Fe-Mn-Al-C系轻质钢变形行为的原位分析

采用原位分析的方法研究了0.24C-10.46Mn-5.14Al(高锰)和0.24C-3.57Mn-4.99Al(低锰)两种轻质钢在室温拉伸过程中的相变行为。结果表明:层错能为29 m J/m2的高锰试验钢表现出了明显的孪晶诱发塑性效应(TWIP),层错能相近的低锰试验钢经拉伸后奥氏体含量明显降低,组织中出现了α'马氏体,在拉伸变形过程中呈渐进式转变的相变诱发塑性(TRIP)作用,其力学性能优于高锰试验钢;高锰试验钢中奥氏体碳含量越低,稳定性越差,其向ε马氏体的瞬时相变行为越显著,从而抑制了γ→α'的转变,导致其力学性能降低。     

固溶温度对Fe-12Mn-8.5Al-0.8C低密度钢组织及力学性能的影响

通过采用OM、SEM、XRD等方法,对不同固溶热处理温度下Fe-12Mn-8. 5Al-0. 8C低密度钢的力学性能和组织演变规律进行了研究。试验结果表明,铸态组织主要包含有铁素体、奥氏体和κ-碳化物3种相。在700、750℃固溶处理后,Fe-12Mn-8. 5Al-0. 8C钢的组织为铁素体、奥氏体和κ-碳化物,其铁素体和奥氏体晶界处存在的大量碳化物导致其力学性能很差。κ-碳化物的溶解温度在800℃左右,随着固溶温度升高,晶内及晶界处碳化物含量逐渐减少直至消失。850～1000℃固溶处理后,试验钢基体组织为奥氏体,随着固溶温度升高,铁素体的含量增加。在1000℃固溶处理时,铁素体由柱状转变成球状,其对奥氏体基体的割裂作用减少,所以在1000℃时试验钢力学性能最好,其抗拉强度达696.4 MPa。同时,Fe-12Mn-8.5Al-0.8C钢的密度为7.0 g/cm3,相比纯铁达到10%的减重效果。     

新型无Ni高N奥氏体不锈钢的低温变形行为

利用冲击实验、拉伸实验、XRD和TEM对2种不同N含量的无Ni高N奥氏体不锈钢低温变形行为进行了研究.结果表明,高N奥氏体不锈钢在低温下发生明显的韧脆转变和加工硬化现象.在实验材料的Mn含量水平内,提高Mn含量能够改善高N奥氏体不锈钢的低温塑性和韧性,降低其韧脆转变温度.18Cr-12Mn-0.55N钢在低温拉伸变形时会发生形变诱导马氏体相变,但马氏体转变量很少,降低温度对马氏体转变量无明显影响.形变诱导马氏体能提高高N奥氏体不锈钢的加工硬化能力,但降低了钢的低温塑性和韧性.加工硬化能力和层错能随温度的降低而降低是Re-Cr-Mn高N奥氏体不锈钢在低温下发生脆断的主要原因.     

汽车用TWIP钢的探索研究

采用金相组织观察与X射线衍射等方法对5种不同Mn含量的TWIP钢拉伸前后的组织进行了研究.结果表明,淬火态Fe-15Mn-3Si-3Al钢存在条状分布的马氏体;Fe-25Mn-3Si-3Al、Fe-30Mn-3Si-3Al、Fe-33Mn-3Si-3Al钢在淬火与退火两种热处理工艺下均能获得淬火态奥氏体和退火孪晶组织,淬火态的奥氏体晶粒更细小;母相奥氏体影响形变孪晶形貌与分布,均匀分布的细小孪晶导致优异的力学性能,随着Mn含量的增高,母相奥氏体尺寸逐步增加,形变孪晶层片逐渐增厚且分布不均匀;Fe-25Mn-3Si-3Al钢具有优异的力学性能.     

