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原文传递高强塑性高锰钢的组织性能及变形机制研究

论文题名：	高强塑性高锰钢的组织性能及变形机制研究
关键词：	高锰钢;变形机制;固溶处理;组织性能;汽车轻量化
摘要：	随着汽车工业的迅猛发展，汽车与环境、汽车与能源之间的矛盾日益尖锐。为解决这一问题，汽车轻量化已成为目前汽车工业进一步发展的必由之路。但在汽车轻量化过程中，确保汽车安全性是一个重要任务。因此，汽车用钢板向高强度钢板方向发展势在必行。高强塑性高锰钢因为在塑性变形的过程中表现出卓越的延展性和较高的强度，近年来这种钢板已成为汽车用钢研究的热点。　　本文研究了不同层错能高锰钢的组织性能和变形机制。在低层错能高锰钢变形机制的研究中，着重分析了晶粒尺寸对实验钢力学性能及变形机制的影响。在中高层错能高锰钢变形行为的研究中，通过对实验钢不同变形量下的显微组织进行观察，明确其变形机制，并对高铝高锰钢中位错运动的方式做出了预测。本文取得了如下研究结果: 　　1.低层错能实验钢的变形特性　　(1)比较不同晶粒尺寸的01Al钢的变形行为可知:大晶粒尺寸(130μm)的实验钢在真应变0.12-0.33的塑性变形阶段，出现形变孪晶交割现象，使此阶段的应变硬化率缓慢升高;而较小尺寸晶粒(13μm)实验钢的变形过程中，未发现孪晶交割的现象，其应变硬化率缓慢下降。说明粗大晶粒内开动的孪生系多，且发生孪晶交割，提高加工硬化率，同时可以增加材料的延伸率。　　(2)层错能影响TWIP钢的应变硬化行为。01Al和03Al钢在塑性变形的初始阶段，位错缠结起主要的应变硬化作用;当变形量为30％时，在两种实验钢中均发生孪晶诱发塑性，即TWIP(twining induced plasticity)效应。形变孪晶的产生使03Al钢的应变硬化率单调下降直至拉断，而01Al钢则因为层错能较低，晶粒内形变孪生在两个甚至多个方向上同时发生，产生了孪晶交割，提高了应变硬化率，其抗拉强度与具有较高屈服强度的03Al实验钢相差不大。　　(3)当03Nb钢和00Nb钢在1000℃进行固溶处理时，Nb的添加使03Nb钢具有细晶组织。随着变形的进行，发生TRIP(transformation induced plasticity)效应和TWIP效应。固溶在03Nb钢内的Nb元素和略高的Mn含量提高了材料的层错能，部分抑制了相变诱发塑性，即TRIP效应的发挥。由于TRIP效应的强化效果优于TWIP效应，导致具有细晶组织的03Nb钢的抗拉强度低于00Nb钢。较小的晶粒尺寸同时抑制了03Nb钢TWIP效应的发挥，降低了材料的塑性。　　2.中等层错能实验钢的变形特性　　(1)通过对06Al钢不同变形量的组织分析可知:随着塑性变形的进行，位错因交互作用而群集成高密度位错墙(dense dislocation wall，DDW)，DDW与滑移方向平行。当变形为30％时，逐渐开始形成显微带(microband，MB)结构的形变组织。在某些局部切变量大的区域，已经存在的显微带组织受到其干扰形成具有S形状的结构，即S带(S-Band)。在变形后期，出现形变孪晶。　　(2)06Al钢的时效处理实验结果表明:实验钢经550℃时效10h处理后的强度有显著的提高，抗拉强度和屈服强度分别提高到898MPa和482MPa。观察微观组织发现，时效处理使基体内产生短程有序结构。金属通过位错滑移等机制进行塑性变形，当遇到这种短程有序结构时，必须提高外加应力，从而使材料的强度提高。　　3.高层错能实验钢的组织及变形特性　　(1)在固溶处理后，12Al实验钢的组织为奥氏体、铁素体和与奥氏体基体存在共格关系的纳米级κ相。增加时效时间，κ相发生粗化，且沿特定方向生长。　　(2)在12Al实验钢的变形过程中，只出现平面滑移，没有TWIP效应的发生。　　4.铝含量对实验钢变形及应变硬化行为的影响　　(1)铝含量影响高锰钢中位错运动的方式。03Al实验钢在塑性变形阶段，其变形行为分为位错缠结、少量平面滑移、形变孪生，共三种方式;06Al实验钢在塑性变形阶段，其变形行为可以分为位错缠结、大量平面滑移、显微带强化和形变孪生，共四个阶段;12Al实验钢在塑性变形阶段，其变形行为可以分为平面滑移和变形带细化，共两个阶段。　　(2)通过对03Al、06Al和12Al钢的应变硬化指数分析可知，在塑性变形过程中，03Al实验钢的应变硬化主要依靠位错缠结和形变孪晶的产生;而06Al实验钢的应变硬化依靠的是位错缠结和显微带，且对实验钢的强化效果显著;12Al实验钢在变形过程中，只出现平面滑移，应变硬化率较低。
作者：	李华英
专业：	材料加工工程
导师：	丁桦
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文