层错能对Fe-Mn-C系TRIP/TWIP钢变形机制影响

对三种不同层错能(SFE)Fe-Mn-C系TWIP钢的变形机制进行了研究.结果表明:在淬火态下,TWIP钢组织为全奥氏体,奥氏体晶粒内存在少量退火孪晶.TWIP钢的层错能随着C、Mn含量的增加而增加.层错能为7 mJ/m2时,变形后出现大量ε马氏体,且随着应变量的增大,ε马氏体峰增强,表现为单一的TRIP效应;层错能为12 mJ/m2时,应变诱导γ→ε→α或γ→α的转变及形成少量形变孪晶,表现为TRIP/TWIP效应;层错能为18 mJ/m2时,变形后形成大量形变孪晶,表现为单一的TWIP效应,抗拉强度和延伸率分别达到851 MPa及49%.随着层错能增加,TWIP钢的断裂机制由沿晶断裂转变为以韧窝为主的塑性断裂.     

TWIP钢在高温ECAP过程中的微观组织及孪晶行为研究

本研究通过等径通道挤压(ECAP)对孪晶诱导塑性变形钢(TWIP钢)在300℃下进行了晶粒细化,并运用金相显微镜、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)观察了经不同道次挤压后TWIP钢的晶粒、孪晶形貌及位错组织。结果表明,在均匀化退火状态下,试样晶粒基本呈现等轴状态,通过测微尺测量晶粒尺寸,约为(90±30)μm。在1道次挤压后,晶粒沿剪切方向显著伸长,并有尺寸较小的新晶粒产生,许多形变孪晶在剪切带中产生。2道次挤压后新产生的细小晶粒增多,并开始产生许多微孪晶,孪晶易于在晶界处产生。经过4道次等径通道挤压,晶粒逐渐细化至超细晶状态,晶粒尺寸达到0.3~1μm,孪晶厚度随挤压道次的增多而不断减小,甚至达到几十纳米。在不同晶粒尺寸下,TWIP钢在高温ECAP过程中产生孪晶的机理不同。     

铜对孪晶诱发塑性合金组织和性能的影响

研究了铜对Fe-22.5/30 Mn-3Al-3Si TWIP钢的显微组织和力学性能的影响规律。结果表明,随着铜含量的增加,TWIP钢中奥氏体平均晶粒尺寸减小。铜含量超过0.5wt%后,TWIP钢的显微硬度明显提高。TEM观察显示TWIP钢未形变时组织中存在许多层错群和规则排列的位错列,形变后出现大量密集排列的形变孪晶和被形变孪晶分割的位错。     

不同热处理工艺对Fe-30Mn-3Si-4Al TWIP钢力学组织性能的影响

采用拉伸性能测试、金相观察、SEM和EDS等方法研究了不同热处理工艺对Fe-30Mn-3Si-4AlTWIP钢微观组织、拉伸力学性能及断口形貌的影响,并采用X射线衍射仪测定材料的物相组成。结果表明,冷却速度越快,TWIP钢的延伸率和强度越高;热处理后其室温组织为含有退火孪晶的单一奥氏体,冷却速度越小,奥氏体晶粒和退火孪晶的尺寸越大。拉伸时发生典型的延性断裂,在拉伸过程中退火孪晶转变成形变孪晶,使材料的塑性提高。     

奥氏体不锈钢晶粒细化对形变机制和力学性能的影响

利用相逆转变原理采用冷变形使得亚稳奥氏体转变为形变马氏体,采用不同温度和时间退火分别获得纳米晶/超细晶和粗晶奥氏体不锈钢。通过拉伸实验得到不同晶粒尺寸的奥氏体不锈钢力学性能,采用透射电镜观察形变组织结构并利用扫描电镜观察断口特征。结果表明:高屈服强度纳米晶/超细晶奥氏体不锈钢通过形变孪晶获得优良塑性;而低屈服强度的粗晶奥氏体不锈钢发生形变诱导马氏体效应,得到良好的塑性;两组具有不同形变机制的奥氏体不锈钢拉伸断口均为韧性断裂。形变机制由形变孪晶转变为形变诱导马氏体归因于晶粒细化导致奥氏体稳定性大幅度提高。     

