基于织构演变的高强度TWIP钢高应变速率下的变形机制

In recent years, the studies on the deformation behavior of TWIP steel were mainly under the quasi-static conditions, while the deformation behavior of the TWIP steel under high strain rate was researched barely. As a kind of very promising automobile steel, the deformation mechanism of the TWIP steel under high strain rate must be researched in order to meet the requirement in automobile. In this paper, the nucleation and growth process of deformation twins and strain induced martensite, the grain boundary character distribution and texture evolution will be analysed and measured by using of TEM, SEM & EBSD, XRD and other advanced analysis techniques. The interactions between the adiabatic temperature rising of the TWIP steel under high strain rate, the strain threshold inducing the deformation twins, the volume fraction of the deformation twins and martensite and the evolution of the grain boundary characterization, texture evolution were tested and studied. The mechanical response characteristics of the microstructure and the texture of the TWIP steel at the high strain rate will be researched. Basing on those, the deformation mechanisms of the TWIP steel at the high strain rate will be stated.

现有研究对新型汽车用TWIP钢变形行为的研究基本上都是准静态条件的，而对TWIP钢高应变速率下的变形行为鲜有研究。由于研究TWIP钢成形过程和撞击过程的需要，必须了解高应变速率下的变形机制。本文采用TEM、SEM&EBSD、XRD等先进分析技术，对高应变速率下TWIP钢变形机制进行研究。包括：高应变速率时的绝热温升、高应变速率下形变孪晶产生的应变阀值和孪晶体积分数、高应变速率下马氏体相变、形变孪晶和马氏体对晶界特征和织构演变的影响、以及织构演变对高应变速率时力学性能的影响等一系列问题进行系统的研究。认识钢中不同组织、织构在高应变速率下的力学响应特性，从本质上掌握TWIP钢在高应变速率下的变形机制。

孪晶诱发塑性（TWIP）钢由于具有孪晶诱导塑性，集高强度、高延伸率、高应变硬化率、高成形性于一身。这种优良的综合力学性能使TWIP钢在提高汽车安全性，减重方面有很广应用前景。.本课题研究内容主要包括三个部分：第一部分对TWIP钢进行1000℃、1100℃退火处理，利用XRD、EBSD研究TWIP钢再结晶晶粒分布、晶界特征分布、织构的演变规律；第二部分是在10-5～10-2 s-1和102～103 s-1（24#）两个应变速率范围对TWIP钢拉伸，观察不同应变速率下TWIP钢的微观组织、力学性能、织构的演变规律；第三部分对3#TWIP钢进行圆筒件拉深成形数值模拟和冲压试验，分析主要部位应力状态，测试各部位显微组织和织构演变。.结果表明：（1）随着退火温度升高，再结晶晶粒大小增大，Σ3 CSL晶界显著增多，主要织构强度有一定程度提高。（2）Mn和Al含量对再结晶晶粒度产生很大影响，对孪晶界的影响主要与层错能有关。（3）应变速率10-5～10-2 s-1拉伸变形过程中，对于同种成分TWIP钢，随着变形量增大，形变孪晶数量不断增加；高应变率下，形变孪晶会较快的产生，变形初期还会有退火孪晶的存在。（4）较大的应变速率下，织构强度随着变形程度增大而增大；除了个别孪晶织构类型会出现变化，其它织构类型基本保持不变。（5）24# TWIP钢在应变速率102～103 s-1动态拉伸变形后，主要含有Goss、Brass、CuT、RG和S等织构类型。随着应变速率的增大，Goss和CuT织构强度明显减弱。（6）24# TWIP钢动态拉伸条件下抗拉强度随着应变速率增加而增大，总延伸率随应变速率增加而增大。当应变速率由664 s-1增加到1480 s-1时，抗拉强度由1758MPa增加到1886MPa，总延伸率由9.1%增加到20.27%。（7）3# TWIP钢在拉深深度为5mm时，铜型织构Cu强度在筒壁处的和凹模圆角处一样为1.0，在凸模圆角处铜型织构强度为0.5。随着拉深深度从5mm增加到15mm，铜型织构Cu强度逐渐增强。拉深深度增加，圆筒件破裂，织构强度变化不大。