相变诱发塑性钢的研究现状与发展

在现代汽车制造业对汽车轻量化提出要求的趋势下,TRIP钢因其同时具有高强度和高的断后伸长率,以及其优良的高速力学性能而受到青睐。本文简要介绍了相变诱发塑性钢(TRIP钢)的发展现状与研究进展;详细介绍了TRIP钢中各种合金元素的作用,显微组织与性能的关系以及热处理工艺;最后对TRIP钢的发展趋势做了简要阐述。     

TRIP钢的应变硬化规律研究

应变硬化是金属和合金十分重要的力学性能之一,相变诱发塑性钢（TRIP钢）由于应变诱发马氏体相变,导致材料具有很高的硬化率dσ／dε,硬化曲线与其他高强度钢有显著不同,硬化指数与应变的关系曲线呈抛物线形。通过实验分析,揭示了硬化率随应变的增加而增大是仰皿钢具有高强度和塑性的原因;硬化指数的变化与仰皿钢的硬化曲线和马氏体转变动力学有关。     

热机械控制工艺对高铝低硅相变诱发塑性钢组织性能的影响

通过热轧后等温保温实验,研究了热机械控制工艺(TMCP)对高铝低硅相变诱发塑性钢组织性能的影响。结果表明,二种实验钢显微组织均由铁素体,贝氏体和残余奥氏体组成,变形时,残余奥氏体因应变诱导马氏体相变,相变诱发塑性,获得了良好的力学性能。B钢中添加A1增加了奥氏体的堆垛层错能,降低了扩展位错的宽度,不易形成层错。由于γ→ε转变被抑制而造成B钢中更多奥氏体的残留,最终导致贝氏体量更多。由于残余奥氏体的TRIP效应,B钢力学性能优于A钢。     

高锰TRIP/TWIP钢变形行为的研究进展

高强度高塑性是汽车用钢发展的主要趋势.Fe-Mn-Al-Si系TRIP/TWIP钢、Fe-Mn-C系TWIP钢和Fe-Mn-Al-C钢具有高的强度、优良的塑性和成形性,为新一代汽车材料.近年来,这些奥氏体汽车用钢的研究与开发受到了高度重视.本文对高锰TRIP/TWIP钢的组织性能、晶体学行为、强韧化机制、应变硬化行为和高速变形方面的研究工作进行了综述.     

X65管线厚板控冷过程的热力耦合计算与翘曲分析

通过开发线性混合热膨胀模型、拓展Avrami相变动力学模型和应用Leblond相变诱导塑性(TRIP)模型建立了热力耦合有限元模型,考虑了热膨胀、相变膨胀、相变诱导塑性.用该模型定量分析了X65管线厚板控制冷却时相变潜热、TRIP效应对温度、残余应力的影响,研究了3种控冷工艺下材料的翘曲.结果表明:在层流冷却系数为1mW/(mm2.K)的上下对称控冷时,相变期间潜热减缓心部冷速达52.3%,潜热和TRIP效应分别产生峰值为119MPa,-91MPa和87MPa,-60MPa的应力以减小整体残余应力;上表面层流冷却系数由1mW/(mm2.K)分别增至2mW/(mm2.K),3mW/(mm2.K)后,上表面和心部的温差由107℃分别增至192℃,253℃,该侧残余拉应力的峰值由338MPa减至150MPa,翘曲量由0分别增至0.05×10-3,1.7×10-3.     

激光焊接650MPa相变诱发塑性钢的组织与性能

采用固体Nd:YAG激光器焊接拉伸强度级别为650MPa、厚度为1.2mm的相变诱发塑性钢(TRIP)薄板,利用光学显微镜和电子显微镜研究了其不同焊接速度下对接焊缝的形貌和组织特点。测试了接头的硬度和抗拉强度,借助杯凸试验对比研究了激光焊接接头和母材的成形能力,并分析了焊接速度对接头组织、性能的影响。研究表明:TRIP钢的相组成主要是大量铁素体、贝氏体和少量的残余奥氏体;激光焊缝金属则主要由马氏体构成。焊缝金属或焊接热影响区的近缝区具有最高的硬度。焊缝金属的屈服强度和抗拉强度在垂直于焊缝方向与母材基本相同,但在平行于焊缝方向明显高于母材。与母材相比,激光焊接TRIP钢薄板的冲压成型能力明显下降。     