形变温度对Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP钢拉伸变形行为的影响EI北大核心CSCD

运用温控拉伸实验,分析了在-100~200℃范围内变形时形变温度对Fe-20Mn-3Cu-1.3C钢力学性能和形变机理的影响。观察分析了拉伸试样的显微组织,并利用热力学经典模型,估算了温度对孪晶诱发塑性(TWIP)钢层错能的影响。结果表明:随着形变温度的升高,TWIP钢的层错能显著增加,基体中形变孪晶的体积分数逐渐减少,抗拉强度和屈服强度呈下降趋势,而伸长率先升高后降低,塑性变形机制也由孪生为主逐渐转变为以滑移为主。层错能的拟合公式为γSFE=26.73+9.38×10^(-2) T+4.22×10^(-4 )T2-4.47×10^(-7) T^3,与滑移相比,孪生可获得更高的应变硬化率,从而使TWIP钢获得高强度和高塑性。     

18.8%MnTRIP/TWIP钢拉伸应变硬化行为

对锰含量为18.8%的TRIP/TwIP钢进行单轴拉伸实验,研究了这种钢的应变硬化行为.结果表明:这种高锰TRIP/TWIP钢的真应力应变曲线不完全遵循Holliomon的线性关系,在不同变形阶段强化机制不同.在塑性变形的开始阶段TRIP效应比较明显,且应变硬化指数n是恒定的;而真应变在O.14-0.35之间时二阶导数d2σ/dε2>0,应变硬化指数n随着应变量的增加而增加,其微观机制是形成大量的形变孪晶,并有孪晶和位错的交互作用,TWIP效应在该阶段占主导作用.真应变大于0.35后有少量TRIP效应,此时两相均发生变形.     

TWIP钢拉伸变形过程中微观组织的原位观察

采用扫描电镜对TWIP钢的拉伸过程进行了原位观察,研究结果表明:在TWIP钢的拉伸过程中,具有孪晶界的晶粒内部首先发生变形,并产生一定程度的加工硬化;随后其余部分晶粒发生转变,形成对变形有利的取向,从而变形得到扩展,最终得到非常大的无颈缩延伸.拉伸过程中,微裂纹首先在夹杂物和晶界处萌生,并在应力集中的作用下发生扩展连接,最终完成断裂过程.TWIP钢在变形过程中产生了大量的应变条痕,其大部分为滑移线,小部分为形变孪晶.由于孪晶诱导塑性效应,孪晶晶粒发生扭折并形成了台阶状结构,从而导致了试样表面的"褶皱"现象.     

退火工艺对低铝低硅孪晶诱发塑性钢组织及性能的影响

研究了Fe-24 Mn-1Al-0.7Si冷轧孪晶诱发塑性钢(TWIP)钢1 000℃不同保温时间(3,15,30,60和120 min)处理对其显微组织、力学性能以及耐腐蚀性的影响规律.结果表明,此成分TWIP于1 000℃退火,在15 min内可基本完成再结晶,进入晶粒长大阶段;延长保温时间,平均奥氏体晶粒尺寸变大,同时组织中退火孪晶数量增多,面积增大.显微硬度呈先剧烈后平缓的下降趋势.不同保温时间对TWIP钢的耐腐蚀性影响较小,通过扫描电镜及能谱仪观察分析,在5%NaCl溶液中浸泡实验,TWIP钢腐蚀类型为均匀吸氧腐蚀,腐蚀产物为Fe2O3.     

