低碳高锰TRIP/TWIP效应共生钢的变形机制和组织演变

低碳高锰TRIP/TWIP钢具有优异的强度、塑性及加工硬化性能组合，是很有潜力的新型汽车用钢材料。本项目采用理论分析与实验研究相结合的方法，以TRIP与TWIP共生效应为研究主线，研究低碳高锰钢在高速拉伸过程中和恒定应力作用下的变形机制和组织演变规律，明确TRIP及TWIP效应发生的顺序、比例及交互作用，确定两种效应及位错滑移对合金力学性能的影响规律，并建立包含微观组织变化的高速变形本构方程和恒定应力作用下的物理模型，在应用上为开发新一代高安全性、重量轻的汽车冲压用板材而奠定工艺理论基础。

低碳高锰TRIP/TWIP钢具有优异的强度、塑性及加工硬化性能组合，是很有潜力的新型汽车用钢材料。研究了低碳高锰TRIP/TWIP效应共生钢动态变形行；结合微观组织的精细观察与测定，定量分析了变形过程中的复合强化机制；研究了马氏体相变、孪生及位错滑移之间的交互作用，明确了TRIP/TWIP效应造成形变诱发塑性的本质；通过力保载程序控制实验研究了不变应力作用下的变形行为。结果表明：1）以1000s-1的高应变速率变形时，应变诱发相变途径为γ→ε，ε→α；高速变形对滑移的抑制、奥氏体向马氏体的相变和形变孪晶对奥氏体晶粒细化是应变硬化的主要因素；造成基体软化的原因是绝热温升效应、ε→γ的逆相变和孪晶的动态再结晶。2）准静态拉伸应变速率范围内，应变速率对抗拉强度产生逆效应，随着应变速率的加快，抗拉强度和延伸率都降低；而在动态拉伸应变速率范围内，应变速率对延伸率产生逆效应，抗拉强度和延伸率都随着应变速率的加快而增加；在应变速率为1000s-1时，抗拉强度可达到960MPa和延伸率达到51.2%，具有较好的综合力学性能；随着应变速率的提高，马氏体转变量减少，孪生变形向多个方向发展。3）在研究的200-600℃变形温度范围内，抗拉强度随变形温度的升高而降低，延伸率随变形温度的升高先降低后升高。与室温拉伸相比较，高温拉伸时抗拉强度降低，变形温度为600℃时，18Mn钢和21Mn钢的抗拉强度分别为325MPa和375Pa。4）18Mn钢在真应变小于0.04为弹性变形阶段，TRIP效应主要发生在塑性变形的开始阶段，而TWIP效应在真应变约为0.14-0.35时占主导，真应变大于0.35时是应变诱导马氏体转变阶段。5）在恒定应力作用下，通过等式较好地描述了不同应力阶段的应变－时间关系。通过等式得到了△ε＝1/2△εmax对应的力保载时间，在低应力阶段，需要的时间大约在1 min左右，而对于较高的应力阶段，需要的时间大约在3-6 min左右。6）将高速变形过程中宏观力学行为和微观组织演变结合起来进行分析，获得了包含微观组织变化和动态应变时效的高速变形本构方程。项目的研究成果在应用上为开发新一代高安全性、重量轻的汽车冲压用板材奠定了工艺理论基础。