C-Si-Mn系TRIP钢热变形后冷却工艺优化研究

采用正交实验的方法在热模拟机上对C-Si-Mn系TRIP钢热变形后的冷却工艺进行了优化研究,结果表明热变形后控制铁素体相变的慢速冷却速度及控制贝氏体相变的快速冷却速度对最终组织的组成影响大;在分析实验数据基础上,提出了C-Si-Mn系TRIP钢轧后冷却优化工艺原则.     

X65厚管线板控冷工艺与翘曲分析

通过扩展Avrami相变动力学模型、开发线性混合热膨胀模型和使用Leblond相变诱导塑性(TRIP)模型建立了X65厚管线板控冷过程的热力耦合有限元模型,全面考虑了相变潜热、相变膨胀、TRIP效应、热膨胀等机制.用该模型对3种控冷模式下X65厚管线板控冷过程的温度场和应力/应变场进行了模拟,并分析了控冷模式对翘曲变形的影响.结果表明:不对称冷却产生的上下表面间的温差所导致的应力/应变场的不对称分布是材料翘曲的根本原因;交替冷却不仅可降低温差,还可大幅减小材料的翘曲;实现上下表面对称冷却和采用交替冷却是保证产品平直和性能均匀的有效方法.     

TRIP汽车钢板的高周疲劳性能

对TRIP钢板进行了一系列高周疲劳试验,对800MPa强度级别的TRIP钢的疲劳极限、疲劳寿命系数进行了研究,并与同强度级别的DP钢板进行了对比。分析了TRIP钢疲劳断口的显微组织以及TRIP效应对TRIP钢疲劳性能的影响。结果表明:TRIP效应对钢的疲劳抗力有所贡献,在循环基数为107次下,TRIP钢的疲劳极限值明显高于DP钢,拥有更高的抗疲劳性能,TRIP钢疲劳裂纹源与疲劳区有明显韧性断裂特征。     

热处理对TRIP590钢微观组织及力学性能的影响

采用Gleeble3800热模拟机对TRIP钢拉伸试样进行不同工艺条件的快速热处理模拟实验,并采用金相分析、显微硬度测试等方法对试样进行组织观察和性能测试,目的是通过适宜的热处理工艺促使材料微观组织中出现适量的残余奥氏体组织,增强该材料在变形过程的相变诱导塑性（TRIP）效应,强化材料.结果表明：在两相区内,TRIP钢中的残余奥氏体含量随着退火温度和退火时间的增加而增大,以25℃/s缓慢加热到700℃,再以150℃/s的速率快速加热到820℃保温120 s后淬火处理,处理后的试样,残余奥氏体体积分数达到13%,显微硬度最高,达到262 HV.     

Flow stress model considering the transformation-induced plasticity effect and the inelastic strain recovery behavior

On the basis of continuum mechanics and the Mori-Tanaka mean field theory, a micro-mechanical flow stress model that considered both the transformation-induced plasticity (TRIP) effect and the inelastic strain recovery behavior of TRIP multiphase steels was presented. The relation between the volume fraction of constituent phases and plastic strain was introduced to characterize the transformation-induced plasticity effect of TRIP steels. Loading-unloading-reloading uniaxial tension tests of TRIP600 steel w...     

卷取温度对热轧TRIP钢残奥及力学性能的影响

为了研究卷取温度对热轧TRIP钢的残余奥氏体和力学性能的影响,使用金相显微镜、扫描电镜、x-射线衍射、拉伸实验等方法对三种卷取温度下制备的热轧TRIP钢进行分析.结果显示,随着卷取温度的降低,残余奥氏体晶粒尺寸变小,残奥体积分数和碳的质量分数也变小.450 ℃和400 ℃卷取温度下制备的热轧TRIP钢的残奥形貌的圆整性相差不大,而350 ℃卷取温度下制备的热轧TRIP钢的残奥形貌较圆整.热轧TRIP钢的力学性能随着卷取温度的降低表现为高的屈服强度和低伸长率,450 ℃卷取温度下制备的热轧TRIP钢的综合力学性能最优.     