镁合金塑性变形中孪生的研究

介绍了镁合金变形过程中孪生的晶体学、位错机理以及几何位向学;探讨了孪晶的形核、长大与演变机制;分析了孪生过程对塑性变形的作用;论述了影响孪生的几种基本因素,包括晶粒取向、变形温度、变形速度、晶粒尺寸、预变形.研究结果表明,镁合金塑性变形过程中孪生变形的作用在于,通过孪生过程改变晶粒取向或通过孪晶间或孪晶与滑移之间的相互作用,诱发新的滑移和孪生;孪晶也可抑制裂纹的产生和扩展,从而提高变形镁合金的室温塑性.     

金属与粉末冶金

正欧盟利用软件提升孪晶诱发塑性钢的特性2018年1月,欧盟科研创新总司发布了一项科研成果——利用软件提升孪晶诱发塑性钢的特性。孪晶诱发塑性钢(TWIP)深受汽车制造商的青睐,因为它是一种含锰量较高的钢材,具有优秀的机械性能、较高的强度以及很好的延展性。欧盟第七框架计划中的"欧盟煤炭和钢铁研究基金"通过"TWIP4EU"项目拨付了82.5万欧元资助此项研究。德国的弗劳恩霍夫材料力学研究所具体承担了"TWIP4EU"项目。     

低密度高锰高铝钢的动态变形行为及韧脆转变研究进展

低密度高锰高铝钢具有低密度和超高强塑性,在汽车工业领域具有良好的应用前景。综述了低密度高锰高铝钢的力学响应对温度、应变速率的依赖性,以及在不同应变速率和温度下低密度高锰高铝钢的微观变形机制和韧脆转变机理。同时分析了目前研究中存在的问题,指出了在应变速率和低温下,多缺陷与纳米尺度κ-carbide之间的交互作用机理、高应变速率诱发孪晶机制和局部温升抑制孪晶机制产生的条件等研究尚需进一步完善。随着研究的深入和完善,可以为低密度高锰高铝钢的性能优化和广泛应用提供基础。     

单相组织TWIP钢的扩孔性研究

超高强钢的扩孔性能是冲压成形的重要性质.为评价980 MPa TWIP钢的扩孔性能,本文以单相铁素体IF钢和980 MPa双相钢作为参考材料,用扫描电镜观察了3个钢种的微观组织,并对3个钢种进行了拉伸实验和扩孔实验,采用背散射电子衍射(EBSD)技术分析了拉伸后和扩孔实验后TWIP钢的微观组织.实验结果表明:拉伸前TWIP钢呈现类似于IF钢均匀的单相奥氏体组织,而拉伸后TWIP钢呈现类似于DP钢不均匀的硬质变形孪晶奥氏体和软质奥氏体;扩孔后TWIP钢的开裂位置集中在奥氏体和变形孪晶奥氏体界面;虽然TWIP钢显现出更大的均匀伸长率和加工硬化,但扩孔率明显小于IF钢.TWIP钢扩孔率增加源于早期孪晶诱发塑性(TWIP效应)导致的均匀变形.同时,这种变形机制导致组织中的硬质变形孪晶奥氏体,硬质变形孪晶奥氏体与软质奥氏体匹配(类似于双相钢中马氏体铁素体匹配)将恶化局部变形,阻碍扩孔性能进一步提升.     

应变速率对热冲压淬火-配分钢显微组织与力学性能的影响EI北大核心CSCD

采用分离式Hopkinson压杆对热冲压淬火-配分(HS-Q&P)钢在0~12000 s^(-1)应变速率范围内进行动态压缩实验,利用SEM,EBSD,XRD等分析表征手段探究动态压缩过程中试样的变形行为。结果表明:实验钢在不同速率下的变形行为基本相似且分为3个阶段,在平台处应力有小幅度增加,增幅更多体现在应变上。在压缩过程中出现的绝热升温会带来软化效应。残余奥氏体的存在会提高实验钢的强度和塑性变形能力。钢中残余奥氏体发生相变诱导塑性(transformation induced plasticity,TRIP)效应减少的体积分数与马氏体增加的体积分数基本一致,证明TRIP效应为钢中主要的强化机制。同时,通过SEM可观测到残余奥氏体发生TRIP效应转变成细小针状马氏体,随着应变速率增加,晶格畸变越来越严重,EBSD图像中可以观测到部分形变孪晶,在不同应变速率下,〈001〉取向的晶粒都会更容易产生形变孪晶。     

