超細(xì)高強(qiáng)貝氏體鋼是一種同時(shí)兼具高強(qiáng)度和良好塑韌性的新一代先進(jìn)高強(qiáng)鋼。近年來,為解決超細(xì)高強(qiáng)貝氏體鋼相變時(shí)間過長(zhǎng)的問題,應(yīng)力/應(yīng)變對(duì)貝氏體相變的影響受到了廣泛的關(guān)注。目前,應(yīng)變對(duì)貝氏體相變的影響研究比較充分,其影響規(guī)律基本上已經(jīng)探明。但是應(yīng)力對(duì)貝氏體相變的影響研究較少,很多與應(yīng)力相關(guān)的基礎(chǔ)理論急需闡明。本論文以一種Fe-C-Mn-Si低成本超細(xì)高強(qiáng)貝氏體鋼為研究對(duì)象,系統(tǒng)地研究應(yīng)力對(duì)貝氏體相變和組織的影響,目的是明確應(yīng)力作用下貝氏體相變的膨脹分析法,揭示彈性應(yīng)力、塑性應(yīng)力、壓應(yīng)力和拉應(yīng)力對(duì)貝氏體相變量、相變動(dòng)力學(xué)、相變塑性、貝氏體形貌、取向和板條尺寸、殘余奧氏體形貌和穩(wěn)定性等影響規(guī)律,闡明應(yīng)力對(duì)貝氏體相變的影響機(jī)理,建立應(yīng)力作用下貝氏體相變動(dòng)力學(xué)模型,從而完善應(yīng)力作用下貝氏體相變理論體系,為加速貝氏體相變,發(fā)展材料塑性成形和熱處理一體化工程、開發(fā)高精度熱處理模擬軟件提供理論基礎(chǔ)。本文采用膨脹分析法研究貝氏體相變行為,采用高溫共聚焦顯微鏡原位觀察相變行為,采用SEM、TEM觀察組織形貌和尺寸,采用EBSD定量分析貝氏體取向和組織織構(gòu),采用XRD測(cè)量殘余奧氏體含量及其含碳量等,得到以下主要結(jié)論:(1)應(yīng)力作用下貝氏體相變的膨脹分析法與無應(yīng)力作用下是不同的。對(duì)于應(yīng)力作用下的貝氏體相變,試樣單一方向的應(yīng)變(膨脹量變化百分比)不能定量代表貝氏體相變量,需要用試樣的體積應(yīng)變來研究貝氏體相變量。對(duì)于無應(yīng)力影響的貝氏體相變,試樣單一方向的應(yīng)變可以定量代表貝氏體相變量。(2)彈性應(yīng)力為貝氏體相變提供額外機(jī)械驅(qū)動(dòng)力,從而加速貝氏體相變,增加貝氏體相變量。在較高的奧氏體化溫度下,母相奧氏體晶粒尺寸較大,強(qiáng)度較小,應(yīng)力對(duì)貝氏體相變的促進(jìn)效果更加明顯,且應(yīng)力作用下的相變塑性更大。應(yīng)力對(duì)貝氏體相變的促進(jìn)效果取決于機(jī)械驅(qū)動(dòng)力占總驅(qū)動(dòng)力的比值、母相奧氏體尺寸和強(qiáng)度等。此外,彈性應(yīng)力減少塊狀殘余奧氏體含量,有利于增加殘奧穩(wěn)定性。TEM定量統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,由于機(jī)械驅(qū)動(dòng)力的作用,彈性應(yīng)力增加貝氏體板條厚度。EBSD實(shí)驗(yàn)表明,由于應(yīng)力作用下,分配在每個(gè)貝氏體變體上的機(jī)械驅(qū)動(dòng)力不同,處于有利位向的貝氏體變體被促進(jìn),所以彈性應(yīng)力使貝氏體組織取向趨于一致,產(chǎn)生變體選擇。另外,彈性應(yīng)力作用下貝氏體相變量的增加并沒有伴隨著殘奧含碳量的增加,這與貝氏體相變理論所期望的不符,可能是相變過程中應(yīng)力阻礙碳原子由貝氏體鐵素體向殘余奧氏體擴(kuò)散造成的。(3)奧氏體預(yù)變形和應(yīng)力對(duì)貝氏體相變的綜合作用并非兩者單獨(dú)作用的簡(jiǎn)單疊加。