冷轧TRIP钢两相区奥氏体化中合金元素的扩散

为了研究TRIP钢两相区奥氏体化过程中合金元素在奥氏体和铁素体中的分布,利用热膨胀仪、金相显微镜和电子探针等仪器,在对TRIP钢两相区奥氏体化过程进行热力学与动力学分析的基础上,建立了两相区奥氏体化过程的扩散模型,采用显式有限体积法对770℃和800℃的奥氏体化过程进行了数值求解.模拟结果表明：奥氏体生长初期受C元素在奥氏体中的扩散控制达到亚平衡,此时Mn元素在奥氏体与铁素体界面处的质量浓度差不显著;而奥氏体生长后期受Mn元素在铁素体中的扩散控制而达到最终平衡,此时Mn元素在奥氏体与铁素体界面处有较显著的浓度梯度.     

热轧TRIP钢的组织与力学性能研究

采用热轧后控制冷却的工艺制备了TRIP钢，拉伸试验表明，试验钢的性能为：σb=605 MPa，σs=440 MPa，δ=28．4％；对试验钢的组织进行了研究，定量金相检测结果表明，试验钢中残余奥氏体含量为5．6％．     

Si－Mn系TRIP钢残余奥氏体与应变的关系

本文研究了Ｓｉ－Ｍｎ系ＴＲＩＰ钢残余奥氏体与应变的关系。提出了残余奥氏体随应变变化的关系方程式。结果表明，关系方程式较好地反映了残余奥氏体应变下变化规律，当残余奥氏体稳定性判据－Ｓ值小于６．５时，残余奥氏体具有较高的稳定性，钢的ＴＲＩＰ效应显著。     

一种半耦合韧性断裂准则及其在TRIP780中的应用

为研究高强钢板材在冷成形下的损伤演化与韧性断裂行为，将DF2012韧性断裂准则修正为初始损伤判据，同时参考连续损伤力学理论引入损伤变量D以衡量材料的累积损伤，并将其耦合到塑性模型中，构建了一种半耦合韧性断裂准则。以TRIP780高强钢板为研究对象，针对不同应力状态设计了6种形状的试样，借助电阻损伤测量法与DIC数字图像法进行了力学性能试验并测定初始损伤位移。采用非相关流动准则(NAFR)的Drucker各向异性屈服函数和Swift-Voce硬化模型准确描述了材料的塑性变形过程，然后分别利用试验模拟混合法和逆向工程法对初始损伤模型和损伤演化参数进行了标定。使用Fortran语言将构建的本构模型与损伤演化模型编译为VUMAT子程序并嵌入ABAQUS/Explicit模块中进行断裂模拟预测，并与未耦合损伤模型进行比较。结果表明：构建的半耦合韧性断裂准则能够准确描述TRIP780板材在不同应力状态下变形后期的损伤诱导软化行为，预测的断裂位移最大相对误差仅为1.31%。相较于常用的非耦合断裂模型，所提模型针对具有软化效应的高强钢表现出明显的优越性，适合用于高强钢板冷冲压成形的破裂预测中。     

Bake hardening behavior of TRIP and DP steels

The bake hardening (BH) behavior of transformation-induced plasticity (TRIP) and dual-phase (DP) steels after different prestrains was studied. The experimental results indicate that TRIP steel exhibits good BH ability while DP steel does not, and pre-strain displays a strong effect on the BH values of both steels. The comparison of microstructures of the two steels showed that the hard second phase in the matrix might be harmful to the BH ability. For deformed specimens, baking resulted in a loss of uniform elongation, but there was no obvious decrease in uniform elongation for unprestrained specimens.