高强度超细晶金属材料塑性行为及增塑研究进展

强度和塑性是金属结构材料最重要的力学性能指标,金属高性能化的关键是在高强度水平下保证良好的塑性,然而两者往往不能兼顾。在众多强化方法中,晶粒细化长期以来被认为是强化金属最理想的手段,在传统晶粒尺寸范围,细化晶粒既可以显著提高材料的强度,又能改善材料的塑韧性。因此,近几十年来超细晶/纳米晶金属得到了广泛研究和发展,出现了以大塑性变形(SPD)、先进形变热处理(ATMP)技术为代表的超细晶制备方法,所得晶粒可以细化到亚微米或纳米尺度,金属性能大大提高。然而,大量研究证实当晶粒细化到亚微米或纳米尺度时金属强度提高但塑性显著下降,与传统的细晶强化规律不符。对此,国内外学者进行了很多研究,试图阐明其机理、揭示晶粒超细化导致塑性降低的物理本质。此外,由于细化晶粒方法受到塑性的限制,新的高强度水平下增强塑性的方法成为钢铁材料高性能化的研究热点。针对塑性下降的事实,为了进一步提高超细晶金属材料性能,研究者开展了许多增强塑性的工作,获得了较好的效果,但仍存在一些不足。关于金属晶粒超细化导致塑性降低的普遍共性现象,目前广泛认可的理论主要有晶界捕获(吸收)位错的动态回复理论、位错运动湮灭理论、高初始位错密度以及位错源缺失机制等。前三者都主要关注超细晶金属材料低(无)加工硬化能力,并将其归结为延伸率降低所致。主要是因为低(无)加工硬化使材料在变形早期发生塑性失稳或局部变形从而表现出低塑性。超细晶金属增塑研究主要体现在增塑方法和机理方面,目前,增塑方法主要有(1)形成纳米孪晶;(2)获得粗晶-细晶双峰组织;(3)利用相变诱发塑性/孪生诱发塑性(TRIP/TWIP)效应;(4)引入铁素体软相;(5)利用纳米第二相粒子等。这些增塑方法的主要机理是利用组织结构的改变提高超细晶金属的加工硬化能力以维持良好的均匀塑性变形以及利用组织相变提高塑性。本文归纳了常用的超细晶金属制备方法,综述了超细晶金属材料塑性降低的研究进展,总结了超细晶金属增塑的研究结果,分析了目前研究中存在的不足,探讨了超细晶金属增强增塑的发展趋势,以期为超细晶金属塑性降低理论及增强增塑研究提供参考。     

锰元素对TWIP钢层错能和变形机制的影响

根据层错能的热力学模型,计算了Fe-XMn-3Si-3Al 系高强度高塑性TWIP钢的层错能.计算结果表明,随锰含量增加Fe-XMn-3Si-3Al系 TWIP钢层错能增加,在此基础上讨论了锰含量对Fe-XMn-3Si-3Al 系TWIP钢变形机制、力学性能和微观组织的影响.在合金中Mn含量的提高使层错能增加,而层错能的增加使Fe-XMn-3Si-3Al系钢表现出不同的变形机制,即逐渐由TRIP效应变为TWIP效应;同时随着Mn含量的提高,合金的抗拉强度降低,而塑性提高.     

