TWIP钢多机制作用塑性变形机理及成形性能研究

孪生诱发塑性（TWIP）钢是一种依靠滑移、孪生和马氏体相变多机制联合作用诱发塑性的强韧化钢。材料在多机制联合作用下的塑性变形机理及其激活、演化规律的细观力学行为是目前塑性成形领域的研究热点之一。本项目拟结合典型TWIP钢塑性变形过程的宏细观特征实验，基于马氏体相变晶体学和晶体塑性理论建立滑移、孪生和马氏体相变多机制竞争、耦合的特征微元描述及细观本构模型，系统分析塑性变形过程细观各机制激活、演化的规律；应用于TWIP钢典型拉深过程的数值模拟，结合实验分析多机制作用下的塑性变形对材料的成形性能影响。揭示TWIP钢细观多机制耦合的机理，掌握多机制激活、演化的规律，为TWIP钢其他成形工艺多尺度模拟及塑性成形性能分析奠定基础。

孪生诱发塑性(Twinning Induced Plasticity，TWIP)钢为解决增强和增韧的矛盾提供了方向，而研究制定适用于TWIP钢的塑性成形工艺方法成为该高强高韧钢推广使用的当务之急，这就需要掌握TWIP钢塑性变形过程的力学行为及其成形性能。本课题以TWIP钢塑性变形滑移、孪生和马氏体相变多机制耦合诱发塑性的细观本构关系研究为切入点，结合宏细观实验揭示了塑性变形过程多机制耦合的机理及各机制激活、演化的规律。主要研究内容和成果为：.（1）通过不同加载条件TWIP钢塑性变形的力学行为研究，得到了晶体滑移和形变孪生的竞争和耦合是TWIP 钢的主要变形机制；.（2）采用SEM原位拉伸实验观察得到TWIP钢拉伸变形过程的微观结构和取向演化，定量地分析了某一特定区域内晶粒随应变量变化的力学行为和取向的演化；.（3）基于宏细观实验的表征，建立了基于滑移-孪生两机制的TWIP钢塑性变形的本构模型，推导了相应的数值积分过程，同时对TWIP钢晶体塑性本构模型的参数进行分类和灵敏度分析；.（4）基于滑移-孪生两机制模型，研究了不同取向下滑移和孪生激活及演化的规律，分析了晶粒数量、变形量及加载方向对TWIP钢多晶体的力学行为和织构演化规律的影响；.（5）针对滑移、相变耦合的塑性变形机制，建立了该类相变的细观本构模型，引入屈服面扩展因子描述微区平均塑性流动；基于完全隐式图形返回算法给出了细观本构模型的数值算法。.（6）基于晶体塑性和相变晶体学理论框架，考虑了TWIP钢的三种微观变形机制（滑移、孪生、马氏体相变）的相互作用，提出了滑移、孪生和马氏体相变三机制的变形梯度分解，推导建立了本构模型，提出了数值更新方法；.（7）基于滑移、孪晶和马氏体相变三机制耦合的本构模型，采用单晶和多晶模型对不同拉伸速率的塑性变形行为进行了仿真研究，再现了TWIP钢在不同变形和加载条件下各种微观机制的激活、演化规律，对于TWIP钢成形性能和基于细观的数值模拟技术提供工具。. 本课题探索揭示了TWIP钢塑性变形多机制耦合机理及掌握各机制激活、演化规律，不仅为成形工艺多尺度建模和成形性能研究奠定基础，而且为探索TWIP钢成形工艺提供了参考。