汽车用高塑性奥氏体TWIP钢的热变形行为及力学性能分析

分析了不同变形温度下汽车用高塑性奥氏体TWIP钢的显微组织和力学性能。结果表明,在-50~550℃区间内,TWIP钢的伸长率和强度呈现的总体趋势为先降低后升高最后又降低,在温度为300℃出现峰值。低温变形时,大量变形孪晶存在于组织中,且随着变形温度的升高逐渐减少;温度为550℃时,孪晶消失,出现大量位错胞,实验钢试样发生软化;TWIP钢由于在低温变形时产生的高密度形变孪晶诱发的塑性,而具有良好的低温力学性能。     

退火温度对TWIP钢组织性能和氢致脆性的影响

采用电化学结合低应变速率拉伸实验(SSRT)的方法和OM、SEM等手段研究了退火温度对Fe-18Mn-0.6C TWIP钢充氢条件下力学性能和变形行为的影响,并探讨了各类微观组织结构对氢致脆性的作用。结果表明,TWIP钢晶粒尺寸随退火温度的升高逐渐增大,700℃退火板晶界处容易观察到(Fe, Mn)3C渗碳体。900℃退火获得的中等尺寸均匀晶粒的TWIP钢具有最高的强塑积。在电化学充氢和SSRT同时进行下,TWIP钢的强度和塑性大幅下降,随退火温度的升高,强塑积损失率(R)呈增大趋势。高温退火得到的大尺寸晶粒在变形中更容易产生形变孪晶,孪晶/孪晶交叉位置和孪晶/晶界交叉位置是氢致裂纹的主要来源。尽管相对低温退火得到大尺寸晶粒和界面处层错能(SFE)变化使TWIP钢在变形中不容易产生形变孪晶,但其局部粗大的碳化物与形变孪晶间产生的应力集中处极易形成空位,演化成裂纹源,使相对低温退火的TWIP钢本身塑性不高。低于800℃退火对TWIP钢提高氢脆抵抗力没有明显作用。     

变形对石油膨胀管用TWIP钢力学性能和耐蚀性的影响

将固溶处理的TWIP(Twinning induced plasticity)钢膨胀管在室温下进行约14%的膨胀变形,对钢膨胀前后的微观组织进行观察,研究膨胀变形对TWIP钢的力学性能和电化学腐蚀行为的影响。结果表明:经固溶处理TWIP钢的组织为单相奥氏体并含有退火孪晶,经过膨胀变形后晶粒内出现机械孪晶,膨胀变形提高了钢的强度和硬度,降低钢的塑性和韧性。另外,膨胀变形导致TWIP钢的阴极极化曲线向左移动,自腐蚀电位向负方向移动,自腐蚀电流密度呈现不同程度的降低,膨胀后的极化电阻R_p均大于膨胀前,降低了钢的腐蚀速率,提高了TWIP钢的耐蚀性。     

TWIP钢的组织与力学性能研究

采用金相、静态拉伸试验方法研究了5种不同锰含量的TWIP钢的组织和力学性能。结果表明,5种钢的屈服强度随应变率的增大而提高,最大屈服强度可达280MPa;抗拉强度随应变率的增大而略有降低,最高抗拉强度超过1000MPa;1#钢的断裂延伸率和强塑积随应变率的增大而提高,其它4种成分钢的断裂延伸率和强塑积随应变率的增大而减小。1#钢只具形变诱发马氏体相变,不出现孪晶;而2#-5#钢具TWIP效应,其中3#钢的最大延伸率可达75%,强塑积最高可达45000MPa（%）。TWIP钢拉伸前组织中有退火孪晶,变形过程中产生大量的形变孪晶,孪晶诱导塑性,从而推迟了颈缩的产生,导致很高的均匀变形能力。     

Fe-Mn TWIP钢退火态的微观结构特征

通过金相显微镜和透射电镜分析研究了退火态TWIP钢的微观结构特征.结果表明,经过600 ℃退火10 min后钢中存在冷轧的纳米级变形孪晶及少量位错;分别在700、800、900和1000℃退火10 min后,发现退火温度决定了退火孪晶的尺寸:随退火温度升高,退火孪晶尺寸增大.退火孪晶仅有少量在再结晶过程中产生,而大量的退火孪晶在再结晶结束后的晶粒长大过程中生成并长大.退火孪晶尺寸的大小影响了TWIP钢的力学性能,孪晶尺寸为2～5 μm时,试验钢表现出高强度,此时抗拉强度可达840 MPa;孪晶尺寸为30～50 μm时,试验钢表现出高的伸长率,可达到84.0%,表现出充分的TWIP效应.     

