Fe-8/11Mn-4Al-0.2C钢的力学性能及应变硬化行为

对Fe-8Mn-4Al-0.2C(8Mn)和Fe-11Mn-4Al-0.2C(11Mn)实验钢进行不同温度的淬火热处理,实现奥氏体体积分数和稳定性的最优化.通过拉伸实验可得,8Mn钢和11Mn钢在淬火温度为750℃时,获得最佳的力学性能组合,即强塑积为46.4 GPa%和66.9 GPa%.8Mn-750试样和11Mn-750试样在拉伸过程中表现出相同的三阶段应变硬化行为.通过XRD测定变形过程中奥氏体体积分数的变化,研究发现TRIP效应主要发生在变形的第二和第三阶段.11Mn-750试样由于具有更高的奥氏体含量、转变量和稳定性,使得其塑性远远高于8Mn-750试样.     

Fe-20Mn-2.6Al-2.6Si钢拉伸变形机理研究

采用金相显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜研究了Fe-20Mn-2.6Al-2.6Si TRIP/TWIP钢在不同变形量下的微观组织变化.结果表明:在应变初期,主要是形成层错和位错;随应变的增大,γ奥氏体相逐渐减少,ε马氏体相和α马氏体相增多;在断裂阶段,主要组成相为α马氏体,即Fe-20Mn-2.6Al-2.6Si钢在拉伸变形过程中主要发生γ→ε→α或γ→α相变诱导塑性变形.金相组织表明:该钢变形量达到6.5%时,开始出现许多平直的条纹(通常称为形变孪晶);但高分辨透射电镜研究表明:不同程度变形后的微观组织都难以观察到形变孪晶,而那些金相组织和低倍透射电镜照片上的平直条纹往往是ε马氏体相,这进一步证实该钢的变形机制主要是TRIP效应.     

Fe--22Mn--0.7CTWIP钢的热塑性与断裂机制

基于Gleeble-1500热力模拟试验机测定了Fe-22Mn-0.7C TWIP钢和Q235钢700~1300益范围内的静态拉伸行为.采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、电子探针微区分析等技术表征两钢种不同温度下的变形特征和断口形貌.通过分析基体化学成分、相体积分数、晶粒尺寸、凝固缺陷等因素探讨TWIP钢铸态热塑性的变化规律及其影响机制.研究结果表明,Fe-22Mn-0.7C TWIP钢700~1250益范围内的铸态抗拉强度高于Q235,而其断面收缩率低于40%,且断口均以沿枝晶间断裂方式为主.晶粒细化和控制溶质显微偏析有利于提高TWIP钢热塑性,与基体均质性改善有关.此外,增加应变速率TWIP钢拉伸强度和断面收缩率同时增大.     

热处理工艺对TWIP钢组织性能的影响

对3种不同成分的TWIP钢(Fe-25Mn-4Si-2Al,Fe-30Mn-4Si-2Al,Fe-30Mn-3Si-3Al)进行热轧后的热处理实验,结果表明,增加固溶处理的保温时间,可提高TWIP钢的延伸率,而强度的变化并不明显.从晶界的角度分析了性能变化的原因:增加固溶处理的保温时间,有利于生成退火孪晶,不但增加退火孪晶界的面积,也有利于增加其他特殊晶界(CSL晶界)的数量.CSL晶界对材料的抗晶间腐蚀、断裂和蠕变强度的提高均有有益的作用,因此,通过控制TWIP钢的热处理工艺来提高原始组织中特殊晶界的含量,可以提高TWIP钢的强韧性.     

TWIP 钢的孪晶及其对Hall-Petch关系的影响

采用背散射电子衍射、透射电子显微镜和拉伸实验等研究了退火温度对冷轧态Fe-25Mn-3Al-3Si TWIP钢微观组织及力学性能的影响,并分析了Hall-Petch关系.结果表明,完全再结晶组织由等轴晶和退火孪晶组成,再结晶晶粒平均尺寸随退火温度的升高单调增大,∑3晶界面积分数随退火温度升高而呈现波动增加,850 ℃退火1 h后∑3晶界面积分数达到44%.拉伸过程中强度与晶粒大小都服从Hall-Petch关系, 但孪晶界影响Hall-Petch关系斜率K(ε)的大小.TWIP钢K(ε)-ε关系不同于一般钢材常温下的K(ε)随ε增加单调上升,TWIP钢K(ε)随着ε的增加逐渐增大,然后出现平台,最后下降.     

