热轧DP600汽车用钢变形及断裂行为研究

摘要

双相钢兼有较高的强度、高的碰撞吸收能力与优良的成型性能而广泛用于汽车零部件（如车轮、保险杠、悬挂系统及加强件等）。热轧双相钢与冷轧双相钢相比，具有成本低、生产过程简便、生产规模大及综合性能良好的优点而成为国内外研究的重点。研究不同工艺条件下热轧双相钢受外加应力作用下变形与断裂行为及机理，为高强度热轧双相钢的生产及应用提供理论依据与实验数据。
　　本文以热轧DP600汽车用钢作为研究对象，借助万能拉伸试验机、光学显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射技术(EBSD)、疲劳试验机以及透射电子显微镜(TEM)研究了三种不同工艺条件下组织、静态拉伸力学性能、以及不同应力比、应变幅实验钢的疲劳变形与断裂行为，分析了静态拉伸及疲劳变形条件下裂纹的萌生行为和位错结构演变等，得出的主要结论如下:
　　(1)实验钢在三种工艺下得到的组织均是铁素体加马氏体，不同工艺下的铁素体形态、晶粒大小和马氏体含量不同。实验钢中也存在少量的夹杂，主要有三角形状的SiC，球形的Al2O3以及Al2O3和MnS的复合夹杂。研究表明，热轧DP600实验钢力学性能最佳工艺为工艺一其屈服强度为394.9MPa，抗拉强度为641.6MPa，延伸率25.97％，塑性应变指数为0.154。
　　(2)当频率和应变幅一定时，应力比R=-1与R=-0.1两组实验钢都出现循环软化-硬度-软化现象，但是R=-0.1实验钢的疲劳寿命(N=89560)是R=-1的2.6倍;当频率和应力比R一定时，ε=0.3％实验钢疲劳寿命(N=34489)是ε=0.6％的10.4倍。通过数据分析，当加载条件相同ε=0.3％，R=-1，f=5Hz时，工艺一条件得到的实验钢表现为循环软化-硬化-软化-断裂现象，而工艺二与工艺三810℃处理实验钢都表现为循环硬化-软化-断裂现象，且疲劳寿命降低。
　　(3)实验钢在静态拉伸变形条件下，随着应变量的增加，在Al2O3(Al2O3/MnS)夹杂物与铁素体基体界面处、铁素体与马氏体相界面处、铁素体晶界处萌生微孔。微孔的形成与变形过程中位错的运动、增殖等有关，当位错在夹杂物与基体界面、马氏体与铁素体相界面及铁素体晶界处塞积而产生应力集中导致大量微孔产生。而实验钢在疲劳载荷作用下，微裂纹不仅在实验钢表面产生，而且在夹杂物与基体界面处、马氏体与铁素体相界面处及铁素体晶界处产生;裂纹主要是沿着靠近马氏体岛的铁素体晶界及马氏体与铁素体相界面进行扩展。疲劳断口分析结果表明，疲劳断口分为三个区域裂纹源、扩展区和瞬断区。裂纹起裂于实验钢表面，但是内部存在大量疲劳带，并有大量微裂纹。

目录

声明

摘要

1．1 汽车用钢简介

1．2 热轧双相钢成分与工艺、性能特点

1．2．1 合金元素对组织性能的影响

1．2．2 热轧双相钢的生产工艺

1．2．3 热轧双相钢的生产现状

1．3 静拉伸变形行为及影响因素

1．3．1 静拉伸多晶体材料塑性变形特点

1．3．2 变形过程中微观应变协调与微观组织变化

1．3．3 影响材料塑性变形微观组织的因素

1．4 材料的疲劳变形及断裂影响因素

1．4．1 晶界对疲劳裂纹萌生影响

1．4．2 夹杂物对疲劳裂纹萌生影响

1．4．3 材料的相组成类型及含量对疲劳裂纹萌生影响

1．4．4 疲劳裂纹萌生与扩展其他影响因素

1．5 本课题的研究意义及内容

第2章 实验材料与方法

2．1 实验材料与控轧工艺

2．2 组织、织构分析方法

2．2．1 金相组织分析

2．2．2 织构分析

2．3 静拉伸力学性能测试

2．3．1 断口分析

2．3．2 位错分析

2．3．3 微孔分析

2．4 疲劳变形试验方法

第3章 不同工艺对DP600汽车用钢组织及静拉伸变形行为影响

3．1 组织分析

3．2 晶粒取向及晶界结构分析

3．2．1 截面取向成像图

3．2．2 晶界结构

3．3 夹杂物分析

3．4 力学性能分析

3．5 静态拉伸时实验钢中裂纹萌生与扩展

3．6 静态拉伸断口分析

3．7 不同应变条件下位错的变化

3．8 工艺参数对组织及静态拉伸过程实验钢变形与断裂影响

3．9 本章小结

第4章 热轧DP600汽车用钢疲劳变形与断裂行为

4．1 应力比和应变幅对实验钢变形及断裂行为的影响

4．2 不同工艺条件实验钢循环变形行为

4．3 不同循环变形条件下实验钢的位错变化

4．3．1 不同应变幅条件下位错的变化

4．3．2 不同循环周次条件下位错的变化

4．3．3 不同应力比条件下位错的变化

4．4 疲劳裂纹的萌生与扩展

4．4．1 疲劳裂纹的萌生

4．4．2 疲劳裂纹的扩展

4．5 晶界特征对疲劳裂纹的影响

4．6 不同工艺实验钢的疲劳断口

4．7 实验钢的疲劳变形与断裂分析

4．8 本章小结

第5章 全文总结

致谢

参考文献

附录