高锰TWIP/TRIP钢的强韧化机制研究及性能调控

To enhance the work hardening capacity of the high manganese TWIP/TRIP steels for further strengthening and toughening, and improve their low yield strength, we proposed an idea that obtaining the serious lattice distorted nano mechanical twins or deformation induced ε martensite by introducing the high content of interstitial atoms in high manganese TWIP/TRIP steels with low stacking fault energy is the key to improve their work hardening capacity, based on summarizing and analyzing domestic and foreign researches as well as our previous studies. By inducing these nano mechanical twins as well as eliminating the dislocations and preventing the carbide precipitation in these TWIP/TRIP steels through proper thermomechanical treatment, their yield strength was expected to be improved significantly, yet maintaining good ductility. In order to clarify the key factor influencing on the occurrence, morphology and volume fraction of mechanical twins or deformation induced ε martensite, we investigated the following items: (1) the effects of alloy elements (carbon especially) and temperature on the stacking fault energy, deformation mechanisms, and mechanical behaviors of the Fe-Mn-Si-C high manganese TWIP/TRIP steels, (2) effects of strain rate and thermomechanical treatment on the deformation mechanisms, and mechanical behaviors of the Fe-Mn-Si-C high manganese TWIP/TRIP steels. The results would be guideline for the strengthening and toughening of the high manganese TWIP/TRIP steels and fcc high entropy alloys.

为提高高锰TWIP/TRIP钢的加工硬化能力，以实现进一步强韧化，并解决其屈服强度较低的问题，在总结国内外及前期研究的基础上，本项目提出在低层错能的高锰TWIP/TRIP钢中引入高含量的间隙原子来获得晶格严重畸变的纳米级变形孪晶/形变ε马氏体，是进一步提高其加工硬化能力的关键；提出通过合适的热机械处理，在基体中提前引入大量晶格严重畸变的纳米孪晶，并消除位错和抑制渗碳体析出，来改善高锰TWIP/TRIP钢的屈服强度，同时保持良好的塑性。为辨析高锰TWIP/TRIP钢中变形孪晶和形变ε马氏体的发生，形态和数量对其力学行为的影响，本项目拟研究合金成分（特别是C）和温度对Fe-Mn-Si-C系高锰钢层错能，变形方式和力学行为的影响机制；研究应变速率和热机械处理对Fe-Mn-Si-C系高锰钢变形方式和力学行为的影响机制。研究结果将为高锰钢和奥氏体高熵合金等的强韧化提供一种新思路。

为提高高锰TWIP/TRIP钢的加工硬化能力，以实现进一步强韧化，并解决其屈服强度较低的问题，在总结国内外及前期研究的基础上，本项目提出并验证了在低层错能的高锰TWIP/TRIP钢中引入高含量的间隙原子来获得晶格严重畸变的纳米级变形孪晶/形变ε马氏体是进一步提高其加工硬化能力的关键。显著改善其加工硬化能力需要满足两个条件：较低的层错能和高含量的间隙原子。较低的层错能可以确保变形孪晶或者形变ε马氏体的引入，高含量的间隙原子可以使得晶格发生严重畸变。然而，由于间隙原子会导致层错能的升高，因此，在设计合金成分时需要综合考虑层错能和间隙原子。通过合适的热机械处理，在基体中提前引入了大量晶格严重畸变的纳米孪晶，并消除位错和抑制渗碳体析出，显著改善了高锰TWIP/TRIP钢的屈服强度，同时保持良好的塑性。研究结果为高锰钢和奥氏体高熵合金等材料的强韧化提供了一种有益的指导思路。