机械研磨过程中Fe-20Mn-3Al-3Si钢的相变问题研究

采用表面机械摩擦技术(SMGT)对Fe-20Mn-3Al-3Si钢进行表面形变强化处理,在其表面形成相变强化层,通过对相变强化层的微观组织和硬度的研究,分析Fe-20Mn-3Al-3Si钢表面的相变。结果表明,Fe-20Mn-3Al-3Si钢在机械研磨过程中极易产生奥氏体向马氏体的转变,该马氏体相变过程与晶粒的取向和应变存在着密切的关系。Fe-20Mn-3Al-3Si钢表面强化层的微观组织和硬度在表层、中间层和内层呈现明显的梯度变化规律。     

γ/ε双相Fe-19Mn合金在拉伸变形过程中的组织演变和加工硬化行为

采用OM、EBSD、TEM、XRD和拉伸实验等方法,研究了γ-奥氏体/ε-马氏体双相Fe-19Mn-0.0017C(质量分数,%)合金在拉伸变形过程中的组织演变和加工硬化行为。结果表明,Fe-19Mn发生了变形诱导马氏体相变,并且随着变形量的增加,相变过程由以γ→ε相变为主转变为以ε→α'相变为主。对比分析加工硬化率的变化与相含量的变化,表明ε→α'相变比γ→ε相变具有更高的加工硬化能力。同时,在变形过程中,ε-马氏体不仅发生了位错滑移,还形成了■孪晶,以满足ε-马氏体的变形协调。在γ→ε和ε→α'双重相变引起的相变诱导塑性(TRIP)效应、γ-奥氏体/ε-马氏体/α'-马氏体中的位错滑移,以及ε-马氏体的孪生变形等机制的共同作用下,Fe-19Mn的抗拉强度和总延伸率分别达到722 MPa和31%,显示出良好的强塑性匹配。     

基于FactSage的Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢的组织及力学性能

借助FactSage数值模拟软件对Fe-(10~20)Mn-(5~10)Al-(0~0.5)C系低密度钢的凝固及冷却路径、相变及析出相进行了研究,利用FactSage软件中的FSstel数据库对该体系的垂直截面图进行计算,分析了Mn、Al及C元素对凝固及冷却过程中相变及析出相的影响,并得到了Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢的平衡凝固相变路径图。结果表明,Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢中热力学计算出的平衡相有液相、铁素体、奥氏体和κ-碳化物, 由1600 ℃冷却至600 ℃完整的平衡相变路径为:液相→液相+铁素体→液相+铁素体+奥氏体→铁素体+奥氏体→铁素体+奥氏体+κ-碳化物。C和Mn含量的增加可扩大Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢奥氏体相区,Al元素增加缩小奥氏体相区。κ-碳化物的析出温度随着Al与C含量的增加而升高,Al与C元素均可促进κ-碳化物析出。Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢800 ℃时效3 h后的抗拉强度为602 MPa,屈服强度为520 MPa,断后伸长率为28.6%,时效5 h后的抗拉强度为729 MPa,屈服强度为685 MPa,断后伸长率为22.4%,随着时效时间增加,试验钢的强度增加,断后伸长率降低。Fe-15Mn-8Al-0.25C低密度钢的密度为6.99 g/cm³,相比普通钢材减重效果达10.4%。     

Fe-8Mn-xAl-0.2C冷轧中锰钢的组织与性能

利用场发射扫描电镜、电子背散射衍射技术、X射线衍射仪及电子万能试验机等对Fe-8Mn-xAl-0.2C(x=0, 3)冷轧中锰钢的微观组织与性能进行了研究。结果表明,Al的添加使奥氏体化温度明显升高。经高温临界区退火后得到了等轴的奥氏体与铁素体双相组织。添加Al提高了奥氏体的稳定性,影响了试验钢变形过程中的应变硬化行为,材料塑性得到改善。Fe-8Mn-0.2C冷轧试验钢在625℃退火获得了最优综合力学性能,抗拉强度为1220 MPa,伸长率为44%,强塑积为54 GPa·%;Fe-8Mn-3Al-0.2C冷轧试验钢在710℃退火获得了最优综合力学性能,抗拉强度为970 MPa,伸长率为58%,强塑积为56 GPa·%。此外,Al的添加扩大了试验钢获得优异力学性能的退火温度范围。     

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...     

