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1、TWIP(Twins Induced Plasticity)鋼具有卓越的延展性、較高的強(qiáng)度、良好的成形性和較強(qiáng)的撞擊能量吸收能力,從而受到越來越多的關(guān)注。將TWIP鋼用作汽車鋼板,可減輕車重、降低油耗,同時(shí)能夠抵御撞擊時(shí)的塑性變形,顯著提高汽車的安全等級(jí),在汽車結(jié)構(gòu)部件上的應(yīng)用有巨大潛力。隨著生產(chǎn)工藝的不斷提高和完善,TWIP鋼板的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)將成為可能,應(yīng)用前景也將更加廣闊。但TWIP鋼的研究才剛剛起步,尚有很多問題需要解決。本文
2、研究了Fe-Mn-C系TWIP鋼的熱加工行為及組織演變規(guī)律,冷軋TWIP鋼拉伸變形過程中的形變機(jī)理及其影響因素,VC沉淀粒子對(duì)TWIP鋼延遲斷裂及加工硬化行為的影響,TWIP鋼的薄帶鑄軋工藝、組織、性能和形變機(jī)理。論文的創(chuàng)新性結(jié)果如下:
(1)通過熱模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)兩種不同化學(xué)成分TWIP鋼的熱變形行為及組織演變規(guī)律進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn),處于固溶狀態(tài)的V元素對(duì)TWIP鋼動(dòng)態(tài)再結(jié)晶沒有明顯影響。隨著變形溫度的降低,VC沉淀粒子的析出將
3、抑制TWIP鋼動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生。分析了TWIP鋼變形抗力的影響因素并建立了變形抗力模型。根據(jù)熱加工圖理論,以動(dòng)態(tài)材料模型為基礎(chǔ),建立了TWIP鋼的熱加工圖。結(jié)果表明,TWIP鋼在低溫高應(yīng)變速率區(qū)域熱變形時(shí)易產(chǎn)生流變失穩(wěn),應(yīng)盡可能在高溫低應(yīng)變速率下進(jìn)行軋制變形,以產(chǎn)生有利于變形的再結(jié)晶組織,避免熱加工裂紋的產(chǎn)生。
(2)研究了TWIP鋼力學(xué)性能及變形機(jī)制隨退火溫度的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),TWIP鋼拉伸變形過程可分為三個(gè)變形階段:第
4、一個(gè)階段,位錯(cuò)滑移為主要的變形機(jī)制,因此加工硬化指數(shù)較小,加工硬化速率迅速降低;第二個(gè)階段,形變孿晶與位錯(cuò)的交互作用為主要的變形機(jī)制,此階段出現(xiàn)一個(gè)加工硬化速率平臺(tái),加工硬化指數(shù)增加;第三個(gè)階段,位錯(cuò)和形變孿晶、形變孿晶之間的交互作用為主要的變形機(jī)制,在此變形階段,加工硬化速率緩慢降低,加工硬化指數(shù)達(dá)到了峰值。隨著退火溫度的升高,晶粒不斷長(zhǎng)大,產(chǎn)生形變孿晶的臨界應(yīng)力逐漸降低,使得形變孿晶在拉伸變形過程中持續(xù)形成,增加了“TWIP效應(yīng)”,
5、斷裂延伸率也隨之增加。
(3)研究了溫度(25~400℃)及應(yīng)變速率(10-3~103s-1)對(duì)TWIP鋼拉伸變形過程中組織及形變機(jī)理的影響。通過對(duì)微觀組織及加工硬化速率隨真應(yīng)變的變化規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn),隨著變形溫度的升高,TWIP鋼的變形機(jī)制由孿生變形轉(zhuǎn)變?yōu)榛谱冃巍Mㄟ^熱力學(xué)公式估算了不同溫度下層錯(cuò)能(Γ)的大小,分析了層錯(cuò)能與變形機(jī)制的依賴關(guān)系。結(jié)果表明:當(dāng)19mJ/m2≤Γ≤32mJ/m2時(shí),變形機(jī)制為孿生;當(dāng)32mJ/m
6、2<Γ<76mJ/m2時(shí),滑移與孿生相互競(jìng)爭(zhēng)是主要的變形機(jī)制;當(dāng)?!?6mJ/m2時(shí),變形機(jī)制為滑移。研究了不同應(yīng)變速率對(duì)TWIP鋼變形機(jī)制的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)應(yīng)變速率在10-3s-1~1s-1變化時(shí),隨著應(yīng)變速率的增加,由于沒有足夠的時(shí)間使得位錯(cuò)塞積并激發(fā)孿晶,隨真應(yīng)變的增加加工硬化速率下降的越來越快。當(dāng)應(yīng)變速率進(jìn)一步增加到102s-1時(shí),加工硬化速率隨著真應(yīng)變的增加反而上升,出現(xiàn)一個(gè)加工硬化速率平臺(tái)。這是由于在高速應(yīng)變狀態(tài)下,孿晶的
7、臨界形核應(yīng)力降低,許多原本取向不利于生成孿晶的晶粒也開始產(chǎn)生形變孿晶,從而產(chǎn)生加工硬化速率平臺(tái)。
(4)研究了VC沉淀粒子對(duì)TWIP鋼延遲斷裂及加工硬化行為的影響,并對(duì)VC沉淀粒子與形變孿晶的交互作用機(jī)制進(jìn)行了探討。研究發(fā)現(xiàn),VC沉淀粒子作為“氫陷阱”對(duì)TWIP鋼的延遲斷裂性能有明顯改善。通過相同晶粒尺寸不同化學(xué)成分TWIP鋼的加工硬化速率曲線的研究發(fā)現(xiàn),含V元素實(shí)驗(yàn)鋼在較大的應(yīng)變量下才進(jìn)入加工硬化速率平臺(tái)區(qū),且平臺(tái)區(qū)較短,這
8、說明VC沉淀粒子在變形過程中抑制了形變孿晶的產(chǎn)生及增殖。通過HR-TEM的進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn),沉淀粒子與形變孿晶之間交互作用存在以下三種形式:當(dāng)沉淀粒子尺寸小于10nm時(shí),形變孿晶可直接切過沉淀粒子而繼續(xù)傳播;當(dāng)沉淀粒子尺寸在10~50nm變化時(shí),一部分形變孿晶可以穿過,而另一部分停止在沉淀粒子的界面處;當(dāng)沉淀粒子大于50nm,形變孿晶停止在沉淀粒子內(nèi)部或界面處,孿晶的增殖完全被抑制。
(5)研究了TWIP鋼鑄軋薄帶的后續(xù)處理工藝
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