晶粒及晶界特征对高锰奥氏体TWIP钢抗腐蚀能力的影响

以一种高锰奥氏体孪晶诱发塑性(TWIP)钢为实验材料,采用700~1000℃保温20 min及800℃保温10~30 min的退火工艺获得了不同晶粒尺寸分布及晶界特征分布的再结晶组织,结合EBSD技术及动电位极化曲线测试,研究了晶粒度、晶粒均匀性及晶界特征分布对该钢抗腐蚀能力的影响.结果表明,该高锰奥氏体TWIP钢的抗腐蚀能力受组织中的晶粒度及重位点阵(CSL)晶界分布比例的影响,二者的作用在再结晶的组织中因组织的均匀性不同而表现出明显差异.当再结晶过程刚刚结束,晶粒组织尚不均匀且未进入晶粒长大阶段时,平均晶粒尺寸对抗腐蚀能力的影响占主导地位.随着平均晶粒尺寸的增大,该TWIP钢的抗腐蚀能力下降.而当再结晶晶粒充分长大且晶粒尺寸分布均匀,CSL晶界所占的比例对其抗腐蚀能力的影响尤为显著.随着CSL晶界所占晶界比例的提高,该TWIP钢的抗腐蚀能力增加.     

TWIP钢退火织构与晶界特征

利用电子背散射衍射技术,研究了Fe-25Mn-2.5Si-2Al孪品诱发塑性钢(TWIP钢)冷轧变形后退火再结晶微观组织的晶界特征、晶粒取向差和织构,分析了不同退火温度对晶界特征和织构的影响.结果表明:随着退火温度的升高,TWIP钢中∑1CSL晶界含量减少,∑3CSL晶界含量增加;α-取向线密度呈下降的趋势,β-取向线密度总体上升;G{011}＜100＞取向强度呈下降趋势,而B{011}＜211＞、S{123}＜634＞、Cu{112}＜111＞等取向强度呈上升趋势.     

一种高锰奥氏体TWIP钢的高温热变形与再结晶行为

在变形温度为1223~1423 K及应变速率为0.01~10 s-1的条件下,利用MMS-300热模拟试验机开展单道次压缩变形实验,结合SEM-EBSD和TEM等观察分析技术,研究了一种高锰奥氏体孪晶诱发塑性(TWIP)钢的高温热变形及再结晶行为,对其动态再结晶过程中的组织演变规律及其与应力-应变曲线的相关性进行了分析和表征.结果表明,该高锰奥氏体TWIP钢的热变形行为对应变速率较敏感;当应变速率低于0.1 s-1时,热变形过程中发生动态再结晶;当应变速率高于1 s-1时,发生动态回复.通过回归计算建立了该高锰奥氏体TWIP钢的热变形本构方程,分析认为动态再结晶过程中的组织演变规律与其应力-应变曲线密切相关.随着应变量的增加,晶界迁移诱导再结晶形核;形变量进一步增加,产生大量亚晶界;相邻亚晶界上的位错攀移和滑移等运动使晶界合并,导致再结晶晶粒形成.     

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。     

TWIP钢退火组织及织构的研究

利用电子背散射衍射技术,分析了TWIP钢冷轧变形后退火再结晶微观组织的晶界特征、晶粒取向差和织构变化。研究结果显示:同种成分时随退火温度升高,Σ1CSL含量不断减少,Σ3CSL含量增多,B{011}211织构的强度有了明显的上升,G{011}100、Cu T{552}115呈下降趋势;同一温度下合金元素Mn、Al、C含量增多时,Σ1CSL含量略有增加,Σ3CSL含量显著增加,α取向线强度总体呈上升趋势,τ与γ取向线的起伏较大。     

大变形退火超细晶铜中的晶界特征分布

采用背散射电子衍射(EBSD和透射电镜(TEM)研究了纯铜大变形异步累积叠轧与再结晶过程中的低重合位置点阵(ΣCSL)晶界演化过程。研究表明:纯铜在600℃长时间均匀化退火时,形成大量较长的平直共格Σ3晶界,并作为大角度晶界阻碍晶粒的异常长大;在随后的大变形异步累积叠轧中,随着晶粒转动,形变组织的形成,低ΣCSL晶界的逐渐减少;再结晶退火中形成大量超细孪晶,同时形成大量Σ3特殊晶界,并与高ΣCSL晶界反应,形成大量低ΣCSL晶界,Σ1小角度晶界迅速增多,阻断一般大角度晶界网络,表明Σ3晶界的反应是大变形+退火纯铜晶界特征分布(GBCD)的优化机制。     

动态拉伸条件下TWIP钢的断裂机制

采用SEM检测了TWIP钢动态拉伸后的组织形态.结果发现,TWIP钢具有典型的延性断裂断口特征,其变形和断裂过程为微孔洞的形核、长大和聚合.含有第二相的TWIP钢的断裂机制为:第二相和奥氏体相界面聚合力的减弱或第二相本身加工硬化导致的开裂促使微孔形核,形变过程中产生的应力集中使微孔长大、聚合直至发生断裂.全奥氏体的TWIP钢的断裂机制为:形变过程中位错的运动受孪晶界的阻碍,形变孪晶与位错的交互作用使微孔形核于孪晶界处,应力集中使微孔长大、聚合直至材料发生断裂.     