变形温度对TWIP钢力学性能及层错能的影响

对成分为Fe-18Mn-1.5Al-0.6C的TWIP钢在不同温度下进行了变形拉伸试验,研究了钢板的力学性能、微观组织及层错能,并用X射线测定了变形前后的相组成,结果表明:试样在变形前后均为单一的奥氏体组织,变形时生成孪晶而未发生相变;变形温度越高,抗拉强度越低,延伸率越高,形变时的动态应变时效出现的越早;热力学方法和XRD峰位移法同时表明:变形温度越高,层错能越高。     

高Si奥氏体高Mn钢加工硬化行为及机制的研究

设计了一种低应力下容易发生ε马氏体转变的Fe-17Mn-6Si-0.3C高Si高Mn钢.采用OM,XRD和TEM研究了高Si高Mn钢和传统高Mn钢在静态拉伸和动态冲击时的力学性能及组织演化.结果表明:静态拉伸下高Si高Mn钢比传统高Mn钢具有更高的加工硬化速率;动态冲击下高Si高Mn钢的表面硬度高于传统高Mn钢,而冲击变形量却显著低于传统高Mn钢.高Si高Mn钢变形时应力诱发ε马氏体转变的优先发生是导致上述结果的原因,这个结果间接证实了传统高Mn钢的异常加工硬化能力来源于形变孪晶的形成及其因C原子存在导致的严重晶格畸变.     

Nb微合金化Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢的组织与力学性能

向Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢中添加0.35%的Nb,提高钢中C元素含量至0.1%,并配合适当热处理工艺以提高TWIP钢的屈服强度。结果表明:改进后的Fe-25Mn-3Si-3Al-0.3Nb-0.1C钢的屈服强度由原来的320 MPa提高至445 MPa,均匀伸长率则由65%降低至55%。Nb元素的添加会强烈阻碍TWIP钢的再结晶晶粒的长大,显著细化TWIP钢的奥氏体晶粒,并且添加的Nb、C元素经退火处理后主要以纳米级Nb C沉淀相的形式弥散分布于奥氏体基体上,这些细小的沉淀相将通过Orowan机制进一步提高TWIP钢的强度。此外,Nb、C元素的添加并未显著改变室温下Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢的塑性变形机制,应变诱发孪晶仍然是Fe-25Mn-3Si-3Al-0.3Nb-0.1C钢的主要变形机制,奥氏体基体仍然维持着较低的层错能。通过细晶强化和沉淀强化的双重作用显著提高Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢的强度,同时奥氏体基体的TWIP效应保证了改进后的TWIP钢仍具有良好的塑性。     

冷变形对高锰奥氏体钢组织以及力学性能的影响

对Fe-23.8Mn-0.4C-3.7Cr高锰奥氏体钢进行50%冷变形,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、维氏硬度计、纳米硬度计和万能试验机等研究了冷变形对高锰奥氏体钢组织和力学性能的影响。结果表明:高锰奥氏体钢冷变形前后的微观组织均为奥氏体组织,但变形后晶粒内部产生了大量变形孪晶;变形后高锰奥氏体钢的硬度和强度大幅度提高,冷变形也导致其应变硬化行为和断裂行为发生改变,塑性显著下降。     

C含量对冷轧Fe-6Mn-1Al中锰钢组织与性能的影响

研究了C含量(质量分数)分别为0.06%、0.15%和0.30%的冷轧中锰钢Fe-6Mn-1Al退火后的组织及室温拉伸后的力学性能变化规律。结果表明,不同C含量的试验钢经660 ℃退火后的组织均为铁素体+奥氏体的双相组织。随着C含量的增加,试验钢中奥氏体的体积分数由19.34%增加到38.70%,且C含量的增加引起了配分到奥氏体中的C、Mn含量的增加,使奥氏体的稳定性得到了提升。C含量较高的试验钢变形过程中的TRIP效应更显著,使试验钢的加工硬化能力得到了提高,获得更好的综合力学性能。C含量从0.06%增加至0.30%,试验钢的强塑积由28.0 GPa·%增加到51.4 GPa·%。     

双辊铸轧高锰TRIP钢薄带的组织性能研究

研究了采用双辊铸轧技术生产的高锰TRIP钢(Fe-15Mn-3Si-3Al)薄带经冷轧和退火处理后的显微组织和力学性能,结果表明,该薄带的断裂总伸长率达21.5%(相当于传统工艺的91.5%),抗拉强度达875MPa(相当于传统工艺的89.3%);拉伸变形后约有5%的亚稳态奥氏体转变为板条马氏体,且内部存在大量位错,有效提高了钢的加工硬化能力。     

