一种预测TRIP型高强钢疲劳断裂后奥氏体含量的方法

摘要

本发明公开了一种预测TRIP型高强钢疲劳断裂后奥氏体含量的方法，首先测量板料初始残余奥氏体体积分数；然后对板料加载不同应力幅值的循环载荷，直到试样断裂或超过一百万次循环次数；基于试验数据拟合得到TRIP型高强钢在不同应力幅值的循环载荷作用断裂后，试样断口附件残余奥氏体含量的表达式；基于表达式，给定应力幅值即可精确预测TRIP型高强钢不同应力幅值疲劳断裂后的残余奥氏体含量。本发明简单、准确、成本低廉且易于实施，对不同应力幅值疲劳断裂后TRIP型高强钢板料的残余奥氏体含量进行准确预测，为预测板料寿命及性能提供依据，从而加速推广TRIP型高强钢。

说明书

技术领域

本发明涉及到金属材料性能领域，尤其涉及到一种预测TRIP型高强钢疲劳断裂后奥氏体含量的方法。

背景技术

汽车轻量化是汽车节能减排的主要途径，在能源危机和环境问题日益突出的今天备受重视。相变诱发塑性(Transformation-induced plasticity，简称TRIP)钢，作为先进高强钢的代表，其内部的残余奥氏体在应力/应变的作用下会发生马氏体相变而提高材料整体塑性和硬化能力，因此获得了非常高的强塑积。这使得TRIP钢成为汽车结构件尤其是安全构件，如B柱、车门防撞杆等用材的优良选择。

疲劳断裂是车身零件的主要失效形式之一，先进TRIP型高强钢在车身上的应用推广必须满足疲劳性能的要求。因为TRIP型高强钢中存在一定含量的残余奥氏体随外加应力和应变而转化，所以在TRIP型高强钢材料服役过程中，残余奥氏体在循环载荷作用下发生的马氏体相变会对材料的寿命和性能造成显著的影响。因此，定量、快速、准确的预测疲劳断裂后试样的残余奥氏体含量对应用TRIP型高强钢和分析其失效机理具有重要意义。

循环载荷作用下TRIP型高强钢材料的残余奥氏体相变规律与单向静载荷下有明显区别，传统方法基于单向静载荷加载得出的残余奥氏体相变规律不能用于预测循环载荷作用下TRIP型高强钢中的残余奥氏体含量。循环载荷作用疲劳断裂后TRIP型高强钢中奥氏体含量的准确预测需要基于循环加载提出新的方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种预测TRIP型高强钢疲劳断裂后奥氏体含量的方法。本发明的预测方法准确、快速且易于实施，可对不同应力幅值的载荷疲劳断裂后板料中的残余奥氏体含量进行准确预测，为准确估计TRIP型高强钢材料的疲劳寿命和性能提供依据，从而加快TRIP型高强钢的推广。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种预测TRIP型高强钢疲劳断裂后奥氏体含量的方法，包括以下步骤：

步骤S1：准备TRIP型高强钢板料疲劳试样，测量板料初始的残余奥氏体体积分数；

步骤S2：在不同应力幅值循环载荷作用下对板料进行疲劳破坏试验，在室温下对试样施加不同应力幅值的循环载荷，直到试样疲劳破坏或者循环次数高于100万次，停止试验并取下试样，测量断裂中心点10mm处的残余奥氏体含量；

步骤S3：根据有限次实验的结果，拟合疲劳断裂后试样中的残余奥氏体含量随最大应力变化而变化的关系，建立疲劳断口附近残余奥氏体含量随应力幅值变化的表达式：

其中，S_b为临界最大应力，通过有限次实验来确定；低于此临界应力，无论循环多少次，奥氏体体积分数保持为f_γf(means)，可以通过有限次实验结果求平均获得；超过此临界应力，奥氏体体积分数依据上式中f_γf的表达式来计算；

