TWIP钢不同温度变形的力学性能变化规律及机理研究

作者:王书晗;刘振宇;张维娜;王国栋 刊名:金属学报 上传者:王明辉

【摘要】通过控温拉伸实验分析了在298,373,473和673 K温度下变形时,TWIP钢(Fe-25Mn-3Si-3Al)力学性能和显微组织的变化规律.结果表明,TWIP钢的强度和延伸率均随温度的升高而降低.通过热力学公式对不同温度下TWIP钢层错能Γ的估算可以推断,温度T≥673 K时,Γ≥76 mJ/m~2,滑移为TWIP钢主要的变形机制;298 K≤T≤373 K时, 21 mJ/m~2≤Γ≤34 mJ/m~2,孪生为TWIP钢主要的变形方式,此时产生"TWIP"效应,可获得较高的加工硬化速率,从而获得高强度及高塑性.

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孪生诱导塑性(twinningindueedplasticit又TWIP)钢是一种低层错能的合金,室温变形时,孪生是影响其塑性变形的主要机制.在不同温度下变形时,这种钢的变形组织和主要的变形机制不同,控制变形组织的主要参数是奥氏体基体的层错能rll,ZI.Allain等[s]研究了Fe一Mn--C系奥氏体钢的变形机制随温度和层错能的变化,指出当层错能r<18mJ/m“时,发生马氏体转变;当12mJ/mZ<r<35mJ/mZ时,孪生起主导作用.Hokka等[a]研究了Fe一28Mn--IAI一0.551钢和R24Mn--3.SAI一0.451钢在压缩过程中力学性能随温度和应变速率的变化关系及变形组织的特点.Rommeye:等[l]和Gr滋sel等[2]研究了凡-Mn一Al一51系TWIP钢拉伸变形时的强度和延伸率随温度的变化关系,发现随着温度的升高,TWIP钢的强度和延伸率均降低.不过迄今为止,Fe一Mn一AI--Si系TWIP钢拉伸变形过程中变形组织随温度的变化规律尚不清楚.更重要的是,其变形机制对温度和层错能的依赖关系有待深入研究,这是目前影响TW工P钢合金设计和工艺开发的关键问题之一本文主要研究了凡-25M卜351一3AITWIP钢在不同温度下拉伸变形时,力学性能随温度的变化规律.通过光学显微镜(OM)及透射电子显微镜(TEM)观察了变形组织,并利用热力学公式估算了不同温度下的层错能,得到了层错能与变形机制之间的对应关系.1实验方法采用真空感应炉熔炼TWIP钢,其成分(质量分数,%)为:Mn24.8,513.17,AI3.12,C0.022,50.005,P0.01,Fe余量.铸锭在1473K保温Zh进行均匀化处理后,热轧成厚度为romm的板材.再将板材由10mm热轧至3~,经过1373K固溶处理20min后,继续冷轧至1mm,最后在1373K固溶处理6min后水淬.将薄板制成标准拉伸试样,分别在298,373,473和673K条件下进行拉伸,拉伸速度为3mm/min,拉伸结束后将试样迅速水淬,以保留变形温度下的组织.拉伸变形后的试样经线切割制成金相试样.金相试样经打磨、抛光后用4%硝酸酒精腐蚀,通过Leica光学显微镜观察其金相组织(OM).采用PW3040/60型X射线衍射(XRD)仪确定实验钢的物相组成.采用JEM2010及TECNA工G220型透射电子显微镜(TEM)对变形后的TWIP钢薄膜试样进行组织观察.2实验结果2.1力学性能图1是凡-25Mn--3Si一3AITWIP钢在298,373,473及673K时变形的工程应力一应变曲线.由图可以看出,在298K变形时,TWIP钢的强度明显高于高温变形时的强度;在373,473和673K变形时,TWIP钢的强度差别不大,延伸率随温度的升高明显降低.图2是TW工P钢的屈服强度、抗拉强度和延伸率随温度变化的曲线.由图可知,TWIP钢的屈服强度、抗拉强度和延伸率均随温度的升高而降低.这与Rommeye:等[l]和Gr由sel等冈所得到的TWIP钢在拉伸变形过程中力学性能与温度的依赖关系相符.2.2显微组织TWIP钢冷轧板经1373K固溶处理6min后,作为不同温度下拉伸实验的原始材料,其金相组织为奥氏体组织,奥氏体基体中分布着大量的退火孪晶,如图3a所示.图3b为该条件下的XRD谱.由图可知,实验钢中仅包含单相奥氏体组织.图4是TWIP钢在不同温度下拉伸变形后的金相组673K4邓K373K0.20.30.40.50.60.70.8Engineeringstrain一/刁犷/一八U一.2了J‘

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