Fe-22Mn TRIP/TWIP钢拉伸过程组织、性能及晶体学行为分析

对Fe-22Mn-3Si-2Al高锰TRIP/TWIP钢拉伸变形后的组织、性能特点进行研究,利用EBSD技术分析了形变过程中马氏体相变的晶体学特点.结果表明,Fe-22Mn钢形变前含有大量硬度高于奥氏体的热致ε-M;拉伸变形后,热致ε-M转变为α’-M,ε-M与α’-M相变有明显的先后顺序,即具有不同步性.Fe-22Mn钢拉伸时TRIP效应和TWIP效应共存,具有良好的塑性和强度结合,且ε-M没有引起低温脆性.热致ε-M为倾转的基面取向,形变时易发生基面滑移,并发生少量86°<1120>孪晶,在出现30°<0001>误标后与ε-M基体形成93°<7253>取向关系.形变后α’-M取向绕<110>转动,变得漫散,形成"彗星拖尾"现象.同时,形变过程中奥氏体的取向也发生转动,产生绕<110>轴的小角度取向差.此外,原始奥氏体中的大量退火孪晶界对马氏体相变有促进作用.     

临界区退火温度对中锰钢组织性能和变形行为的影响

利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和拉伸试验机研究了临界区不同退火温度对Fe-0.21C-4.1Mn-1.85Si-0.05Nb冷轧中锰钢组织性能和变形行为的影响.结果 表明:随着退火温度的升高,试验钢中铁素体含量逐渐降低,马氏体含量增加且尺寸增大,残留奥氏体的含量先升高后降低;随着退火温度的升高,试验钢的抗...     

固溶处理对Fe-Mn-Al-C系低密度钢组织与性能的影响

采用OM、SEM、TEM、XRD等试验方法,对不同固溶温度下Fe-27Mn-8Al-1.6C低密度钢的力学性能和组织演变规律进行了研究。结果表明,Fe-27Mn-8Al-1.6C钢的密度为6.8 g/cm³。固溶处理对该钢的组织与性能影响较大,高温固溶后试验钢奥氏体晶界间有少量к-碳化物,随着固溶温度的升高,晶界间未溶к-碳化物含量减少直至消失,奥氏体中C含量逐渐增加;在1000 ℃固溶处理后,试验钢具有最佳的强塑性配合,抗拉强度为1266 MPa,断后伸长率为34%,强塑积可达43.1 GPa·%;在冷却过程中,试验钢基体发生调幅分解,大量细小的к-碳化物弥散分布在奥氏体内。     

TWIP钢的显微组织与变形机制研究

采用金相、X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等方法对两种不同Mn含量应变诱发孪晶(TWIP)钢拉伸前后的显微组织进行了研究.结果表明,Fe-15Mn-3Si-3Al钢的塑性增长机理主要是),γrcc→εhcp,γfcc→εhcp→αbcc相变诱发的TRIP效应;Fe-25Mn-3Si-3Al钢主要的塑性增长机制是孪晶诱发的TWIP效应.Fe-25Mn-3Si-3Al钢拉伸后有些奥氏体晶粒内存在两个或多个孪晶系统,孪晶界与原始奥氏体晶界都会阻碍孪晶的长大.层错能强烈影响TWIP钢的变形机制,随着Mn含量的增加,层错能不断增加,孪晶强化逐渐起主导作用.     

C含量对基于马氏体温变形的高锰TRIP钢的影响

利用Gleeble 1500热模拟试验机进行单轴压缩,通过基于马氏体温变形和两相区短时间退火的工艺制备了两种C含量的高锰TRIP钢,并结合扫描电镜、X射线和室温拉伸等实验研究了C含量对高锰TRIP钢制备过程的组织演变和室温力学性能的影响。结果表明,C含量从0.08%提高到0.18%,降低了逆转变奥氏体的化学驱动力,不利于温变形过程中逆转变奥氏体的形成。但由于马氏体分解可得到较多的渗碳体粒子,提高C含量使得退火组织中马奥岛含量和残留奥氏体含量增多且残留奥氏体C含量增加,因此提高了高锰TRIP钢的强度和塑性。