高应变速率冲击条件下Fe-Mn-C TWIP钢的力学性能

采用Hopkinson压杆对实验Fe-Mn-C TWIP钢进行了高应变速率(1202~2532 s-1)下的动态力学性能测试。结果表明:实验TWIP钢具有较为明显的应变速率效应,随应变速率的提高材料的强度和塑性均增加;随应变速率的提高材料的能量吸收值也随之增加。结合准静态压缩(0.001 s-1)实验数据,优化拟合了Johnson-Cook模型中的各参数,获得了材料的动态力学本构方程,拟合结果与实验结果具有较高的一致性。     

高速冲击拉伸条件下TWIP钢的力学性能

采用气动式间接杆杆型冲击拉伸试验装置对5种不同成分的TWIP钢在102～103s-1应变速率范围内的动态拉伸变形行为进行了研究,并和静态拉伸性能作了比较.结果表明:随应变速率的提高,材料动态条件下的抗拉强度、断裂延伸率和能量吸收值均显著增加,均匀延伸率略有提高.TWIP钢在形变过程中产生形变孪晶显著改善了材料的塑性,因此在高应变速率下的延伸率仍较好.     

高速冲击拉伸条件下TWIP钢的力学性能

采用气动式间接杆杆型冲击拉伸试验装置对5种不同成分的TWIP钢在10^2～10^3 s^-1应变速率范围内的动态拉伸变形行为进行了研究,并和静态拉伸性能作了比较。结果表明：随应变速率的提高,材料动态条件下的抗拉强度、断裂延伸率和能量吸收值均显著增加,均匀延伸率略有提高。TWIP钢在形变过程中产生形变孪晶显著改善了材料的塑性,因此在高应变速率下的延伸率仍较好。     

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.     

高应变速率下共析珠光体钢的微观组织演变

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对原始组织为层片状珠光体的高碳钢进行了高应变速率变形实验,借助SEM、TEM对变形后珠光体的微观组织演变规律进行了分析研究。结果表明:在高应变速率变形条件下,共析珠光体钢发生绝热剪切现象,原始珠光体组织中存在着绝热剪切带,绝热剪切带的宽度约为1.5μm,绝热剪切带外部区域存在着高密度位错、位错胞以及亚晶,而绝热剪切带内部区域则在动态回复和动态再结晶的作用下演变成晶粒尺度均在亚微米量级的超微细复相组织(铁素体+渗碳体)。     

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。     

应变速率对低C高Mn TRIP/TWIP钢组织演变和力学行为的影响

研究了Fe-18Mn低C高Mn TRIP/TWIP钢在应变速率范围为1.67×10^-4-10³s^-1的室温拉伸实验过程中力学性能和组织的变化.在准静态拉伸应变速率范围内(1.67×10^-4-1.67×10^-1s^-1),应变速率对高Mn TRIP/TWIP钢的抗拉强度产生逆效应,随着应变速率的加快,抗拉强度和延伸率都降低;而在动态拉伸应变速率范围内(10¹-10³s^-1),应变速率对高Mn TRIP/TWIP钢的延伸率产生逆效应,抗拉强度和延伸率都随着应变速率的加快而增加;在应变速率为10³s^-1时,高Mn TRIP/TWIP钢抗拉强度可达到957 MPa,延伸率达到55.8%,具有较好的综合力学性能;随着应变速率的提高,马氏体转变量减少,孪生变形向多个方向发展.采用SEM,TEM和XRD等方法对变形前后的组织进行了分析,在所有应变速率范围内的拉伸变形过程中都产生了奥氏体向马氏体转变和形变孪晶,并且在应变速率为10³s^-1的高速拉伸过程中产生绝热温升效应,使得基体软化.     