步骤S4：结合以上步骤所得的疲劳断口附近残余奥氏体含量随应力幅值变化的表达式，定量预测TRIP型高强钢板料疲劳断裂断口附近的残余奥氏体含量。

进一步地，步骤S1中的所述测量板料初始的残余奥氏体体积分数采用X射线衍射法。

进一步地，步骤S2中所述的疲劳破坏试验是对试样施加循环载荷，直到试样疲劳破坏或者循环次数高于100万次，停止试验。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明考虑了不同应力幅值的循环载荷对残余奥氏体相变的影响，通过本发明提出的预测公式，可以准确、快速的预测循环载荷作用疲劳断裂后板料中的残余奥氏体含量，降低了时间成本和经济成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明的预测TRIP型高强钢疲劳断裂后奥氏体含量的方法的示意图；

图2为QP980钢在不同应力幅值循环载荷作用下疲劳断裂后的残余奥氏体含量。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

图1为本发明的预测TRIP型高强钢疲劳断裂后奥氏体含量的方法的示意图；如图1所示，本发明的预测方法包括如下步骤：

一种预测TRIP型高强钢疲劳断裂后奥氏体含量的方法，包括以下步骤：

步骤S1：准备TRIP型高强钢板料疲劳试样，测量板料初始的残余奥氏体体积分数；

步骤S2：在不同应力幅值循环载荷作用下对板料进行疲劳破坏试验，在室温下对试样施加不同应力幅值的循环载荷，直到试样疲劳破坏或者循环次数高于100万次，停止试验并取下试样，测量断裂中心点10mm处的残余奥氏体含量；

步骤S3：根据有限次实验的结果，拟合疲劳断裂后试样中的残余奥氏体含量随最大应力变化而变化的关系，建立疲劳断口附近残余奥氏体含量随应力幅值变化的表达式：

其中，S_b为临界最大应力，通过有限次实验来确定；低于此临界应力，无论循环多少次，奥氏体体积分数保持为f_γf(means)，可以通过有限次实验结果求平均获得；超过此临界应力，奥氏体体积分数依据上式中f_γf的表达式来计算；

步骤S4：结合以上步骤所得的疲劳断口附近残余奥氏体含量随应力幅值变化的表达式，定量预测TRIP型高强钢板料疲劳断裂断口附近的残余奥氏体含量。

其中，步骤S1中的所述测量板料初始的残余奥氏体体积分数采用X射线衍射法。

其中，步骤S2中所述的疲劳破坏试验是对试样施加循环载荷，直到试样疲劳破坏或者循环次数高于100万次，停止试验。

实施方式一

本发明选用QP980钢，对QP980钢在不同应力幅值循环载荷作用下疲劳断裂后的残余奥氏体含量进行预测，包括如下的步骤：

1、本实例中以厚度为1.2mm的QP980板料为例，准备若干QP980钢板疲劳试样，使用X射线衍射法测得原始状态试样的残余奥氏体体积分数为f_Y0＝10.68％；

2、对试样施加应力比R＝0.1，最大应力S_max分别为960MPa、750MPa、630MPa，的循环载荷，即应力幅值S_a分别为432MPa、337.5MPa、283.5MPa，直到试样疲劳破坏或者循环次数高于100万次，停止试验取下试样，测量试样断口附近10mm的残余奥氏体体积分数；

3、根据步骤2得到的疲劳断裂后残余奥氏体含量随应力幅值变化的数据，如图2所示，可以发现当循环载荷的最大应力小于840MPa时，依据此实验数据可设S_b为840MPa，其中，应力幅值小于378MPa，最终存留下来的残余奥氏体体积分数保持在非常小的范围内波动，可以视为常数，不随最大应力或者应力幅值的变化而变化，取为在几个不同应力水平下测得的残余奥氏体含量的平均值：建立不同最大应力循环载荷作用下残余奥氏体体积分数的表达式:

4、而当循环载荷的最大应力大于840MPa,最终存留下来的残余奥氏体体积分数随最大应力或者应力幅值的增大而减少，可以通过下式来描述两者之间的关系：

f_γf＝f_γf(means)-k(S_max-840)^m

式中，k，m为常数，测量不同应力幅值循环载荷作用下，最终疲劳断裂试样中心点的残余奥氏体体积分数，拟合得到k＝2.5508×10^-8，m＝2.96。

5、综上步骤3和步骤4中，最终疲劳断裂试样中的残余奥氏体体积分数与最大应力的实验数据，用分段函数拟合该关系：

根据最终得到分段函数表达式，即可准确、快速地计算QP980钢板在不同应力幅值循环载荷作用下疲劳断裂后的残余奥氏体含量。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。