高锰TRIP钢的ε/α’马氏体相变与力学性能研究

摘要

高锰钢由于具有很高的加工硬化率，并且强度高、塑性好，在汽车、机械和建筑等领域都有十分广阔的应用前景。根据钢中Mn等合金元素含量的不同，高锰钢在变形过程中会发生孪晶诱导塑性(TWIP)或相变诱导塑性（TRIP）现象。但是，为了更好的设计出具有性能优越的高锰钢，锰含量与该过程中的加工硬化行为和力学性能的关系还需要深入研究。以此为背景，本文探索了不同成分的高锰TRIP钢中的ε/α'马氏体的相变行为及其与力学性能的依赖关系。论文的主要内容和取得的结果如下: (1)为了研究Mn含量对高锰TRIP钢性能的影响，设计了三种Mn含量分别约为15％、17％和19％的高锰TRIP钢。利用热力学计算法得到了三种实验钢的层错能依次为3.1mJ/m2、4.6mJ/m2和6.6mJ/m2;通过膨胀法测得的三种钢的Ms、As和Af温度都随着Mn含量提高而下降。 (2)通过高温压缩实验获得了17Mn钢在轧制温度范围内的热加工方程和静态再结晶模型。在高温低应变速率下，17Mn钢中奥氏体更容易发生动态再结晶，只发生回复过程的变形奥氏体晶粒在淬火时容易产生α'马氏体。 (3)研究了固溶温度、冷却速率和奥氏体预变形对于Fe-17Mn-0.05C钢的马氏体相变和力学性能的影响。当固溶温度越高，冷却速率越大时，钢中的ε马氏体含量越高;原奥氏体晶粒尺寸越小，热诱导ε马氏体含量越高，钢的力学性能越好。奥氏体预变形抑制了钢中的热诱导ε马氏体相变，但可以提高钢的强度。 (4)对比不同Mn含量高锰TRIP钢的各项性能，明确了热与变形诱导ε/α'马氏体对高锰TRIP钢加工硬化行为的影响。15Mn钢的层错能较低，固溶处理后的组织中含有奥氏体和ε/α'马氏体三相组织。在变形过程中ε马氏体很容易向α'马氏体转变，使钢的屈服强度变得较小;但继续变形时，钢中少量的热诱导α'马氏体会成为变形时较大的阻碍，使钢的加工硬化率和强度都提高。17Mn和19Mn钢的层错能较高，固溶处理后只包括奥氏体和ε马氏体两相，变形开始阶段ε马氏体向α'马氏体转变较为困难，钢中的热诱导ε马氏体板条提高了钢的屈服强度;随着变形的进行，ε马氏体向α'马氏体的转变过程释放了ε马氏体上的应力，提高了钢的塑性。

目录

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摘要

第1章绪论

1．1概述

1．2层错与高锰TRIP／TWIP钢简介

1．2．1堆垛层错与层错能

1．2．2高锰TRIP钢简介

1．2．3高锰TWIP钢简介

1．3合金元素对高锰TRIP／TWIP钢性能的影响

1．4高锰减振结构钢

1．4．1高锰钢的减振机理

1．4．2高锰钢减振性能的影响因素

1．5本课题研究的目的、意义和内容

1．5．1研究目的

1．5．2选题意义

1．5．3研究内容

第2章实验材料与方法

2．1引言

2．2实验材料

2．2．1合金成分设计

2．2．2实验钢的熔炼与轧制

2．3实验钢层错能的计算和相变温度点的测量

2．3．1实验钢层错能的计算

2．3．2实验钢相变温度点的测量

2．4实验方法

2．4．1实验设备

2．4．2试样的制备和观察、测试

2．5本章小结

3．1引言

3．2 17Mn钢的动态再结晶行为

3．2．1动态软化过程与热加工方程

3．2．2实验方案

3．2．3流变曲线和组织分析

3．2．4热加工方程的建立

3．3 17Mn钢的静态再结晶行为

3．3．1静态再结晶与再结晶率的计算

3．3．2实验方案

3．3．3静态再结晶的软化曲线分析

3．3．4静态再结晶模型的建立

3．4本章小结

第4章工艺因素对17Mn钢组织和性能的影响

4．1引言

4．2固溶温度对17Mn钢组织和力学性能的影响

4．2．1实验方案

4．2．2不同固溶温度下拉伸前组织分析

4．2．3 17Mn钢拉伸变形时的相变过程

4．2．4不同固溶温度下力学性能分析

4．2．5不同固溶温度下拉伸后组织分析

4．2．6不同固溶温度下断口形貌分析

4．3冷却速率对17Mn钢组织和力学性能的影响

4．3．1实验方案

4．3．2不同冷速下试样的组织分析

4．3．3不同冷速下力学性能分析

4．3．4不同冷速下断口形貌分析

4．4奥氏体预变形对17Mn钢组织和力学性能的影响

4．4．1实验方案

4．4．2奥氏体预变形后组织分析

4．4．3奥氏体预变形后的力学性能

4．4．4奥氏体预变形后断口形貌分析

4．5本章小结

第5章Mn含量对高锰钢组织和性能的影响

5．1引言

5．2实验方案

5．3固溶处理后组织分析

5．3．1金相与扫描组织

5．3．2 XRD物相分析

5．3．3 TEM微观形貌分析

5．4力学性能分析

5．5拉伸后的组织分析

5．5．1金相与扫描分析

5．5．2 XRD物相分析

5．5．3断口形貌分析

5．6本章小结

第6章结论

参考文献

致谢