残留奥氏体增塑两个效应机制的理论和实验研究

Retained austenite (RA) exhibits two effects of the ductility enhancement: transformation induced plasticity (TRIP) effect proposed by Zackay et al. in the study of FCC austenitic stainless steels(ASS) and dislocation absorption by retained austenite (DARA) effect proposed by us in the study of BCC quenching-partitioning-tempering (Q-P-T) martensitic steel. Since the mechanisms of these two effects still exhibit divergences or are unsolved, the application project will investigate issues as follows. 1）The tensile behaviors of a Q-P-T steel will be simulated by finite element method according to cross-setting parameters, respectively, which predominance of two mechanisms for TRIP effect will be revealed, namely, the rise of work hardening rate or the relaxation of stress; meanwhile, the origin of inconsistent between the calculated result for BCC matrix steels by Matlock and Speer and the experimental result for ASS performed by Zackay et al. will be explored; 2) Designing cold-rolling process with different rolling reductions as pretreatment of Q-P-T process, the RA with different mechanical stabilities and almost the same volume fraction in the Q-P-T steel will be obtained, from which the correctness of calculated result on BCC matrix steel by Matlock and Speer will be examined, namely, higher the mechanical stability of RA is, better the plasticity is; 3) Fe(BCC)/Cu(BCC) multilayers film will be prepared by magnetic sputtering, and indentation technique will be employed, then dislocation types both sides of interface after indentation will be determined by TEM, respectively, which will verify the molecular dynamic simulation by Lasko et al. that dislocations only transmit from Fe (BCC) to Cu(BCC) through their interface, that is, experiment indirectly confirms DARA effect.

残留奥氏体（RA）增塑效应：Zackay在FCC奥氏体不锈钢（ASS）研究中提出的相变诱发塑性（TRIP）效应和我们在BCC淬火-分配-回火（Q-P-T）马氏体钢研究中提出的残留奥氏体吸收位错（DARA）效应。由于对两个效应的机制仍存争议或未被揭示，本项目拟研究：1）有限元模拟Q-P-T钢不同条件下的拉伸行为，揭示加工硬化率的提高和应力的松弛两种机制何者主导TRIP效应，并探究Matlock对BCC基体钢的计算结果与Zackay在ASS实验结果相悖的起因；2）在以不同压下量的冷轧作为Q-P-T工艺前处理的马氏体钢中获得含量相同但力学稳定性不同的RA，验证Matlock计算结果：RA的力学稳定越高，塑性越好；3）制备Fe（BCC）/Cu（FCC）多层膜，用TEM测定压痕后界面两侧的位错类型，实验论证Lasko有关位错只能由BCC结构进入FCC结构的分子动力学模拟，间接证实DARA效应的存在。

目前残留奥氏体（RA）增塑效应有：1967年Zackay在研究FCC奥氏体不锈钢（ASS）中提出的相变诱发塑性（TRIP）效应和我们在BCC淬火-分配-回火（Q-P-T）马氏体钢研究中提出的残留奥氏体吸收位错（DARA）效应。由于对两个效应的机制仍存争议或未被揭示，本项目开展了以下三个方面的研究：1）有限元模拟Q-P-T钢不同条件下的拉伸行为，揭示加工硬化率的提高和应力的松弛两种机制何者主导TRIP效应，并探究Matlock对BCC基体钢的计算结果与Zackay在ASS实验结果相悖的起因；2）验证Matlock计算结果：RA的力学稳定越高，塑性越好；3）通过TEM原位动态拉伸实验观察，用CCD记录拉伸过程中Q-P-T钢中马氏体中的位错越过相界面，进入残留奥氏体，实验直接证明DARA效应，并通过分子动力学模拟给予理论证明。.结果如下：1）通过建立的一维应变等价模型，进行有限元模拟表明，Q-P-T钢在有应力松弛的情况下，其马氏体相变时的均匀应变高于没有应力松弛的Q-P-T钢，但低于没有SIMT的稳定残留奥氏体的Q-P-T钢。2）冷轧不仅提高了强度（约30MPa），而且提高了延伸率（约5%）。组织表征揭示了，冷轧细化了晶粒，提高了强度；细化了残留奥氏体的尺寸，增强了TRIP效应，从而提高了塑性。该研究证明Matlock对BCC基体钢的计算结果是正确的。3）通过TEM原位的动态拉伸观察和CCD记录发现，在拉伸过程中，残留奥氏体周围的几个马氏体内的大量位错越过相界面，由此从实验直接证明了DARA效应的存在，并且通过MD模拟从动力学的角度验证了DARA效应的合理性。4）建立了碳化物/马氏体/奥氏体双界面迁移的QPT-LE模型，预测的精度远高于流行的CCE模型和QP-LE模型。.通过TEM动态观察和MD模拟分别从实验和理论上证明了DARA效应的存在，这打破了教科书的传统观念，即相界和晶界一样，位错不能穿越，只能被阻挡或吸收。.QPT-LE模型为Q-P-T钢和Q&P钢的成分和工艺的设计提供了工具。Q-P-T工艺或Q&P工艺可在工程上通过水淬和空冷实现。因此，QPT-LE模型的建立具有重要的理论和工程价值。