18Mn-Si系TWIP钢层错能的计算与实验

采用热力学计算以及XRD分析技术对18Mn-Si系TWIP钢的层错能进行了研究。结果表明,18Mn-Si系TWIP钢在淬火状态下为全奥氏体组织,拉伸变形以后出现变形孪晶和α马氏体相;该钢种的层错几率和层错能分别为2.6×10-3、17.3 mJ/m2,说明其在拉伸应力作用下将同时发生TWIP效应和TRIP效应,该结论与实验结果相吻合;对于18Mn-Si系TWIP钢而言,其在298 K条件下层错能（SFE）和层错几率（Psf）存在如下关系,即,SFE（298 K）=4.498×10-2/Psf。     

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。     

层错能对TRIP/TWIP钢变形机制和力学性能的影响

综述了合金元素,温度对层错能的影响。介绍了层错能对高锰钢变形机制、组织和力学性能的影响,总结了高锰钢产生TWIP效应的条件,以及TWIP钢的强韧化机制。     

汽车用TWIP钢性能的研究进展

TWIP钢因其优良的力学性能在车身轻量化研究中具有较大的优势,但碳、锰元素含量过高影响了其工业化应用。本文综述了汽车用TWIP钢力学性能、成形性能、连接性能、腐蚀性能的研究进展情况,旨在为TWIP钢在汽车工业中的应用提供参考。     

Al含量对Fe-Mn-Al-C系低密度钢层错能及形变孪晶的影响

研究了合金元素Al对3种不同Al含量的Fe-28Mn-x Al-1C(x=8,10,12)系低密度钢层错能的影响。结果表明,3种实验钢的层错能范围为67.76~90.64 m J/m~2,Al对层错能的影响呈多项式分布。与28Mn-10Al及28Mn-8Al合金相比,28Mn-12Al合金层错能较高,抗拉强度高但伸长率低,在相同变形量下,28Mn-8Al与28Mn-10Al合金均出现了孪晶组织,且28Mn-8Al中孪晶更明显,而28Mn-12Al合金中未发现孪晶。3种合金的变形机制均为平面滑移变形,这归因于Fe-Mn-Al-C系合金中存在的短程有序会导致"滑移面软化现象",使高层错能的28Mn-12Al合金变形机制也为平面滑移。     

稀土Y对TWIP钢力学性能的影响机理

利用GNT系万能试验机和Sigma 300场发射扫描电镜研究了稀土Y对TWIP钢(22Mn-1.5Al-0.6C)力学性能及夹杂物的影响。结果表明,添加稀土Y后,试验TWIP钢的强度和韧性均有提高,抗拉强度由725 MPa提高到752 MPa,屈服强度由290 MPa提高到312 MPa,冲击吸收能量由178.9 J提高到207.7 J,而硬度和断后伸长率则小幅降低。稀土Y细化了TWIP钢晶粒,且钢中MnS、Al₂O₃以及MnS+AlN复合夹杂改性成Y₂S₃、Y₂S₃+Y₂O₃、AlN+Y₂S₃夹杂。夹杂物分析结果显示,大部分夹杂物的数量和尺寸都有明显的减小,有利于试验钢综合力学性能的提高。     

孪生诱发塑性(TWIP)钢的研究进展

综述了孪生诱发塑性(TWIP)钢的研究进展,重点介绍了产生TWIP效应的关键在于低温时具有稳定的奥氏体组织和较低的层错能,主要合金元素对TWIP钢组织和性能的影响,层错能及其计算,第一、二代TWIP钢的力学性能以及温度、应变速率和加工工艺对其力学性能的影响,孪生诱发塑性的微观机制。     

高锰钢中的TRIP和TWIP效应以及层错能研究

基于光学显微镜、XRD、TEM和SEM的测试结果,分析了不同成分高锰钢中的TRIP和TWIP效应及其影响因素,并且研究指出在这两种效应的作用下此类钢种将表现出不同的力学响应,而层错能则是判断这两种效应的重要参数;此外,通过测定层错能可预测高锰钢中的强化机制,并有望借此优选成分以获得新型汽车用高强度钢板.     

TWIP钢不同温度变形的力学性能变化规律及机理研究

通过控温拉伸实验分析了在298,373,473和673 K温度下变形时,TWIP钢(Fe-25Mn-3Si-3Al)力学性能和显微组织的变化规律.结果表明,TWIP钢的强度和延伸率均随温度的升高而降低.通过热力学公式对不同温度下TWIP钢层错能Γ的估算可以推断,温度T≥673 K时,Γ≥76 mJ/m2,滑移为TWIP钢主要的变形机制;298 K≤T≤373 K时,21 mJ/m2≤Γ≤34 mJ/m2,孪生为TWIP钢主要的变形方式,此时产生"TWIP"效应,可获得较高的加工硬化速率,从而获得高强度及高塑性.     

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.     

