【摘要】：隨著多相高強(qiáng)度鋼板用量的持續(xù)增加和板材厚度的不斷變薄,多相微觀組織的非均勻性特征及力學(xué)性能差異對板材成形性能的影響更加突出,已經(jīng)成為制約板材成形質(zhì)量提高的關(guān)鍵問題。因此,開展多相高強(qiáng)度鋼微觀組織的特征和力學(xué)性能研究對于板材成形質(zhì)量的提高和多相材料復(fù)雜力學(xué)性能的精確描述具有重大的理論研究意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文以DP600和DP800兩種常用的雙相高強(qiáng)度鋼為主要研究對象,分別對它們微觀組織的非均勻分布特征、非均勻變形特征、非均勻硬度分布特征和非均勻強(qiáng)化特征等四個(gè)方面進(jìn)行研究,以揭示雙相高強(qiáng)度鋼微觀組織的非均勻力學(xué)性能特征。首先,采用離線金相觀測方法,分別對兩種材料微觀組織中的晶粒尺寸、晶粒形狀、晶粒分布及馬氏體含量的非均勻分布特征進(jìn)行研究,旨在提取合理的晶粒非均勻分布特征參數(shù)。其次,采用單軸靜載拉伸和微觀組織原位在線跟蹤觀測的實(shí)驗(yàn)方法,研究微觀組織的非均勻變形規(guī)律與微觀組織非均勻分布特征對微觀組織非均勻變形的影響規(guī)律。再次,基于納米壓痕技術(shù)和微觀組織非均勻分布特征參數(shù),研究微觀組織硬度的非均勻分布規(guī)律和影響機(jī)制。最后,通過將微觀組織非均勻特征參數(shù)納入到經(jīng)典單相位錯(cuò)強(qiáng)化模型,以構(gòu)建單相位錯(cuò)非均勻強(qiáng)化模型和材料混合強(qiáng)化模型;利用構(gòu)建的材料混合強(qiáng)化模型和單相位錯(cuò)非均勻強(qiáng)化模型對DP600和DP800兩種材料的宏觀強(qiáng)化性能和單相強(qiáng)化性能進(jìn)行預(yù)測,以揭示微觀組織的非均勻強(qiáng)化特征與影響機(jī)制。本文的主要研究結(jié)果如下:(1)微觀組織的非均勻分布特征微觀組織的非均勻分布特征主要表現(xiàn)在晶粒尺寸的非均勻分布、晶粒形狀系數(shù)的非均勻分布、馬氏體分布形式的多樣性和馬氏體含量的非均勻分布等四個(gè)方面,兩種材料的晶粒尺寸與晶粒形狀系數(shù)均符合對數(shù)正態(tài)分布規(guī)律,與DP800相比,而DP600的晶粒形狀不規(guī)則程度和尺寸分布的非均勻程度高于DP800;提出了四個(gè)微觀組織非均勻分布特征參數(shù),采用等面積圓形晶粒的直徑或等周長圓形晶粒的直徑來描述晶粒的尺寸,分別采用晶粒形狀系數(shù)λ(λ≥1)、鐵素體的馬氏體接觸度系數(shù)p(0≤p≤1)和馬氏體含量分布系數(shù)δ來描述晶粒形狀、鐵素體晶粒周圍的馬氏體分布和馬氏體含量分布的非均勻程度;研究表明晶粒形狀的不規(guī)則程度與λ正相關(guān),鐵素體晶粒邊界上的馬氏體邊界比重與馬氏體接觸度系數(shù)p線性正相關(guān),馬氏體含量分布的非均勻程度與δ正相關(guān);不同微觀組織非均勻分布特征之間彼此相關(guān),一般情況下,隨著馬氏體含量的增加,網(wǎng)狀與環(huán)狀馬氏體等堆積結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的概率增加,鐵素體晶粒的馬氏體接觸度系數(shù)增大,而晶粒形狀的不規(guī)則程度和尺寸分布的非均勻程度則會(huì)變小。(2)微觀組織的非均勻變形特征微觀組織變形的非均勻性主要包括不同位置微觀組織變形的非均勻性、單相變形的非均勻性及同相不同晶粒變形的非均勻性等三個(gè)方面,微觀組織變形的非均勻程度與其距試樣斷裂位置相關(guān),距斷裂位置越近,變形的非均勻程度越高。測試結(jié)果表明鐵素體的變形主要以非均勻線變形為主,典型特征為晶粒形狀的改變,而馬氏體的變形則以非均勻角變形(旋轉(zhuǎn)變形)為主,最大特點(diǎn)是晶粒位置的改變,而晶粒形狀的改變非常小。