析出强化与孪晶强化在Fe--24 Mn--3 Si--3 Al TWIP钢退火过程中的作用机制

对Fe-24Mn-3Si-3Al TWIP钢在不同退火工艺下进行力学性能测试,采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和透射电子显微镜(TEM)观察钢的微观组织形貌.结果表明:随着退火温度和保温时间的变化,TWIP钢的力学性能并不符合常规的单调上升或下降的规律,而在退火温度为800℃、保温10 min和退火温度为900℃、保温20 min时发生波动.退火温度为800℃、保温10min条件下,钢的主要强化机制为析出强化,析出相(Fe,Mn)23C6的增多导致屈服和抗拉强度升高;退火温度为900℃、保温20 min条件下,钢中的析出相并未有明显的变化,而二次孪晶的产生及孪晶相互交割成为抗拉强度增加的主导因素.     

Fe-11Mn-4Al-0.2C中锰钢动态变形行为及其本构模型

基于准静态和动态拉伸实验，建立Fe-11Mn-4Al-0.2C中锰钢在2×10^-3~200s^-1应变速率下变形行为的Johnson-Cook(J-C)本构模型.结果表明，应变速率对弹性变形阶段无影响.在塑性变形初期，实验钢强度随应变速率增加而增加，在塑性变形中后期，实验钢强度随应变速率增加而减少.实验钢应变速率敏感性(SRS)指数m随着应变的增加，由0.013逐渐转变为-0.018.基于实验数据建立J-C本构模型，拟合效果不佳，存在5.1%的相对误差;通过改变应变速率强化系数，提出修正J-C模型，模型具有更好的拟合效果，表现出更小的相对误差，约为1.6%.     

固溶温度对Fe-20Mn-9Al-1.2C低密度钢组织性能的影响

为了达到低密度高强钢优异强韧性结合的目的，设计了一种低密度高强钢Fe-20Mn-9Al-1.2C,经冶炼、锻造和热轧后在900,950,1 000,1 050℃下分别进行固溶处理，保温24 min,并快速水淬，采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EMPA)等试验方法研究固溶温度对试验钢组织性能的影响.结果表明：所设计的新型低密度钢的密度为6.826 g/cm³,比常规钢的密度降低约13%.当固溶温度为1 000℃,低密度钢的综合力学性能最佳，其抗拉强度可达1 065 MPa,屈服强度为937 MPa,延伸率为65.3%,强塑积可达69.5 GPa·%,-40℃冲击功(V型缺口)为49 J.     

Fe-28Mn-3Si-3Al TWIP钢变形的微观组织特征

采用扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射技术对TWIP钢拉伸变形后的组织进行了观察和分析. 研究结果表明,热处理后的TWIP钢中存在60%的退火孪晶,变形后孪晶量减少为32%. 在拉伸过程中,具有退火孪晶的晶粒内部首先发生变形,产生的变形孪晶遗传了退火孪晶的取向. 变形过程中孪晶和位错相互作用、孪晶和孪晶相互作用以及孪晶取向改变引发滑移的综合结果使TWIP钢同时获得高塑性和高强度,因此变形过程中孪生变形是TWIP钢的主要变形机制.     

基于层错能的中锰Q&P钢变形机制研究

首先利用层错能的热力学模型计算了Mn含量分别为5%、7%的中锰QP钢中残余奥氏体的层错能,并分析了热处理过程中碳配分对层错能的影响;然后通过XRD、SEM及TEM分析等研究了中锰QP钢拉伸变形过程中的变形机制;最后将层错能与实测变形机制相结合分析了两者的关系.结果表明:中锰QP钢残余奥氏体的层错能计算必须考虑碳的配分;7Mn-1.5Si-0.2C试样的层错能为4.55 m J/m~2,5Mn-1.5Si-0.2C试样的层错能为17.8 m J/m~2;钢中残余奥氏体含量的对数与变形量成线性关系;中锰QP钢的残余奥氏体在变形过程中主要发生的是TRIP效应,这与通过层错能判别的结果相吻合.     

