动态变形条件下TWIP钢能量耗散机制及TWIP效应机理研究

TWIP steel can be used as the potential application object with high strength, high anti-collision capability in the car, which can decrease the weight of the car body. Whether impact or stamping is the material's dynamic deformation process, but only few studies involve their dynamic behavior and the characteristics of energy absorption, so it is necessary to carry study in this aspect. . The dissertation aims to meet automotive weight reduction and improved safety requirements, the composition optimization, static-dynamic mechanical performance test, microstructure observation, the mechanism of TWIP effect, the dynamic energy dissipation mechanism were studied in the new type of high strength and toughness of Fe-Mn-C TWIP steel. TWIP steel alloy components, dislocation, stacking fault energy, initial grain size and morphology, the number and morphology of twins, strain rate, strain and other factors, which how to influence the dynamic mechanical properties and energy absorption characteristics were studied under the different strain rates. The relationship of these factors and the dynamic mechanical constitutive model of TWIP steel were established. The system analysis were also done on the dynamic TWIP effect mechanism and energy dissipation mechanism. From the above works, we can obtain the optimal composition and preparation process of the Fe-Mn-C TWIP steel with the best dynamic mechanical properities and energy absorption capacity. Meanwhile the works also can provide materials and technical support for the application in the automobile field.

TWIP钢作为汽车车身轻量化中潜在的应用对象是具有高强度、高防撞能力的冲压成形件，而无论是撞击还是冲压成形都是材料的动态变形过程，至今对该钢种的研究较少涉及其动态行为及吸能特性规律研究，因此有必要开展这方面的研究。. 本项目为满足汽车轻量化和安全性提高的要求，针对Fe-Mn-C系新型高强韧TWIP钢，开展成分优化，静、动态力学性能测试，微观组织观测，动态TWIP效应机理、能量耗散机制等研究。探所在中高应变速率动态冲击条件下TWIP钢合金成分、层错能、位错、原始晶粒尺寸及形貌、孪晶数量及形貌、应变速率、应变量等因素对TWIP钢静、动态力学性能及吸能特性的影响，建立各因素变量之间的关系，构建TWIP钢的动态力学本构模型，系统分析动态TWIP效应产生机理和能量耗散机理，从而获得具有最佳动态性能和吸能效应的TWIP钢成分及制备工艺，为其在汽车领域应用提供材料储备和技术支撑。

本项目为满足汽车轻量化和安全性提高的要求，通过优化合金成分和轧制工艺，获得了拉伸强度达到1002MPa，延伸率74%的新型热轧TWIP钢；利用静、动态力学测试，获得TWIP钢大量高应变速率下力学性能数据，建立TWIP钢动态力学本构模型。获得的该模型合理自洽，在一定应变速率范围内具有普适性。利用Gleeble热模拟实验数据，优化拟合了TWIP钢的热加工变形抗力模型，构建的该实验TWIP钢的流变应力方程可以为制定热加工工艺提供技术支撑。. 结合金相、扫描电镜、透射电镜的微观组织观测结果和XRD检测结果，系统分析应变速率影响微观结构的变化规律、形变孪晶产生及演变规律，揭示动态变形条件下强度和塑性均提高的本质原因，阐述动态TWIP效应机理及能量耗散机制。本项目研制的新型高强韧TWIP钢，具有明显的应变率效应和能量吸收耗散能力，研究结果表明，该材料在应变速率为4500s-1时，材料的能量吸收值高达0.79J/mm3，在提高汽车抗冲击安全性方面具有广阔的应用前景，为新型高强韧TWIP钢在实现汽车轻量化和提高安全性领域获得应用，提供技术支撑。