微觀組織變形的非均勻性與其非均勻分布特征緊密相關(guān),鐵素體晶粒變形與其晶粒尺寸d_f和馬氏體接觸度系數(shù)p正相關(guān);鐵素體晶粒的變形能力與馬氏體的分布方式有關(guān),馬氏體的分散分布可以顯著增強(qiáng)鐵素體晶粒的變形能力,而堆積分布的馬氏體則會(huì)導(dǎo)致鐵素體晶粒變形能力的下降。(3)微觀組織的非均勻硬度分布特征微觀組織硬度分布分為鐵素體硬度分布區(qū)和馬氏體硬度分布區(qū),鐵素體硬度分布具有顯著的非均勻性特征,馬氏體對鐵素體硬度具有重要的影響作用,依據(jù)馬氏體對鐵素體硬度影響作用的大小,鐵素體硬度分布區(qū)又分為馬氏體直接影響區(qū)(0l1μm)、馬氏體間接影響區(qū)(1l2μm)和鐵素體母材硬度分布區(qū)(l2μm)。以馬氏體邊界為基準(zhǔn),提出了一個(gè)壓痕位置參數(shù)l對壓痕位置進(jìn)行量化描述,研究表明鐵素體硬度H_f與其壓痕位置參數(shù)l負(fù)相關(guān),隨著l的增加,鐵素體硬度H_f不斷減小,并逐漸趨于穩(wěn)定,這表明隨著l的增大,馬氏體對鐵素體硬度的影響逐漸減小。微觀組織硬度分布的非均勻性與其非均勻分布特征參數(shù)密切相關(guān),馬氏體晶粒尺寸d_m越小,形狀系數(shù)λ越大,對鐵素體硬度分布的影響越顯著;與堆積分布的馬氏體結(jié)構(gòu)相比,孤立、網(wǎng)狀與鏈狀馬氏體分布對鐵素體硬度的影響更大;馬氏體接觸度系數(shù)p越大,鐵素體晶粒的整體硬度水平越高。(4)微觀組織的非均勻強(qiáng)化特征通過將微觀組織非均勻分布特征參數(shù)引入單相經(jīng)典位錯(cuò)模型、材料宏微觀變形場模型和材料混合強(qiáng)化模型,構(gòu)建了基于特征參數(shù)d-λ-p的單相位錯(cuò)非均勻強(qiáng)化模型和材料混合強(qiáng)化模型。利用構(gòu)建的材料混合強(qiáng)化模型和單相非均勻強(qiáng)化模型,對材料、鐵素體與馬氏體的非均勻強(qiáng)化性能進(jìn)行計(jì)算,DP600和DP800宏觀強(qiáng)化性能的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相互吻合。研究發(fā)現(xiàn)微觀組織的非均勻強(qiáng)化性能主要體現(xiàn)為鐵素體強(qiáng)化性能的非均勻性,鐵素體和馬氏體的強(qiáng)化性能受微觀組織非均勻分布特征參數(shù)的影響程度不同,與馬氏體相比,鐵素體的強(qiáng)化性能受微觀組織非均勻分布特征參數(shù)的影響更為突出,而且馬氏體接觸度系數(shù)p對鐵素體硬化性能的影響作用最大;研究結(jié)果表明晶粒尺寸和晶粒形狀與單相的位錯(cuò)密度、單相應(yīng)力負(fù)相關(guān),而鐵素體的馬氏體接觸度系數(shù)則與單相位錯(cuò)密度、單相應(yīng)力正相關(guān)。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG142.1
【圖文】：

第一章 緒 論的研究背景、意義及來源研究背景與意義們物質(zhì)生活水平的日益提高，汽車已經(jīng)成為國民最常用的量逐年增加，從 2004 年的約 5 百萬輛發(fā)展到 2017 年的 2008-2017 年我國汽車產(chǎn)量[1, 2]。由于汽車保有量的逐年增亦逐年增加，2017 年車用鋼板產(chǎn)量達(dá)到 6 千余萬噸，200生產(chǎn)量需求[1, 2]如圖 1-1b 所示。

圖 1-2 ULSAB-AVC 概念車采用的鋼種情況Fig.1-2 Percentages of various high strength steels adopted in ULSAB-AVC隨著多相高強(qiáng)度鋼（如 DP 鋼）在汽車車身上的大量應(yīng)用，汽車性能與度鋼性能之間的依存度愈來愈高，尤其與車身覆蓋件的成形性能。多相雖然具有良好的塑性與延展性，但是，由軟相和硬相構(gòu)成的微觀組織分

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2723769