钢中马氏体的层错亚结构

研究发现淬火钢马氏体中存在层错亚结构具有重要理论意义。应用JEM-2100高分辩透射电镜观察35CrMo、2Cr13、W6Mo5Cr4V2等钢的马氏体时,发现存在层错亚结构。层错亚结构条纹微细,间距约为数纳米,且往往与位错伴生。层错的成因是在晶格重构过程中,因新旧相错配度等因素造成晶格错排时形成的。认为切变机制不能解释马氏体层错亚结构的成因。     

高锰TWIP钢的冷轧变形行为

研究了低层错能奥氏体TWIP钢的冷轧组织和织构的演变。随着应变的增加,孪晶变形机制被激活。TEM、XRD等观察结果显示:随着应变量的增加,孪晶增加。在不同应变水平上,G{011}<100>织构都占主要位置。变形初始时,B{011}<211>织构强度较低,随着应变增加其强度显著增加。而E{111}<011>、Y{111}<112>、RG{011}<011>、Cu{112}<111>、CuT{552}<115>等织构在不同应变水平呈不同变化趋势。与其他织构相比,Cube{001}<100>织构强度相当低。     

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。     

微合金化TWIP钢的研究现状

高锰TWIP钢具有强度高、塑性好的特点,但其屈服强度较低。为改善这一缺点,将微合金化技术应用于TWIP钢。概述了TWIP钢的微合金化研究现状,分析了不同微合金元素对TWIP钢力学性能和组织结构的影响。     

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.     

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。     

韩国浦项制铁公司TWIP钢的研发进展

根据韩国浦项制铁公司2007～2008年在世界知识产权组织(WIPO)申请公开的孪晶诱发塑性钢(TWIP钢)典型专利技术,概述了浦项新开发的汽车用内、外面板、加强部件、抗撞击吸收部件以及其他结构用途的TWIP钢研发动态,特别是详细介绍了浦项制铁公司试验生产高强度、高塑性以及具有优良涂镀性和加工性等特征的TWIP热轧板、冷轧板及镀层板的试生产情况.     

TWIP钢冲压变形行为的研究

在小松H1F60型压力机上对Fe-Mn-Si系孪晶诱发塑性钢(TWIP钢-twinning induced plasticity)进行圆筒件冲压,获得不同状态的圆筒件,并对断口及断口附近的组织进行观察。利用冲压模拟软件Dynafom5.7对TWIP钢圆筒件冲压成形进行计算机辅助模拟,拟合得到试验用TWIP钢的成形极限曲线,并对模拟结果作进一步实际冲压验证。研究结果表明:TWIP钢冲压圆筒件断口附近含有大量形变孪晶,断口上产生有"嵌套式"韧窝;利用拟合的成形极限曲线模拟TWIP钢冲压可以较好地反映其实际冲压情况。     

粉末渗锌钢渗层的形成机理及影响因素研究进展

粉末渗锌工艺是一种热扩散表面改性技术,将渗锌剂与钢构件在高温条件下接触,利用原子扩散作用,在构件表面形成一层合金保护层。作为一种工艺简单、环境友好的高效表面防腐处理工艺,粉末渗锌技术可有效改善金属材料的耐磨、耐蚀和耐氧化等性能,具有广泛的应用前景而备受研究者的关注。首先分析了粉末渗锌层的形成机理,并重点讨论了渗层的组织结构;然后,综述了保温温度、保温时间以及合金元素等因素对渗层形成的影响。研究者发现,升高温度和延长时间有益于渗层厚度的增加,但要合理控制,温度过高或时间过长不仅使渗层性能变差,还会增加能耗和降低生产率。此外,通过调整渗剂中合金元素的添加量以及种类,能够改善渗锌层的性能,但各类元素的最佳添加量以及其对渗层的改性机理还有待于进一步探究。目前,粉末渗锌生产中存在效率低的问题,在渗锌工艺中应用机械能助渗技术和纳米技术,可有效提高渗锌效率、改善渗层性能。最后,结合当前的研究现状,对粉末渗锌工艺的研究方向进行了探讨。     

钢的渗氮层耐蚀性研究进展

在“双碳”战略引领下,绿色低碳的金属表面渗氮耐磨耐蚀改性技术焕发出新的活力,在工业领域的应用将会越来越广泛。探究渗氮层微观结构、物相组成对腐蚀过程的耦合作用机理对提升渗氮层的耐蚀性、延长渗氮零件的服役寿命以及渗氮表面改性技术的发展具有重要理论和工程意义。本文综述了钢的渗氮层耐蚀性能的研究进展,分析了钢的合金成分对渗氮层耐蚀性能的影响,讨论了渗氮层中氮化物、α-Fe物相组成与微孔结构对其耐蚀性能耦合作用机理,探讨了提高耐蚀性能方法和提高渗氮层耐蚀性亟待解决的关键问题。