TWIP钢拉伸过程中微观组织行为及力学性能分析

以Fe-22Mn高锰钢为研究对象,利用实验方法研究了室温和-70℃环境下该材料拉伸后形变组织形貌、加工硬化行为、强度及塑性。结果表明,在室温环境下,Fe-22Mn钢拉伸形变后发生α′-M相变,存在一定的TRIP效应,微观组织中存在细小形变孪晶,材料的力学性能提高。在-70℃环境下,材料拉伸未发生脆性断裂;由于奥氏体形变孪晶的存在,增加了加工硬化率,提高了材料的力学性能。     

高应变速率下超高强冷轧双相钢的拉伸性能研究

测试超高强冷轧双相钢在不同应变速率下的准静态和动态拉伸力学性能,并通过数学模型研究了高应变速率下材料的变形行为。结果表明,Johnson-Cook模型拟合度较差,但是根据可决系数修正以后的模型预测结果与实验结果具有较好的吻合度。     

马氏体钢MS1180在高应变速率下的力学性能

汽车在轻量化的同时需要保证安全性能,对材料的动态力学性能进行研究与表征,对汽车车身设计及选材具有很重要的指导意义。本文使用高速拉伸试验机对本钢马氏体钢MS1180进行高应变速率拉伸测试,研究了材料应力与应变速率的关系,通过对比分析不同动态本构模型对材料应变率效应和塑性硬化行为的影响,确认了加权组合方式的Swift-Hockett/Sherby模型在描述材料动态力学性能方面的灵活性和准确性。     

TWIP钢拉伸过程中微观组织行为及力学性能分析

以Fe-22Mn高锰钢为研究对象,利用实验方法研究了室温和-70℃环境下该材料拉伸后形变组织形貌、加工硬化行为、强度及塑性。结果表明,在室温环境下,Fe-22Mn钢拉伸形变后发生α′-M相变,存在一定的TRIP效应,微观组织中存在细小形变孪晶,材料的力学性能提高。在-70℃环境下,材料拉伸未发生脆性断裂;由于奥氏体形变孪晶的存在,增加了加工硬化率,提高了材料的力学性能。     

AZ31镁合金高应变速率多向锻造组织演变及力学性能

采用空气锤对AZ31合金在350℃以Δε=0.22的道次应变量进行1~12道次多向锻造变形,并对其组织和性能进行测试。结果表明:合金高应变速率多向锻造(HSRTF)组织演变分为两个阶段,累积应变∑Δε<1.32时为晶粒细化阶段,其主要机制为孪晶再结晶;累积应变∑Δε>1.32时为晶粒长大阶段,其主要机制为热激活长大。利用大量的孪晶对再结晶的促进作用,高应变速率多向锻造工艺可快速生产细晶粒高性能AZ31变形镁合金锭坯,累积应变∑Δε=1.32时,可获得组织均匀、平均晶粒度为7.4μm的锻坯,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为313 MPa、209 MPa和28.6%。     

微合金化及应变速率对TWIP钢组织与性能影响的研究进展

汽车轻量化为高锰TWIP钢带来了广阔的开发和应用前景。TWIP钢从1997年被开发出来到现在已经发展了3代,在这20多年的时间里有大量的研究者对其力学性能、微观组织及加工工艺进行了广泛的研究。本文综述了汽车用高锰TWIP钢研究现状及进展,介绍了TWIP钢的发展历程与影响TWIP效应的因素,同时对微合金化及不同应变速率对TWIP钢组织和性能的影响的研究现状进行了概述;总结了国内外相关研究取得的成果,也指出了有待进一步研究的内容,为以后研究方向提出相关建议。     

Fe-Mn-Si-Al系TWIP钢显微组织与力学性能的研究

在室温下对Fe-(15～25)Mn-3Si-3Al钢进行静态拉伸,通过X射线衍射、TEM、SEM观察对塑性变形中孪晶以及εhcp,αbcc马氏体的形成进行了研究.结果表明,随着Mn含量的增加,孪晶形成逐渐起主导作用;TWIP钢表现出高的抗拉强度(650～1100 MPa),高的应变硬化率和极高的伸长率(20%～90%),可满足汽车轻量化的需求.     

