在真應(yīng)變0.12-0.33的塑性變形階段，出現(xiàn)形變孿晶交割現(xiàn)象，使此階段的應(yīng)變硬化率緩慢升高;而較小

3、尺寸晶粒(13μm)實(shí)驗(yàn)鋼的變形過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)孿晶交割的現(xiàn)象，其應(yīng)變硬化率緩慢下降。說(shuō)明粗大晶粒內(nèi)開動(dòng)的孿生系多，且發(fā)生孿晶交割，提高加工硬化率，同時(shí)可以增加材料的延伸率。
　　(2)層錯(cuò)能影響TWIP鋼的應(yīng)變硬化行為。01Al和03Al鋼在塑性變形的初始階段，位錯(cuò)纏結(jié)起主要的應(yīng)變硬化作用;當(dāng)變形量為30％時(shí)，在兩種實(shí)驗(yàn)鋼中均發(fā)生孿晶誘發(fā)塑性，即TWIP(twining induced plasticity)效應(yīng)。形變孿晶的產(chǎn)生使

4、03Al鋼的應(yīng)變硬化率單調(diào)下降直至拉斷，而01Al鋼則因?yàn)閷渝e(cuò)能較低，晶粒內(nèi)形變孿生在兩個(gè)甚至多個(gè)方向上同時(shí)發(fā)生，產(chǎn)生了孿晶交割，提高了應(yīng)變硬化率，其抗拉強(qiáng)度與具有較高屈服強(qiáng)度的03Al實(shí)驗(yàn)鋼相差不大。
　　(3)當(dāng)03Nb鋼和00Nb鋼在1000℃進(jìn)行固溶處理時(shí)，Nb的添加使03Nb鋼具有細(xì)晶組織。隨著變形的進(jìn)行，發(fā)生TRIP(transformation induced plasticity)效應(yīng)和TWIP效應(yīng)。固溶在03Nb

5、鋼內(nèi)的Nb元素和略高的Mn含量提高了材料的層錯(cuò)能，部分抑制了相變誘發(fā)塑性，即TRIP效應(yīng)的發(fā)揮。由于TRIP效應(yīng)的強(qiáng)化效果優(yōu)于TWIP效應(yīng)，導(dǎo)致具有細(xì)晶組織的03Nb鋼的抗拉強(qiáng)度低于00Nb鋼。較小的晶粒尺寸同時(shí)抑制了03Nb鋼TWIP效應(yīng)的發(fā)揮，降低了材料的塑性。
　　2.中等層錯(cuò)能實(shí)驗(yàn)鋼的變形特性
　　(1)通過(guò)對(duì)06Al鋼不同變形量的組織分析可知:隨著塑性變形的進(jìn)行，位錯(cuò)因交互作用而群集成高密度位錯(cuò)墻(dense di

6、slocation wall，DDW)，DDW與滑移方向平行。當(dāng)變形為30％時(shí)，逐漸開始形成顯微帶(microband，MB)結(jié)構(gòu)的形變組織。在某些局部切變量大的區(qū)域，已經(jīng)存在的顯微帶組織受到其干擾形成具有S形狀的結(jié)構(gòu)，即S帶(S-Band)。在變形后期，出現(xiàn)形變孿晶。
　　(2)06Al鋼的時(shí)效處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:實(shí)驗(yàn)鋼經(jīng)550℃時(shí)效10h處理后的強(qiáng)度有顯著的提高，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別提高到898MPa和482MPa。觀察微觀組

7、織發(fā)現(xiàn)，時(shí)效處理使基體內(nèi)產(chǎn)生短程有序結(jié)構(gòu)。金屬通過(guò)位錯(cuò)滑移等機(jī)制進(jìn)行塑性變形，當(dāng)遇到這種短程有序結(jié)構(gòu)時(shí)，必須提高外加應(yīng)力，從而使材料的強(qiáng)度提高。
　　3.高層錯(cuò)能實(shí)驗(yàn)鋼的組織及變形特性
　　(1)在固溶處理后，12Al實(shí)驗(yàn)鋼的組織為奧氏體、鐵素體和與奧氏體基體存在共格關(guān)系的納米級(jí)κ相。增加時(shí)效時(shí)間，κ相發(fā)生粗化，且沿特定方向生長(zhǎng)。
　　(2)在12Al實(shí)驗(yàn)鋼的變形過(guò)程中，只出現(xiàn)平面滑移，沒(méi)有TWIP效應(yīng)的發(fā)生。

8、　　4.鋁含量對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼變形及應(yīng)變硬化行為的影響
　　(1)鋁含量影響高錳鋼中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式。03Al實(shí)驗(yàn)鋼在塑性變形階段，其變形行為分為位錯(cuò)纏結(jié)、少量平面滑移、形變孿生，共三種方式;06Al實(shí)驗(yàn)鋼在塑性變形階段，其變形行為可以分為位錯(cuò)纏結(jié)、大量平面滑移、顯微帶強(qiáng)化和形變孿生，共四個(gè)階段;12Al實(shí)驗(yàn)鋼在塑性變形階段，其變形行為可以分為平面滑移和變形帶細(xì)化，共兩個(gè)階段。
　　(2)通過(guò)對(duì)03Al、06Al和12Al鋼的應(yīng)變硬化