先进高强钢在高速变形条件下的行为规律及热力学动力学机制

将相图、相变热力学、扩散动力学、Landau理论与实验研究相结合，开展对汽车用高强度钢板在高应变率条件下的力学响应及相变行为的科学研究。以TRIP钢为主要研究对象，建立Fe-Mn-Al-Si-P-C系热力学和动力学数据库，确定无应力作用下实验钢组织演变规律；研制红外瞬态测温装置以准确测量实验钢在高速变形条件下的绝热温升，界定马氏体相变潜热效应；比较实验结果与热力学计算、Landau理论计算的应力场下体系自由能值，获得较准确的计算方法，实现对高应变率条件下马氏体相变的量化描述；通过对T0温度、不同工艺条件下相组成的热力学、动力学计算和计及表面能的残余奥氏体自由能的计算，综合评估残余奥氏体的稳定性。通过对TRIP钢动态条件下热力学、动力学机制的探讨及与实验的相互印证，获得预测高应变率下TRIP钢相变行为状态的科学方法。该工作将为我国研发性能更佳的TRIP钢提供理论支持。

将相图与相变热力学，扩散动力学，Landau理论与实验研究相结合，开展了对汽车用高强度TRIP（DP）钢板在高应变率条件下的力学响应及相变行为的科学研究。首先，建立了Fe-Mn-Al-Si-P-C(V,Ti)系的热力学和动力学数据库，并在此基础上通过计算较为准确地预报实验钢在无应力作用下的相变温度、相组成及合金成分之间的关系；其次，建立了金兹堡-朗道模拟TRIP钢中残余奥氏体向马氏体相变的模型，结合 “绝热温升”的测量结果，获得了应变速率对不同强度级别TRIP钢力学行为的影响规律：在准静态拉伸条件下，残余奥氏体向马氏体的转变是一种渐进式相变，而在高应变速率加载条件下，TRIP钢中残余奥氏体向马氏体的转变瞬时完成；TRIP钢的强度随着应变速率的增大而增大，其本身强度越低，应变率敏感性越大；然而对于塑性而言，TRIP效应的作用则至关重要，在动态加载条件下，由于位错的瞬时增殖造成变形局部化抑制了TRIP效应，这种塑性的损失即使是在动态加载条件下产生绝热温升造成的基体软化作用也无法弥补；第三，根据马氏体相变热力学，采用Thermo-Calc软件（加入应力项接口）建立了TRIP钢合金体系自由能的计算式，结果表明：在准静态拉伸条件下，外加应力对TRIP钢和DP钢做功的差值ΔE在数值上非常接近促使残余奥氏体在室温下发生马氏体相变所需要的外加应力做功，而在高应变速率拉伸条件下，外加应力对TRIP钢和DP钢做功的差值几乎为零；根据金兹堡-朗道理论，通过计算临界弹性能密度乘以相变得到的马氏体的相分数就可以获得朗道势函数描述的马氏体相变自由能，结果表明，在动态加载条件下TRIP效应对性能的贡献大为减弱；结合两种理论计算，获得了外加应力、TRIP钢合金成分及残余奥氏体MS温度的相互关系，为成分优选与工艺设计提供理论依据；第四、采用辅以微型电子万能试验机的X射线应力仪装置原位测量了TRIP钢在准静态拉伸条件下，其残余奥氏体随应力-应变的变化行为，证实了残余奥氏体向马氏体的转变在屈服过程结束之后进行，说明这是一种应变诱发相变行为。同时，在原位测量实验的基础上，建立了评估TRIP钢中残余奥氏体稳定性的数学模型。综上所述，本项目通过对TRIP钢动态条件下热力学、动力学机制的探讨及与实验的相互印证，获得计算高应变率下TRIP钢相变行为状态的科学方法。该工作将为我国生产性能更佳TRIP钢提供理论支持。