抗氢合金J75中低∑CSL晶界的形成与演化

以铁镍基抗氢合金J75为研究对象,采用单步形变热处理和电子背散射衍射(EBSD)技术,研究了低∑CSL晶界的形成和演化过程。结果表明:采用5%预变形+1000℃退火的单步形变热处理方法,可将J75合金中低∑CSL晶界的比例提升至70%以上,形成具有∑3n取向关系的晶粒团簇;退火过程中,低∑CSL晶界比例的提升主要是由于∑3n界面比例的提升,其中∑3占绝大比例。发现一种∑3再生过程,其机制在于:由于∑3ic迁移能力强,在退火过程中与其他∑3相遇会形成∑9晶界,而∑9与∑3相遇,倾向于发生∑9+∑3→∑3,导致∑3的再生;不连续大角度随机晶界(R)与低∑CSL晶界相遇会形成R/∑晶界,当R/∑晶界为低∑CSL晶界时,则构成较多具有低∑CSL晶界的网络,打断了R晶界的连通性。     

孪晶诱导塑性(TWIP)钢组织与性能研究现状

对TWIP钢的研究进展进行了综述,介绍了TWIP钢的变形机制、层错能与TWIP效应的关系,TWIP钢热处理工艺以及TWIP钢的力学性能特点。     

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Fe-23Mn-2Al-0.2C的组织及拉伸变形机制

研究了TWIP钢Fe-23Mn-2Al-0.2C固溶处理后的组织演变和拉伸变形行为,并对其变形机制进行了探讨。结果表明:随固溶温度升高,实验钢的晶粒尺寸逐渐增大,屈服强度和抗拉强度均降低,伸长率增大,强塑积先增大后减小,在900℃时达到最高;实验钢的拉伸变形呈现连续屈服,同时随固溶温度升高,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。通过OM和TEM观察显示,随着晶粒尺寸的增加,变形过程中形变孪晶数量增多,孪晶诱导塑性(TWIP)效应增大。     

高温退火过程中316不锈钢晶界特征分布的演化

用扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)技术研究了5%冷变形316不锈钢经1100℃不同时间退火样品的晶界特征分布(GBCD).结果表明:低ΣCSL(Σ≤29)晶界比例的提高是在再结晶过程中实现的.在退火40 min时再结晶完成,低ΣCSL晶界比例达到80%,其中Σ3晶界比例占总的低ΣCSL晶界80%左右,晶界特征分布得到优化;尺寸较大形状不规则的晶粒团簇(grain-clusters)形成,每个晶粒团簇内部存在大量孪晶界、多重孪晶界和特殊的三叉晶界节点.部分再结晶状态样品的显微组织特点和晶粒团簇内部孪晶链的分析表明再结晶过程中多重孪晶的发展是提高316不锈钢低ΣCSL晶界比例的关键.     

EBSD技术分析大晶粒NiAl合金高温塑性变形组织演变与CSL特征晶界分布

采用EBSD分析了1075℃和初始应变速率为8.75x10~(-4)S~(-1)条件下大晶粒NiAl合金高温塑性变形过程中的组织演变与重位点阵(CSL)特征晶界分布.变形前大晶粒NiAl合金以大角度晶界为主,小角度晶界比例极低.在高温塑性变形过程中,取向差5.以下的小角度晶界不断产生.随变形量的增大,新形成的小角度晶界取向差增加,转变为取向差较大的6.一15.小角度晶界,进而转变为15.以上的大角度晶界.小角度晶界的产生速率与转变为大角度晶界的速率趋向动态平衡.小角度晶界向较大角度晶界不断转变导致晶粒显著细化.CSL特征晶界分析表明,大晶粒NiAI合金高温塑性变形过程中,CSL晶界分布发生改变,将对合金室温力学性能产生影响.     

