高强钢铁材料的强韧化与损伤断裂行为研究

In our research, twinning-induced plasticity (TWIP) steels with different concentration of alloy elements, which are varied the grain size by severe plastic deformation and anneal, will be employed to test and evaluate the tensile properties, fracture and damage behaviors. The scanning electron microscope, transmission electron microscope and laser confocal microscope will be applied for observing the microscopic deformation and damage characteristics. Combined the macroscopic rules and microscopic mechanisms together, the main research tasks following three aspects:1) verifying the transformation for the mechanism of deformation/damage; 2) verifying the transformation for the fracture behaviors; 3) establishing relationship between the mechanism of deformation /damage and the fracture behaviors. Finally, through above researches, the strength/ductility and damage/fracture mechanism of TWIP steels will be systematically understand to provide theoretical direction for the engineering design and selection and property optimization of metallic materials.

本项目拟选用具有不同合金成分的孪生诱发塑性（TWIP）钢，通过严重塑性变形与退火的方式获得不同的晶粒尺寸，对其拉伸性能与损伤断裂行为进行测试与评价。并使用扫描电镜、透射电镜与激光共聚焦显微镜观察变形过程中的微观变形与损伤特征。在宏观规律与微观机制相结合的基础上，完成三个方面的研究：1）明确TWIP钢拉伸过程中的变形与损伤机制的转变；2）明确TWIP钢拉伸过程中断裂行为的转变；3）建立变形/损伤机制转变与断裂行为的对应关系。最终，通过几方面的研究，系统全面地认识TWIP钢的强韧化与损伤断裂机制，进一步为工程选材设计与性能优化提供实验依据和理论指导原理。

利用Mn含量的变化引起Fe-xMn-（Al，Si）TRIP/TWIP中铁素体体积分数及分布的改变，利用HPT施加不同的变形量引起晶粒尺寸的不同。随 Mn含量的降低，材料的宏观拉伸断裂行为由颈缩见剪切转变为颈缩加正断再转变为完全正断的断裂方式。通过HPT处理HNS-99钢，对其微观结构演化和力学性能的研究证实材料可以通过位错，晶界，孪晶界等变形引入的缺陷及他们间的交互作用而得到强化。而且由于潜在的微观缺陷的大量积累导致了微孔和微裂纹的产生，进而损伤弱化材料。SPD过程中引入的缺陷对材料强化和损伤两个机制的共存以及他们对临界剪切强度和临界正断强度的影响而改变最终决定了材料的最终拉伸强度和断裂方式。不同的缺陷类型对材料强化和损伤两个方面不同的影响造成材料最终力学性能和断裂方式的不同。温度和SFE这两个因素变化对材料的强塑和塑性两方面的影响的共同规律。首先材料成分或者变形温度的不同导致材料拉伸过程中呈现不同的微观变形机制，随着SFE的降低，变形方式发生由滑移到孪生再到相变的转变。不同的变形机制形成不同的微观结构和缺陷。不同的缺陷或者微观结构所引起的加工硬化率不同，而且引起失稳应力和断裂应力及参数α的改变，进而引起断裂方式的不同，材料的力学性能也呈现了首先强塑性同步提高但后期强度升高而塑性降低的一般规律.