盡管單獨(dú)變形和單獨(dú)應(yīng)力均增加貝氏體相變量,但綜合變形+應(yīng)力卻不能進(jìn)一步增加貝氏體相變量。此外,變形和應(yīng)力相互影響:在相變初期階段,變形和應(yīng)力相互增強(qiáng)其對(duì)貝氏體相變的促進(jìn)效果,但隨后由于變形產(chǎn)生的位錯(cuò)林阻礙貝氏體長(zhǎng)大,變形減弱了應(yīng)力對(duì)貝氏體相變量的促進(jìn)效果。對(duì)于應(yīng)力作用下的貝氏體相變,變形對(duì)貝氏體長(zhǎng)大的抑制作用大于其對(duì)形核的促進(jìn)作用。另外,盡管低溫下施加小變形加速應(yīng)力作用下貝氏體相變動(dòng)力學(xué),但卻減少貝氏體相變量,這與變形對(duì)無應(yīng)力貝氏體相變的影響規(guī)律是不同的。(4)塑性應(yīng)力對(duì)貝氏體相變的作用是機(jī)械驅(qū)動(dòng)力和奧氏體預(yù)變形的綜合影響。塑性應(yīng)力增加貝氏體相變量,并顯著加速貝氏體相變動(dòng)力學(xué),且相變溫度越低,塑性應(yīng)力對(duì)貝氏體相變的促進(jìn)作用越明顯。此外,EBSD結(jié)果表明,塑性應(yīng)力減少單個(gè)奧氏體晶粒中貝氏體變體種類,產(chǎn)生明顯變體選擇,使貝氏體取向趨于一致,且這一效果在較低的相變溫度下更加明顯。TEM結(jié)果表明,隨著塑性應(yīng)力增加,貝氏體板條厚度增厚,長(zhǎng)度變短。另外,塑性應(yīng)力產(chǎn)生明顯的相變塑性,相變塑性的產(chǎn)生符合Magee機(jī)制;且相變溫度越低,相變塑性越大。(5)隨著應(yīng)力的增加,應(yīng)力對(duì)貝氏體相變量的促進(jìn)效果先快速線性增加,后緩慢增加,最后降低。存在兩個(gè)臨界應(yīng)力值,第一個(gè)臨界應(yīng)力對(duì)應(yīng)著母相奧氏體的屈服強(qiáng)度,第二個(gè)對(duì)應(yīng)著應(yīng)力的最大促進(jìn)效果。建立了簡(jiǎn)單模型來定量描述上述變化規(guī)律。此外,本研究首次將塑性應(yīng)力綜合作用中的機(jī)械驅(qū)動(dòng)力的作用和變形的作用分離開來,并構(gòu)建了相應(yīng)的定量模型。(6)同樣大小壓應(yīng)力和拉應(yīng)力提供的機(jī)械驅(qū)動(dòng)力相近,所以它們對(duì)貝氏體相變動(dòng)力學(xué)的影響差別不大,兩種應(yīng)力狀態(tài)下的貝氏體形貌、板條厚度等也沒有明顯差別。(7)建立了關(guān)于應(yīng)力和相變溫度的貝氏體相變動(dòng)力學(xué)新模型。新模型同時(shí)考慮了彈性應(yīng)力和塑性應(yīng)力對(duì)貝氏體相變的影響。模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致,說明模型預(yù)測(cè)精度較高。在奧氏體屈服強(qiáng)之前,Avrami方程中的動(dòng)力學(xué)參數(shù)b隨著應(yīng)力線性增大,超過屈服強(qiáng)度后,其增速越來越快。此外,應(yīng)力對(duì)貝氏體相變動(dòng)力學(xué)的加速效果可以分為三個(gè)階段:在奧氏體屈服強(qiáng)度前,加速效果增加較慢;在奧氏體屈服強(qiáng)度附近時(shí),加速效果出現(xiàn)了跳躍式增加;在奧氏體屈服強(qiáng)度之后,加速效果持續(xù)增加,但增速逐漸減慢。
【學(xué)位單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG142.1

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