TWIP钢焊接后的组织和力学性能研究

试验研究了孪晶诱导塑性钢(TWIP钢)经手工钨极氩弧焊接后的金相组织和力学性能.试验结果表明:试样焊接区与基体区金相组织的不同造成焊接后断裂延伸率降低;拉伸应变时断裂易发生在试样的焊缝区域;拉伸后基体和焊缝区的显微硬度有所上升.     

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。     

应变速率对高氮奥氏体钢拉伸变形的影响

采用金相及透射电子显微镜对高氮奥氏体Fe-20Mn-19Cr-0. 6N钢在应变速率范围为3×10^-6～1 s^-1条件下的拉伸变形行为进行了研究。研究结果表明:N元素的固溶强化作用和促使位错平面滑移阻碍位错运动机制是高氮奥氏体钢的重要应变硬化机制,同时,随着应变速率的提升,这种强化机制不断提升,而应变诱导孪生机制不断削弱。随着应变速率的提升,高氮奥氏体钢的抗拉强度和屈服强度均呈逐步上升的趋势,断后伸长率则逐步下降。屈服强度提升超过60%,而抗拉强度提升仅10%。随着应变速率的提升,基体变形程度逐步下降,材料的位错密度和滑移带密度逐步下降。     

高应变速率下AA6014铝合金的力学性能

研究了高应变速率下不同应变速率对AA6014-T4铝合金板材力学性能的影响。针对1.0 mm厚的AA6014-T4铝合金板材,采用Hopkinson拉杆试验装置进行了不同高应变速率下的动态拉伸试验,获得了745～4500 s^-1范围内AA6014-T4铝合金板材的应力-应变数据,并对试验结果进行了对比分析。结果表明,当应变速率为745 s^-1时,AA6014-T4铝合金产生塑性变形但试样未断裂;当应变速率为4500 s^-1时,抗拉强度为238.45 MPa,塑性应变为0.467,高应变速率下的断裂应变明显大于准静态下的断裂应变。与准静态相比,高应变速率下的AA6014-T4铝合金板材具有一定应变强化效应。在高应变速率条件下,随应变速率的增加,铝合金板材的应变塑性效应得到明显强化。基于高应变速率条件下不同应变速率对AA6014-T4铝合金板材力学性能的影响试验研究和分析,得到了高应变速率对铝合金板材力学性能的影响规律。     

高强韧TWIP铸铁的形变组织与力学性能

采用熔炼法制备出新型Fe-15Ni-12Mn-3.5C-2.5Si高强韧合金铸铁,该合金铸铁经高温固溶碳原子后,表现出高的塑性变形能力,连续冷轧变形量可达50%.拉伸试验结果表明,轧制后的试样经再高温固溶处理,合金的抗拉强度为730.81 Mpa.伸长率高达20%,是同类型QT700-2球墨铸铁的伸长率的lO倍,并具有较高的加工硬化特性.研究表明,该合金铸铁经固溶处理后组织由奥氏体、球状石墨及少量碳化物组成,良好的塑性是通过奥氏体基体密集孪生切变实现的,其高塑性源于TWIP效应;提高固溶处理温度,铸铁的抗拉强度略有降低而塑性大幅度提高.这种高强韧球墨铸铁合金对于制备减振降噪、安全性高的发动机曲轴、主轴等结构件具有重要的应用前景.     

高温高应变速率下H13钢的动态再结晶行为

利用霍普金森压杆试验,在高温(200～800℃)和高应变速率(5000～15000 s~(-1))的条件下对H13钢试样进行压缩试验。对材料动态再结晶的临界应变和峰值应变进行数值分析,研究H13钢在高温高应变速率下动态再结晶行为。借助透射电镜观察了压缩试样在不同试验条件下的微观组织。结果表明,根据材料的峰值应变和再结晶临界应变可得H13钢在高温高应变速率下的峰值应变模型和动态再结晶临界应变模型。由不同试验条件下的晶粒尺寸的变化及平均尺寸数值证明了该临界应变模型能够较为准确地预测H13钢在高温、高应变速率条件下的再结晶行为。