本文選題：高錳奧氏體TWIP鋼 + 高碳TWIP鋼　； 參考：《燕山大學》2016年博士論文

【摘要】：孿晶誘發(fā)塑性(Twinning-induced Plasticity,TWIP)鋼具有優(yōu)越的強度、延展性和成型性,以及優(yōu)良的能量吸收能力,是新一代汽車用鋼的有力競爭者,因此受到廣泛關注。但是,關于TWIP鋼的研究仍處于初級階段,存在很多問題還亟待解決。通過進一步提高TWIP鋼的強塑性,可以更有效地降低汽車車身重量、提高燃油效率、降低溫室氣體排放,同時提高汽車的安全性能;通過對其疲勞行為的研究,可以為汽車零部件的抗疲勞設計和使用安全性提供可靠的理論依據(jù)。本論文以Fe-Mn-C系高錳奧氏體TWIP鋼為研究對象,通過拉伸性能測試及變形過程中顯微組織演化的分析,研究了增加C含量、Cr/Mo合金化以及晶粒細化三種手段對TWIP鋼拉伸變形行為、加工硬化規(guī)律的影響及其強塑性得到提高的微觀機理。對無鋁和3 wt.%Al(即0Al和3Al)兩種TWIP鋼在應力控制下的低周疲勞行為進行了研究,并利用數(shù)字圖像相關法對其低周疲勞過程中的局域變形分布及裂紋擴展特性進行了研究。主要結果如下:對兩種碳含量TWIP鋼(即Fe18Mn-1.0C和Fe-22Mn-0.6C)的拉伸變形行為進行了對比研究。結果表明,增加碳含量提高TWIP鋼的屈服強度和抗拉強度、且保持中碳TWIP鋼的高塑性。據(jù)分析,與低、中碳TWIP鋼相比,高碳TWIP鋼中較高的碳含量提高TWIP鋼的層錯能,導致應變初期形變孿晶的形成受到抑制。另一方面,在高碳含量情況下,高碳TWIP鋼表現(xiàn)出更強烈的動態(tài)應變時效。增強的動態(tài)應變時效一方面促進TWIP鋼的加工硬化,同時也有利于隨著應變的增加持續(xù)形成更加細小的形變孿晶,進而進一步提升高應變時的加工硬化率,推遲拉伸頸縮的出現(xiàn)。因此,高碳TWIP鋼具有更高的強度,同時保持高的拉伸塑性。對Cr/Mo合金化與未合金化兩種鋼(即Fe-18Mn-1.0C-2Cr-1Mo和Fe-18Mn-1.0C)的拉伸變形行為進行了研究,發(fā)現(xiàn)Cr/Mo合金化使TWIP鋼的屈服強度、抗拉強度和延伸率同時升高。拉伸變形過程中,兩種鋼均產(chǎn)生了動態(tài)應變時效;但是,與未合金化鋼相比,Cr/Mo合金化鋼中的動態(tài)應變時效減弱,并抑制低應變時形變孿晶的產(chǎn)生。在高應變時,未合金化鋼中的形變孿晶較早趨于飽和,而Cr/Mo合金化鋼卻依然保持著持續(xù)形成形變孿晶的能力。此外,Cr/Mo合金化還起到細化形變孿晶的作用。Cr/Mo合金化鋼在高應變下持續(xù)產(chǎn)生更加細小的形變孿晶,使其加工硬化率保持在較高水平,因而同時具有更高的強度和更高的塑性。就中、低碳或無碳TWIP而言,細化晶粒通常提高強度,同時降低塑性。本論文對不同晶粒尺寸的高碳TWIP鋼(Fe-18Mn-1.0C)的研究結果表明,隨著晶粒尺寸的細化,高碳TWIP鋼的屈服強度、抗拉強度和塑性同時提高。通過顯微組織觀察發(fā)現(xiàn),在低應變時,晶粒細化抑制了形變孿晶的產(chǎn)生,但是在高應變時,小晶粒試樣中形成了更多、更細小的形變孿晶。由此可見,晶粒細化可以防止應變初期產(chǎn)生過多的形變孿晶,并且能夠減小孿晶厚度。另一方面,Fe-18Mn-1.0C鋼中的高碳含量增強了動態(tài)應變時效,提高了加工硬化率,同時能夠促進高應變時持續(xù)不斷地生成形變孿晶,進一步提高了加工硬化能力。正是這種晶粒細化和高碳的共同作用,細晶高碳TWIP鋼的強度和塑性同步提高。對比研究了0Al、3Al兩種TWIP鋼(即Fe-22Mn-0.6C和Fe-22Mn-0.6C-3Al)應力控制下的低周疲勞行為。結果表明,在恒定應力幅450 MPa下,兩種鋼的循環(huán)應變響應曲線均表現(xiàn)出循環(huán)硬化(即應變幅減小)、循環(huán)飽和以及循環(huán)軟化三個階段;但3Al鋼的這三個階段均相對較短,顯示出較低的疲勞壽命。雖然3Al鋼具有較高的拉伸屈服強度,但是具有較低的循環(huán)硬化能力,因此在同一應力幅下,3Al鋼的循環(huán)應變幅明顯大于0Al鋼的循環(huán)應變幅,進而增加了其疲勞損傷的累積,導致其壽命降低。對0Al鋼疲勞裂紋擴展行為的研究發(fā)現(xiàn),在裂紋萌生初期,裂紋擴展速率較慢,出現(xiàn)擴展、停滯及偏折的斷續(xù)性裂紋擴展。隨著疲勞周次的增加,裂紋擴展速率逐漸加快,裂紋路徑偏折程度降低。利用數(shù)字圖像相關法對疲勞過程中的應變場進行了分析,發(fā)現(xiàn)試樣表面存在嚴重不均勻應變分布,裂紋往往沿著高、低應變梯度較大的過度區(qū)域通過,導致裂紋偏折,而裂紋前方的低應變區(qū)起著抑制裂紋擴展的作用。
[Abstract]:In this paper , the tensile deformation behavior of TWIP steel is studied by means of digital image correlation method . The results show that the high carbon content increases the yield strength and tensile strength of TWIP steel . The results show that the high carbon content increases the yield strength and tensile strength of TWIP steel . Cr / Mo alloying also plays a role in thinning deformation twin . The results show that the cyclic strain response curves of high carbon TWIP steel have higher strength and higher plasticity .

【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.1

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本文編號：1840979