ZrC/奥氏体相界面形变诱导铁素体相变超细化机理

利用Gleeble-1500热模拟试验机进行单轴热压缩实验,研究了含ZrC粒子的低碳钢在形变诱导相变过程中ZrC粒子对铁素体晶粒细化的影响及铁素体形核的基本特性.结果表明:一定粒径和体积分数的ZrC粒子弥散分布于基体相中时,能够阻碍位错的运动,形成集中形变区,加速形变诱导相变的进程,因而提高铁素体形核率,导致铁素体晶粒细化;ZrC/奥氏体相界面上形变诱导铁素体相变具有形核位置不饱和性、新生α相超细晶的特点;在应变条件下,铁素体晶粒在〈111〉方向择优取向,晶粒内部存在一定量的小角度晶界,由于铁素体动态再结晶的发生,组织进一步细化.ZrC/奥氏体相界面铁素体晶粒的超细化机理是形变诱导相变、铁素体动态再结晶及ZrC粒子弥散强化三者同时作用的结果.     

Fe-Mn-Al-C系低密度钢及其强韧化机制研究进展

汽车行业的迅速发展使得能源消耗、环境污染等问题日益严重，而开发高强度且轻量化的汽车用钢对节能减排具有重要意义。目前正在研发的第三代先进高强钢包括轻质（Lightweight）钢、Q&P(Quenching and partitioning)钢和中锰钢（Mn质量分数为5%～10%）。其中，Fe-Mn-Al-C系低密度高强钢由于Al元素的加入，在密度降低的同时保持着良好的力学性能，满足第三代汽车用钢对轻量化的要求。同时，由于大量Al、Mn和C元素的添加，Fe-Mn-Al-C系低密度钢的冶炼连铸、微观结构、变形机制、加工过程及应用性能与传统钢种大不相同。本文系统阐述了Fe-Mn-Al-C系低密度钢的成分设计及其中合金元素的作用，介绍了低密度钢的微观组织结构特征；重点讨论了单一铁素体钢、奥氏体基钢、奥氏体基双相钢和铁素体基双相钢的各种强韧化机制，包括固溶强化、细晶强化、沉淀强化及其独特的应变硬化机制，如相变诱导塑性（TRIP）、孪晶诱导塑性（TWIP）、微带诱导塑性（MBIP）、剪切带诱导塑性（SIP）和动态滑移带细化（DSBR）等；并就层错能（SFE）对奥氏体钢变形机制产生的影响进行...     

变形方式对含ZrC粒子20Mn2钢晶粒细化的影响

研究了恒温压缩与降温轧制对含ZrC粒子20Mn2钢晶粒细化的影响.结果表明,在奥氏体再结晶温度区间(1150℃、1050℃)和形变诱导铁素体相变温度区间(950℃、900℃、870℃、850℃),20Mn2钢的晶粒尺寸均能细化至3～4μm;在1150～870℃的降温轧制中,20Mn2钢的晶粒尺寸细化至1～3μm.分析表明,由于ZrC粒子的形变核心和再结晶核心的作用,含ZrC粒子的20Mn2钢在高温下(1150℃、1050℃)和较低温度下(950℃、900℃、870℃、850℃),变形的晶粒组织分别因奥氏体再结晶和形变诱导铁素体相变及其再结晶而得到细化;在降温轧制时,由于综合了高温奥氏体再结晶和低温形变诱导铁素体相变及其再结晶的细化晶粒效应,而最终获得的晶粒尺寸比恒温变形的更小.     

TWIP钢激光拼焊板的力学性能及微观组织分析

为评价TWIP钢的焊接性能,对1.2 mm厚的Fe-Mn-C系TWIP钢进行了激光拼焊实验,用线扫描分析了锰元素的分布,对拼焊板进行了拉伸试验,用扫描电镜观察了拉伸断口形貌,采用背散射电子分析技术分析了拉伸前后的组织变化及孪晶形成,测试了维氏硬度的分布曲线.实验结果表明:焊缝区未发生Mn元素的挥发,室温下为显著的柱状枝晶铸态组织;断裂发生在存在气孔等微小缺陷的焊缝区,拼焊板强度与母材接近,韧性显著降低;拉伸过程中有大量的形变孪晶形成,拉伸前后均为全奥氏体组织.