大变形轧制超细晶TWIP钢的组织及性能研究

通过大变形异步-同步轧制及随后600 ℃和700 ℃退火处理,成功制备了超细晶高锰TWIP钢,并研究了退火处理对大变形TWIP钢的组织和性能的影响.研究结果表明:经96%异步-同步大变形轧制后,材料组织显著细化,抗拉强度从621 MPa大幅提升至2 050 MPa; 经过600 ℃退火后,大变形轧制TWIP钢的组织基本完成了再结晶,材料的平均晶粒尺寸约为500 nm,抗拉强度1 079 MPa,延伸率达到了29%; 而经过700 ℃退火后,大变形TWIP钢的组织发生了完全再结晶,平均晶粒尺寸约为600 nm,抗拉强度达到了1 101 MPa,延伸率达到了54%.退火后的组织中存在大量的层错、位错胞等亚结构.相对于大变形轧制态和600 ℃退火态,700 ℃退火态的超细晶TWIP钢的优异的综合力学性能,主要源于孪晶诱发塑性变形机制及合金较低的层错能.     

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.     

热处理工艺对38CrMoAlA钢组织与性能的影响

 通过热处理工艺试验研究了38CrMoAlA钢不同淬火温度、冷却方式和回火温度对38CrMoAlA钢微观组织及力学性能的影响。结果表明,在900—1000℃淬火温度范围内,淬火温度对该钢的力学性能影响不大。不同的冷却方式因淬火介质的冷却强度不同,导致淬火后的组织不同,从而影响该钢的力学性能。回火温度对该钢的力学性能的影响较为显著,100—400℃范围内回火表现出回火脆性,在620℃回火能得到较好的强韧配合。该钢采用940℃,1h,油冷620℃,5h,油冷的热处理工艺时,可获得适宜的力学性能。     

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.     

Fe－20Mn－0．6C 高锰 TRIP/TWIP 钢微观组织表征

设计出一种 Fe－Mn－C 系 TRIP/TWIP 钢,通过静态拉伸测试热轧钢力学性能,并利用 EBSD、XRD、SEM 分析其拉伸变形后的微观组织变化．结果表明：Fe－20Mn－0．6C 钢板热轧后表现出优异的力学性能,真应变可达到0．59,抗拉强度为1631 MPa．热轧后组织为全奥氏体组织,晶粒尺寸较大并且伴有大量的退火孪晶,变形后出现孪生变形和马氏体相变;变形量较小时,马氏体相变并不明显,较大变形量时大量的马氏体在孪晶界和晶界附近弥散分布;并且随着应变量增大晶粒内出现二次孪生,并与一次孪生呈现多种交割方式．     

汽车用TWIP钢的力学性能与微观组织

采用热轧、冷轧及退火处理等工艺,对成分为25Mn-3Si-3Al的TWIP钢进行了试制,研究了钢板的力学性能、微观组织及其断裂机制,并采用X射线测定了钢板的晶体学织构.实验结果表明:钢板拉伸时发生典型的延性断裂;拉伸前的组织为伴有大量退火孪晶的奥氏体;在拉伸过程中退火孪晶转变成形变孪晶,使产品的强度和塑性提高;退火过程中形成的织构组分有利于塑性变形.     

不同热处理工艺对9SiCr钢组织性能的影响

为了提高9Si Cr钢的力学性能,研究不同热处理工艺对9Si Cr钢微观组织和力学性能的影响,采用转数200 r/min、载荷200 N、时间60 min的工艺方案,对试样进行磨损实验。结果表明:9Si Cr钢经过不同热处理后,获得的马氏体和碳化物的数量、大小、形状及分布各不相同,促使钢的硬度产生差异,从而使耐磨性能产生差异;经过盐浴加热淬火+低温回火的试样组织细小均匀,硬度已经较高,耐磨性最好。     

低碳Fe--Mn--Si--Al系TWIP钢的显微偏析行为

利用电子探针对实验室以及工厂冶炼的低碳Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢的显微偏析进行系统性检测.结果表明：该TWIP钢的实验室铸锭和工厂AOD电极锭具有明显的枝晶偏析,其中AOD电极锭的偏析程度更高,Mn和Al的最大偏析量分别高达6．8%和2．4%;AOD电极锭经电渣重熔后晶界偏析显著,偏析程度并没有得到明显减轻;最后经工厂高温锻造成型后的锭坯中晶界偏析得到改善.合金成分高和结晶温度间隔宽是产生较大显微偏析的主要原因.该TWIP钢的所有试样均呈相同的偏析规律,Mn为负偏析,Al和Si呈正偏析,且Al的偏析程度最高.通过Thermo-Calc对该TWIP钢的溶质分配系数进行计算,发现Mn和Al理论预测的显微偏析规律与实验所得的规律完全相反.通过实验验证,得出Si含量是影响Mn和Al偏析规律的决定性因素.     

YK钢热处理工艺对硬度的影响

研究了林业削片机刀片新材料ＹＫ钢奥氏体化条件对淬火效果的影响。探索了奥氏体化温度与时间对奥氏体晶粒度的影响。以及奥氏体化条件与淬火硬度、残余奥氏体及回火转变之间的关系。结果表明：针对新钢种的化学成分与刀片的服役要求,适当提高奥氏体化温度,并合理利用其二次硬化现象,可有效发挥新材料的性能潜力。     

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.     