汽车用先进高强钢的氢脆研究进展

本文总结了第一代～第三代先进高强钢的各自典型代表钢种——相变诱发塑性钢(TRIP钢)、孪晶诱发塑性钢(TWIP钢)、淬火配分钢(QP钢)和中锰钢的氢脆研究现状和重要结果。主要结论为,TRIP钢的氢脆敏感性主要体现在塑性降低,而强度损失不大。TWIP钢的氢脆敏感性严重依赖于应变速率,即随应变速率降低而显著增加;形变孪晶界和ε/γ相界面易发生氢致开裂,而Σ3退火孪晶界不易开裂;深入研究表明,当ε/γ相界面满足西山取向关系时,则与Σ3孪晶界类似,能够阻碍氢致裂纹扩展,这一结论将不同学者的结果统一起来。QP钢的氢脆敏感性与TRIP钢相似。中锰钢因含有较多的奥氏体相,变形时伴随着强烈的TRIP效应,氢脆敏感性较大,既有明显的塑性损失也有较大的强度损失。对含有奥氏体组织的TRIP钢、QP钢和中锰钢等,调控奥氏体组织的形态和分布是改善其氢脆的主要对策;而对TWIP钢则可通过控制预应变速率和Al合金化等措施来改善氢脆。     

形变及热处理对825合金管材晶界特征分布的影响

采用工厂生产线上的冷拔机对镍基825合金管材进行冷拔加工后再退火,进行晶界工程(GBE)处理.利用EBSD和取向成像显微技术(OIM)研究了不同冷拔变形量和不同退火温度对825合金晶界特征分布(GBCD)的影响.结果表明,合金在冷拔变形5%,1050℃退火10 min时,低Σ值重合位置点阵(ΣCSL,coincidence site lattice,Σ≤29)晶界的比例可提高到75%以上(Palumbo-Aust标准),同时形成大尺寸的"互有Σ3n取向关系晶粒的团簇"显微组织(n=1,2,3,?).随着再结晶退火前冷拔变形量的增加,晶粒团簇的尺寸减小,同时低ΣCSL晶界的比例也下降,并且低ΣCSL晶界的比例随晶粒尺寸的增加而下降.当合金经过5%的冷拔变形后,在1050~1125℃退火处理10 min时的晶界特征分布无明显变化,退火温度对合金的低ΣCSL晶界比例影响较小;当经过3%,7%和10%的冷拔变形后,合金的低ΣCSL晶界比例随着退火温度的升高不断下降.     

Fe-18Mn-0.6C TWIP钢的热变形行为

在Gleeble-3500热模拟实验机上通过单道次压缩实验,研究了变形温度、应变速率和变形量对TWIP钢流变应力和临界动态再结晶行为的影响规律。结果表明,试验TWIP钢热变形的峰值应力随温度的升高而降低,随着应变速率的增大而升高;各种变形条件下,TWIP钢的奥氏体晶粒尺寸有很大差异,随着变形温度的升高,再结晶晶粒粗化,而应变速率和应变量的增加有利于晶粒细化;最后采用线性回归方法计算出TWIP钢的热变形激活能为443.3 kJ/mol,并求出了该钢种动态再结晶临界条件与Z参数之间的关系,以及动态再结晶动力学规律。     

CoCrFeMnNi高熵合金冷轧及退火后的晶界特征分布

采用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了冷轧变形(90%)CoCrFeMnNi高熵合金在800℃退火再结晶过程中的晶界特征分布(GBCD)。结果表明,退火0.08 h后,合金发生初次再结晶,组织中形成高达56.92%的低∑重合位置点阵(CSL)晶界,其中∑3晶界和∑9+∑27晶界的比例分别为53.04%和2.12%,且大部分低∑CSL晶界处于大角度晶界网络上,打破了大角度晶界网络连通性,其GBCD得到优化。延长退火时间(0.08~10 h),合金晶粒异常长大至二次再结晶完成,强α-{110}织构所占体积分数从49.53%增大至66.65%;低∑CSL晶界的总比例和∑3晶界的比例均下降,∑9+∑27晶界比例先上升后下降,大角度晶界网络连通性逐渐趋于完整。与此同时,该合金的维氏硬度与其再结晶晶粒尺寸满足Hall-Petch关系。     

Fe-17Mn-0.3C系TWIP钢的热变形行为研究

以Fe-Mn-C系TWIP钢为例,利用Gleeble-3500热模拟试验机对其塑性变形抗力进行研究。通过试验得到的数据分析了不同变形温度、变形程度、应变速率与变形抗力的关系。结果表明,试验TWIP钢热变形的应力随温度的升高而降低,随应变速率的增大而升高。TWIP钢的热变形激活能Q为194.875 k J/mol,并在此基础上得到了TWIP钢的高温流变方程。     

Fe-23Mn TWIP钢拉伸变形过程中微观组织的原位观察

对Fe-23Mn TWIP钢的微观组织进行了原位观察.结果表明:Fe-23Mn TWIP钢的变形过程是以滑移和孪生两种方式进行的,其中主要是滑移,辅之以孪生变形,在具有孪晶界的晶粒内部为了松弛滑移受阻所引起的应力集中首先会发生孪晶变形,而且拉伸过程中会产生二次孪晶,孪晶可以交互穿越,初生孪晶与次生孪晶交错,使孪晶切割基体增加运动的障碍起到细化晶粒的作用.     

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.