TWIP钢中不同变形机制竞争规律与强化机制研究

The plastic deformation mechanism plays key role to the properties and microstructural evolution of deformation TWIP steels subjected to loading. The mechanism of slipping, twinning and phrase transformation are all possibly popular during deformation of TWIP steel, for the sophisticated state of force under various condition. Therefore, the project will investigate the deformation process of the TWIP steel deformed under compression, stamping and dynamic impacting of plate, the relative investigations of which are lacking. The whole plastic deformation process can be divided into there sections according to the competition result of different mechanism, and the morphology of dislocation, martensite, deformation twins and the interaction characteristic of them in each section will be analyzed in detail. It will be pointed out the reason for dislocation slipping dominating and different structure forming. Then it will be discussed the cause of slipping stopping, the occurrence mechanism of twinning and phase transformation, and the relationship between them and dislocations. After that, it will be investigated if the slipping will restart, the contribution of dislocations, deformation twins and martensite to the strengthening of TWIP steel. At last, it can be confirmed the law of deformation mechanism competition and the general rule with steel; and according to the properties data, it also can be pointed out the parameters of cold rolling and stamping, the assessment method and theory of service security.

TWIP钢在载荷作用下发生变形时，塑性变形机制将对其性能及微观组织演变起到决定性的作用。而在不同变形条件下，TWIP钢受力状态较为复杂，位错滑移、孪生、相变三种变形机制均可能发生。因此，本项目拟对TWIP钢的相关研究中，尚缺少的压缩、冲压成型及板材动态冲击三种条件下的变形过程进行研究。按照变形机制竞争结果，将塑性变形过程分为三个部分，并对每个部分的位错、马氏体和形变孪晶形貌以及它们之间的交互作用特征进行分析。指出变形前期，位错滑移机制占优势以及形成不同组态的原因；探讨变形中期，位错滑移停止的原因，孪生或相变的发生机理以及和位错间的关系；探究变形后期，滑移机制是否重新启动，位错、形变孪晶和马氏体对TWIP钢强化的贡献大小。最终，确定多种变形状态下，不同变形机制的竞争规律及与钢材性能间的一般规律；并结合性能数据，提出冷轧、冲压成形工艺参数和服役安全性的评估方法和理论。

TWIP钢作为第二代先进高强钢的典型代表，具有高强度、优异塑性以及良好断裂韧性等杰出性能，满足汽车工业等工程领域对高成型及冲击载荷吸收能力的应用需求，并能保证高效加工、高强度重量比和安全标准提升。因此，本项目的研究旨在明确TWIP钢冶炼、轧制等工业化生产参数，重点从变形机制竞争角度研究和掌握TWIP钢在加工、成型等不同受力状态下的微观组织演变特征。. 制定了中试生产工艺参数并制备出实验钢，建立TWIP钢从实验室制备到大生产的联系，为大生产工艺参数制定提供了参考。建立了流变应力本构方程，得出了热变形激活能为436.813kJ/mol；TWIP钢的热变形机制为滑移，温度越高动态再结晶越充分，应变速率越大动态再结晶晶粒越细；1223-1323K和1-10s-1为TWIP钢热加工参数范围。随着加热温度增加，冷轧TWIP钢硬度和强度下降，伸长率和强塑积上升；位错移动形成位错缠结和位错墙，再结晶晶粒在这些位错结构处形核，依次吞并原始奥氏体晶粒和形变孪晶长大而完成静态再结晶。TWIP钢在拉伸变形过程中，位错滑移首先为主导变形机制，形成位错微结构产生应力集中；随后，位错在应力集中处运动形成层错，进而促使形变孪晶得以形成和发展，孪生机制主导变形，降低了位错密度并分割细化基体；然后，滑移机制再一次被激活，位错在孪晶界处堆积而密度增加，过渡为主导变形机制；形变孪晶系发展完善后，消耗了位错结构，孪晶与位错相互作用而诱发去孪生机制。TWIP钢在压缩变形过程为孪生机制占主导，位错滑移伴随变形始终起作用，是形变孪晶形核和长大的先导和驱动；当变形量较大时，孪晶束发生扭折以协调变形，使不同取向孪晶系向内部生长，形成了纳米尺度亚结构；形变孪晶形成的微纳米尺度亚结构使微观组织得以细化和强化，动态Hall-Petch效应是TWIP钢单向压缩变形条件下的强化机制。热轧TWIP钢强度水平较低，强度和屈强比随着热轧温度的降低而增加，伸长率、强塑积及应变硬化指数的增加速度减少；热轧温度对TWIP钢屈服强度的影响大于对抗拉强度的影响，对塑性的影响大于对强度的影响。. 此项研究创新性的提出了变形机制竞争的思想，进一步丰富了TWIP钢中微观组织，特别是位错和形变孪晶演变的科学理论；提供了TWIP钢微观组织控制的特殊视角，为其性能的预改进、加工及生产参数制订以及变形组织控制奠定了理论基础。