Nb及二次淬火对Q＆P钢组织性能的影响

主要对0.19C-1.52Si-1.53Mn-0.14Al-0.048Nb和0.19C-1.52Si-1.48Mn-0.15Al两种成分的钢进行了Q＆ P(quenching and partitioning)工艺处理,并研究二次淬火对Q＆ P钢组织性能的影响.结果表明:Nb的加入能够起到细晶强化和沉淀强化的效果,提高Q＆ P钢的综合性能.强塑积最高可达到25190MPa·%.二次淬火能够提高实验钢最终的马氏体含量,并大大提高钢的抗拉强度和屈服强度,降低了实验钢的应变硬化指数和总延伸率.若不采用二次淬火则会使实验钢的塑性大大提高,综合力学性能较高.     

铜铝锰钛形状记忆合金的微观组织、超弹性和形状记忆效应

制备了5种掺杂Ti的Cu-Al-Mn基形状记忆合金,并对其显微组织、马氏体相变、超弹性和形状记忆效应进行研究.结果表明,Cu-Al-Mn-Ti形状记忆合金组织中存在两种L21相,包括L21-Cu2AlMn母相和L21-Cu2TiAl析出相.在变形过程中,应力诱发了L21-Cu2AlMn母相到马氏体相的相转变,由于存在弥散的L21-Cu2TiAl相,部分应力诱发马氏体相发生稳定化.因此,制备的5种成分的形状记忆合金(Cu-13.3Al-9.7Mn-4.3Ti、Cu-12.4Al-5.0Mn-4.3Ti、Cu-12.3Al-6.8Mn-4.2Ti、Cu-12.7Al-9.8Mn-2.1Ti和Cu-12.9Al-5.3Mn-2.8Ti)在室温下变形的同时具有超弹性和形状记忆效应.     

低硅低铝 TWIP 钢拉伸性能

设计并冶炼了了三种不同成分的低硅低铝的 TWIP 钢,将铸态下的 TWIP 进行热处理后轧制。对这三种 TWIP 钢进行了拉伸实验,研究低硅低铝条件下不同合金成分 TWIP 的拉伸性能。结果表明,当成分为 Fe-25Mn-1.0Si-1.5Al 时钢的抗拉强度明显降低,延伸率明显增大,强塑积为47500 MPa%。观察 TWIP 钢变形前后金相组织发现,变形前三种 TWIP 钢的微观组织没有明显区别,变形后1#钢会产生大量形变孪晶。在变形过程中形成了高密度的孪晶。同时,SEM 观察 TWIP 钢拉伸后的断口形貌会发现,TWIP 钢拉伸后的断口为韧性断口,断口处存在大量的等轴韧窝,这与 TWIP 钢的良好拉伸性能符合。     

温轧态Fe3Al-Ti合金的低温超塑性

采用拉伸试验研究了温轧态 Fe3Al- Ti合金 Fe- 2 8Al- 2 Ti的低温变形行为 .发现当应变速率为 1.2 5× 10 - 4 s- 1和 2 .5× 10 - 4 s- 1时 ,该合金在 6 0 0～ 70 0℃具有超塑性 .70 0℃时断裂延伸率可达 389%,根据试验数据计算出应变速率敏感指数一般低于 0 .3.金相组织观察表明 ,变形过程中发生了动态回复和动态再结晶 ,从而导致了温轧态 Fe3Al- Ti合金的超塑性 .     

铁基非晶复合材料的磁学性能研究

采用水冷铜坩埚磁悬浮熔炼和负压铜模吸铸法,制备了Fe-15Mn-5Si-xCr-0.2C(wt.%)非晶复合材料,由XRD表征试样的物相组成,采用VSM结合M-H曲线和B-H曲线分析Cr元素含量变化对非晶复合材料磁学性能的影响.结果表明:Fe-15Mn-5Si-xCr-0.2C(x=1、2、4、6、8、10、12、13、14)试样由α-Fe相、γ-Fe相和非晶相三部分组成.Cr元素含量的增加使得合金混合焓减小而混合熵增加,Fe-15Mn-5Si-14Cr-0.2C试样中非晶相和α-Fe相的协同作用,使得试样的软磁性能最优,其矫顽力和饱和磁感应强度分别达到为16.12 A/m、5.1 T.     

退火温度对25Mn-3Si-3Al-TWIP钢组织和力学性能的影响

研究了不同退火温度对25Mn-3Si-3Al-TWIP钢组织和力学性能的影响.结果表明经1000℃退火后,此钢种可达到640MPa左右的抗拉强度和255MPa左右的屈服强度以及82%以上的延伸率,具有较好的综合力学性能.其室温组织为单相奥氏体基体的退火孪晶,通过TEM观察内部为大量的层错和孪晶共存结构.在随后的拉伸变形过程中产生大量形变孪晶,发生了TWIP效应——孪晶诱发塑性效应,使钢板具有优良的力学性能.     