退火温度对含稀土TRIP/TWIP钢性能的影响

分析了不同退火温度的TRIP/TWIP试验钢组织和性能。结果表明,在退火均热温度780℃时伸长率相对偏低,在800℃时屈服强度最高,退火均热温度对抗拉强度的影响较小,对伸长率的影响较大,不同退火均热温度下试验钢均没有明显屈服平台。试验钢的组织主要为奥氏体,变形前亚结构有退火孪晶出现,晶粒尺寸随着退火温度的升高而变得粗大,变形后形变孪晶数量随着退火温度的升高而增多。因TWIP效应和TRIP效应,试验钢具有高强度和高塑性。     

CSL晶界对TWIP钢变形行为的影响

综述了重位点阵(CSL)晶界对孪晶诱发塑性(TWIP)钢变形行为的影响。介绍了晶界在退火和变形过程中的相互作用,CSL晶界与TWIP钢变形行为的关系,以及TWIP钢变形过程中CSL晶界特征分布与织构的关系。     

TWIP钢的动态力学性能及变形机制研究

利用Zwick/Roell Z100万能材料试验机和Hopkinson拉杆对TWIP钢进行了准静态及动态力学性能的研究。基于力学实验结果,修正了Johnson-Cook动态本构模型中应变硬化项以及应变强化项。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术对TWIP钢拉伸变形前后的组织进行了观察与分析。结果表明：TWIP钢在准静态加载下表现为负应变率敏感性,动态加载时表现为正应变率敏感性。拉伸过程中,孪生诱发塑性是TWIP钢的主要变形机制,同时滑移也起到重要作用;动态加载下TWIP钢中形变孪晶的起始应变和孪晶体积分数均小于准静态加载过程;形变孪晶的生成以及孪晶相互作用导致的晶粒细化,使TWIP钢兼具高强度、高塑性及高动态吸能性能,在抗冲击、抗爆领域具有广泛的应用前景。     

Fe-Mn-C系TWIP钢的组织和性能

研究了Fe-Mn-C系TWIP钢的组织和性能,结果表明钢板经热轧-冷轧-热处理后,钢板可达到有57.3%的延伸率,480MPa的屈服强度和1140MPa的抗拉强度。其室温组织为单相奥氏体基体并伴有退火孪晶,拉伸变形后通过XRD检测和TEM观察发生了少量的γ→α和γ→ε→α相变同时内部有大量的滑移带和变形孪晶共存。即Fe-Mn-C系TWIP钢变形时同时有TRIP效应、TWIP效应,使钢板具有优良的力学性能。     

汽车用轻质TWIP钢的组织演变

研究中碳-高Mn系TWIP钢在固溶处理后的组织和力学性能。用OM、XRD、TEM和EBSD分析形变前后的微观组织演变规律和高强塑性产生机制。结果表明,形变孪晶密度随着变形程度的增加而增大,形变孪晶的渐进产生、细化起到细晶强化和延缓断裂的作用,使TWIP钢具有优异的综合力学性能和成形性能。     

N对TWIP钢马氏体相变及力学性能的影响

以传统TWIP钢为对比,测试了含N TWIP钢的力学性能,并利用XRD进行物相分析和TEM进行做观结构表征.结果表明,在由fcc或hcp结构向bcc结构马氏体进行相变时,晶体结构中的最大间隙由0.1047 nm降低至0.0725 nm.间隙原子N的存在显著增大bcc结构的晶格畸变能,提高α马氏体切变的阻力,因而强烈抑制α马氏体相变,导致组织中hcp结构ε相含量大幅度增加,提高了TWIP钢的强度,但也降低了钢的塑性.另外,奥氏体平均和区域层错几率的计算及微观组织分析结果表明,形变增加层错的数量,而马氏体相变消耗层错,从而减少层错数量.     

变形温度对Fe-23Mn-2Al-0.2C TWIP钢变形机制的影响

利用控温拉伸实验,结合微观组织形貌观察和层错能的计算,分析了在-60-600℃温度范围变形时高锰TWIP钢Fe-23Mn-2Al-0.2C力学性能和显微组织的变化规律及变形温度对其变形机制的影响.结果表明,随着变形温度的升高,TWIP钢的强度和延伸率总体上呈现先降低后增加,然后又降低的趋势.在300℃变形时,强度和延伸...     

