碳含量及晶粒尺寸对孪晶诱发塑性钢孪晶演化影响的机理研究

Generally, the ductility decreases with grain refinement, which suppresses the formation of deformation twins, for Twinning Induced Plasticity (TWIP) Steel. But when we reviewed the previous works on TWIP steels, we found that the suppression effect of grain refinement on deformation twins is varying in degrees for different carbon content TWIP steels. Whether this phenomenon is related to carbon content and the effect of carbon on the evolution of deformation twins is not clear. With decreasing the grain size, what will happen to the tensile deformation behavior of high-carbon TWIP steel, the different evolution processes of deformation twins of coarse- and fine-grained samples and the effect mechanism of grain size on deformation twins are also not clear. This project will focus on the following questions. Firstly, we are proposed to prepare a deliberately-designed high-carbon TWIP steel and test the tensile deformation behavior of this steel with different grain sizes. Secondly, we will comparative study the evolution of deformation twins in high- and medium-carbon TWIP steel, analyzing the effect of carbon content on deformation twins. Finally, the microstructures evolution in coarse- and fine-grained high-carbon TWIP steel will be examined by micro-characterization methods. The effect of grain size on dislocations, stacking faults and deformation twins will be discussed. This project is meaningful in developing new high manganese austenitic steel, adjusting the microstructure and increasing the strength and ductility of TWIP steels.

晶粒细化会抑制孪晶诱发塑性（TWIP）钢中形变孪晶的产生，导致其塑性降低。但总结前人数据发现，随碳增加TWIP钢中形变孪晶受晶粒细化抑制的程度减弱，此现象是否和碳有关，碳在孪晶演化中起到的作用还不清楚；晶粒细化对具有更高碳含量TWIP钢的拉伸变形行为产生怎样影响，不同晶粒高碳TWIP钢中孪晶的形成机理也还很不清楚。本项目拟对一种具有更高碳含量的TWIP钢在不同晶粒尺寸下的拉伸性能进行测试，研究晶粒细化对高碳TWIP钢拉伸变形行为的影响；并与中碳TWIP钢进行对比，分析碳元素对孪晶演化的影响；此外，利用微观表征手段对比观察大、小不同晶粒高碳TWIP钢中形变孪晶的演化过程，研究晶粒尺寸对高碳TWIP钢变形过程中位错、层错、形变孪晶等亚结构的影响，分析晶粒尺寸与孪晶演化之间的微观机理。本项目的开展，对研发新型高锰奥氏体钢、调整其微观组织结构、提高其强塑性，具有重要的实际意义和理论价值。

孪晶诱发塑性（TWIP）钢是一种极具潜力的新型高强高塑钢材。拉伸变形过程中不断产生的形变孪晶组织是其具有优越力学性能的主要原因。晶粒细化会抑制TWIP钢中形变孪晶的产生，导致其塑性降低。但随碳含量增加，TWIP钢中形变孪晶受晶粒细化抑制的程度减弱，此现象是否和碳有关，碳在孪晶演化中起到的作用还不清楚；晶粒细化对具有更高碳含量TWIP钢的拉伸变形行为产生怎样影响，不同晶粒高碳TWIP钢中孪晶的形成机理也还很不清楚。.本项目拟对具有不同碳含量TWIP钢进行对比实验，研究碳含量以及晶粒细化对TWIP钢拉伸变形行为尤其是形变孪晶演化的影响。对高碳和中碳TWIP钢的拉伸变形行为进行了对比研究发现，与中碳钢相比，高碳钢的强度塑性同时提高；高碳TWIP钢中较高的碳含量提高TWIP钢的层错能，导致应变初期形变孪晶的形成受到抑制；另一方面，高碳TWIP钢表现出更强烈的动态应变时效，增强的动态应变时效一方面促进TWIP钢的加工硬化，同时也有利于随着应变的增加持续形成更加细小的形变孪晶，进而进一步提升高应变时的加工硬化率，推迟拉伸颈缩的出现。因此，高碳TWIP钢具有更高的强度，同时保持高的拉伸塑性。对高碳钢不同晶粒尺寸拉伸实验发现，随晶粒细化高碳钢强度、塑性同时提高；通过显微组织观察发现，在低应变时，晶粒细化抑制了形变孪晶的产生，但是在高应变时，小晶粒试样中形成了更多、更细小的形变孪晶；另一方面，晶粒细化增强了动态应变时效，提高了加工硬化率，同时能够促进高应变时持续不断地生成形变孪晶，进一步提高了加工硬化能力。正是这种晶粒细化和高碳的共同作用，细晶高碳TWIP钢的强度和塑性同步提高。.本项目的开展，对研发新型高锰奥氏体钢、调整其微观组织结构、提高其强塑性，具有重要的实际意义和理论价值；同时通过提高层错能、晶粒细化等手段使细小孪晶在高应变阶段逐渐持续的释放将加工硬化能力保持在较高水平这种策略，可以推广至含有孪生行为的其他合金材料的研发当中。