应变率对等温锻造TiAl基合金脆韧转变特性的影响

文章对等温锻造近片层Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.4(W+Mo)(NL TiAl)合金在不同温度和应变率下实施了准静态拉伸力学性能测试,并对其力学性能和脆韧转变特性的应变率相关性进行了研究,结果表明,随着应变率的提高,脆韧转变温度(BDTT)随之上升;对1×10-3s-1不同温度变形后的试件进行了断口SEM分析和TEM分析,结果表明,随温度的不断上升,NL TiAl的断口形貌由穿晶断裂到沿晶断裂最终演化为塑性断裂,BDTT以下NL TiAl的主要变形机制为孪生机制,而BDTT以上其主要变形机制为位错机制。     

大晶粒TiAl基合金的超塑性变形行为

研究了大晶粒 Ti- 47Al- 2 Mn- 2 Nb- B合金的高温变形行为 .该合金具有近等轴 γ组织 ,其间均匀分布着少量极细的 α2 相 .测试在空气中进行 ,试样用釉涂覆加以保护 ,温度为 10 2 5～ 110 0°C,初始应变速率范围为 (0 .0 4～1.2 8)× 10 - 3 s- 1 .该合金表现出和常规细晶超塑性材料相同的变形特征 ,而无需满足细晶和晶界滑移的先决条件 .在所研究的大多数情况下 ,均可获得 2 0 0 %以上的延伸率 .110 0°C,4× 10 - 5 s- 1均匀变形条件下可获得 2 87.5 %的最大延伸率 ,相应的应变速率敏感指数为 0 .39.超塑变形后观察到显著的晶粒细化 .     

Relationship between the microstructure and properties of thermomechanically processed Fe-17Mn and Fe-17Mn-3Al steels

Two austenitic Mn steels(Fe-17 Mn and Fe-17 Mn-3 Al(wt%, so as the follows)) were subjected to thermomechanical processing(TMP) consisting of forging followed by solutionization and hot rolling. The rolled samples were annealed at 650 and 800°C to relieve the internal stress and to induce recrystallization. The application of TMP and heat treatment to the Fe-17 Mn/Fe-17 Mn-3 Al steels refined the austenite grain size from 169 μm in the as-solutionized state to 9–13 μm, resulting in a substantial increase in hardness from HV 213 to HV 410 for the Fe-17 Mn steel and from HV 210 to HV 387 for the Fe-17 Mn-3 Al steel. The elastic modulus values, as evaluated by the nanoindentation technique, increased from(175 ± 11) to(220 ± 12) GPa and from(163 ± 15) to(205 ± 13) GPa for the Fe-17 Mn and Fe-17 Mn-3 Al steels, respectively. The impact energy of the thermomechanically processed austenitic Mn steels was lower than that of the steels in their as-solutionized state. The addition of Al to the Fe-17 Mn steel decreased the hardness and elastic modulus but increased the impact energy.     

耦合孪生晶体塑性模型硬化参数的灵敏度分析

基于经典晶体塑性理论,建立了耦合孪生的晶体塑性本构模型并进行了全隐式积分的数值实现.该本构模型采用饱和硬化法则,并采用孪生阻力与滑移硬化之间的正比关系来描述孪生对滑移硬化影响及孪生硬化行为.针对该本构模型的13个参数,结合各参数物理意义提出了参数的分类确定方法.以孪生诱导塑性( TWIP)钢Fe-22Mn-0.6C为例,着重对硬化参数的局部灵敏度进行了分析,研究了各硬化参数对宏观力学响应、孪生激活和演化的影响,根据变形机制的不同宏观变形过程可区分为孪生硬化阶段和孪生硬化失效阶段,进而给出了硬化参数确定的步骤及其建议取值范围.结果表明：初始滑移阻力与屈服极限线性相关,取值范围在80~160 MPa之间;孪生硬化指数增大使得孪生硬化阶段减弱,其取值范围应在0~3之间;孪生阻力与滑移阻力比值增大,则孪生增长率降低,硬化率拐点后移,直至拐点消失,其取值范围在1~1.3之间.