TWIP钢中晶粒尺寸对TWIP效应的影响

冷轧TWIP钢经1073,1173,1273和1373K固溶处理10min后,得到了晶粒尺寸分别为7,13,30和63μm的奥氏体组织.拉伸实验表明,随着晶粒尺寸的增加,加工硬化速率(dσ/dε)与真应变(ε)的变化关系由2阶段变为3阶段.当晶粒尺寸大于30μm时,加工硬化速率与真应变关系中的第2阶段对应的应变长度随着晶粒尺寸的增加而迅速增加.当真应变为0—0.2时,加工硬化指数随真应变的增加而迅速增加;在随后的变形中,与上述4个晶粒尺寸对应的试样的加工硬化指数分别稳定在0.47,0.53,0.56和0.68.OM和TEM观察显示,随晶粒尺寸的增大,变形过程中形变孪晶数量增多.对于较大晶粒尺寸的试样,形变孪晶在拉伸变形过程中形核的临界应力较低,随变形量增加,形变孪晶可持续形成,使其加工硬化能力增加,从而增大了TWIP效应;相反,晶粒尺寸减小使变形过程中的形变孪晶形核临界应力增大,抑制形变孪晶的产生,从而减小了TWIP效应.     

高锰TRIP/TWIP效应共生钢高速变形过程中的组织演变及变形行为

对18Mn-3Al-3Si和21Mn-3Al-3Si高锰TRIP/TWIP效应共生钢动态变形过程中的变形行为,应变硬化速率、真应力和应变硬化指数随真应变的变化,以及应变硬化和基体软化间的相互作用等进行了研究,采用OM,SEM,TEM和XRD等方法对变形前后的组织进行了分析.结果表明,高应变速率下,TRIP/TWIP效应共生钢应变诱发相变途径为γ→ε→α;高速变形对滑移的抑制、奥氏体向马氏体的相变和形变孪晶对奥氏体晶粒的细化是应变硬化的主要因素;造成基体软化的原因是绝热温升效应、ε→γ的逆相变和孪晶的动态再结晶.     

终轧温度对Cu合金化Fe-18Mn-0.6C TWIP钢微观组织和力学性能的影响

采用XRD、光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验机和冲击试验机等研究了终轧温度(900 ℃和1000 ℃)对Cu合金化Fe-18Mn-0.6C TWIP钢微观组织和力学性能的影响。结果表明,低温终轧会明显提高TWIP钢的强度,但会使伸长率和强塑积降低;高温终轧更有利于提高TWIP钢塑性和室温冲击性能。高温终轧时可获得较大尺寸的奥氏体晶粒,降低孪生所需的临界应力,具有更高的应变强化能力,拉伸断口和冲击断口的韧窝更大更深,表现出优异的塑性和韧性。     

固溶处理对TWIP钢组织和力学性能的影响

用拉伸试验、金相观察、SEM和EDS等方法研究固溶温度和时间对TWIP钢微观组织、拉伸性能及断口形貌的影响,并采用X射线衍射仪测定材料的物相组成。结果表明,固溶温度和时间对TWIP钢塑性的影响程度明显大于强度,伸长率最佳的固溶处理工艺为1000~1050℃固溶60 min。随固溶温度的升高和固溶时间的延长,奥氏体晶粒长大,退火孪晶数量和退火孪晶界面积增加。拉伸时发生典型的延性断裂,拉伸前的组织为伴有大量退火孪晶的奥氏体,在拉伸过程中退火孪晶转变成形变孪晶,使TWIP钢的塑性提高。     

孪生诱发塑性钢的研究现状及展望

基于TWIP钢高的强度、好的塑性性能,针对潜在石油工业可膨胀管技术应用背景,对孪生诱发塑性TWIP钢的国内外研究现状、TWIP钢目前的研究方向进行了综述,并提出今后在理论研究方向上的几点设想和展望。     

TWIP钢研究的现状与展望

综述了新型孪生诱发塑性钢（TWIP）研究的进展,重点介绍了孪生诱发塑性的机制、层错能对TWIP效应的影响和TWIP钢优异的力学性能。