先进高强度汽车钢板的研制

阐述传统相变塑性（transformation induced plasticity,TRIP）钢在成分设计上存在的不足,利用偏聚热力学和动力学设计新型TRIP钢的成分.依据扩散动力学估算TRIP钢经亚临界区等温退火后的最慢冷速,取平衡计算和偏平衡所得T₀温度的平均值作为过时效温度,依据Hillert模型估算贝氏体增碳所需时间,以上述估算所得的参数通过与大量实验室数据对比后均获证实.以热力学探讨TRIP钢热镀锌的条件,进行系列的焊接性能试验,并在上述基础上进行TRIP钢的大生产.以Dumay所提供参数,估算孪晶诱发塑性（twin induced plasticity,TWIP）钢中组元对奥氏体层错能（stacking fault energy,SFE）的影响,以及不同成分TWIP钢的层错能.根据形成六方马氏体所需层错能,设计TWIP钢的成分,经不同处理后获得应变诱发六方马氏体与淬火马氏体,探讨不同方法获得的马氏体对力学性能的影响.所设计钢经处理后,性能最佳者的抗拉强度达1GPa,延伸率为60%,完全满足第三代汽车用钢的要求.     

合金元素和固溶温度对TRIP/TWIP钢组织性能的影响

对不含Nb和含Nb的两种高锰TRIP/TWIP钢进行了固溶处理,通过室温拉伸实验研究了两种实验钢的力学性能.利用光学显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射观察实验钢变形前后的微观组织,并分析了含Nb实验钢中Nb析出物的形态和分布.实验结果表明:随着固溶温度的升高,两种成分的实验钢抗拉强度均下降.固溶温度为900℃时,含Nb实验钢组织仍有少量的热轧带状组织;固溶温度为1000℃时,与此时的不含Nb实验钢相比,含Nb钢基体内的晶粒细小;在拉伸实验中,两种实验钢均表现出TRIP/TWIP的特性,不含Nb实验钢的TRIP形变强化机制更为突出.     

晶界工程处理对304奥氏体不锈钢力学性能的影响

晶界工程是改善晶界特性以提高抗晶间退化能力的一种可行方法,能有效提高Σ重位点阵晶界的比例。研究基于304奥氏体不锈钢,通过控制不同的热机械加工工艺,以获得更高的Σ重位点阵晶界,优化晶界特征分布,利用电子背散射衍射技术分析不同样品的微观结构,通过室温拉伸试验研究晶界类型对304型奥氏体不锈钢力学性能的影响。结果表明,经过晶界工程处理的样品,其伸长率能得到一定程度的提升。分析断口微观形貌、平均施密特因子、泰勒因子得出,晶界工程处理能使得304奥氏体不锈钢基体内的第二相杂质减少、微观区域应变分布更均匀、滑移系统的激活过程更容易发生。     

重位点阵特征参数TEM测定新方法

重位点阵是描述晶界特性的一种重要模型。本文发展了一种测定重位点阵特征参数的ＴＥＭ新方法，其特点是把系统倾转技术和矩阵计算结合起来，这样既避免了菊池极法的局限性，又避免了极图法的不精确性，从而成为一种实用，快速，精确的测定方法。     

铜∑9〈110〉{221}对称倾斜晶界在纯剪切应力作用下结构转变行为的原子尺度模拟研究

采用原子尺度计算模拟方法并结合嵌入原子型原子间相互作用势,对含∑9〈110〉{221）对称倾斜晶界的铜双晶体在纯剪切载荷作用下的形变行为进行了研究．能量最小化弛豫分析表明,该晶界存在两个能量局部极小的优化结构,其能量低者为稳态结构,另一能量稍高者为亚稳态结构．对双晶体在室温下的剪切过程进行分子动力学模拟发现,在不同取向的剪切载荷作用下,该晶界的结构转变模式有如下三种方式：（1）纯粹的晶界滑移;（2）晶界局部原子重排同时伴随晶界位错发射;（3）晶界滑移与晶界迁移相结合的耦合运动．结构演化分析显示,纯粹的晶界滑移不改变晶界结构,晶界位错发射会引发孪晶的产生与面心立方结构向密排六方结构转化,而晶界耦合运动则随剪切方向的不同有两种不同的方式：其一为由晶界原子集体运动而引起的结构转变过程,其二为由晶界局部原子重排过程引起的结构转变,这些局部原子重排过程互不关联;其中,前者会使晶界结构在稳态与亚稳态之间转化,而后者会引起晶界小面化．分析表明,这些结构转变规律可采用晶界重位点阵理论给出较好的解释．     

Cr含量对高锰奥氏体TWIP钢高温氧化行为的影响

通过恒温氧化增重实验和扫描电镜观察及XRD分析,研究了Cr含量对高锰奥氏体孪晶诱发塑性(TWIP)钢在700℃氧化8 h的高温氧化动力学过程及氧化产物的影响.结果表明:随着Cr含量的提高,高锰奥氏体TWIP钢的抗氧化能力增强;当Cr的质量分数为1.13%时,经过在700℃下8 h的高温氧化,样品单位面积的氧化增重为30μg/mm2;而当Cr的质量分数增加到3.95%时,单位面积的氧化增重降低至3μg/mm2.随着Cr含量的增加,高锰奥氏体TWIP钢氧化层的致密度提高,氧化产物的构成也具有明显的差异.     

稀土含量对TRIP/TWIP钢晶粒及晶界特征的影响

利用XRD和EBSD分析稀土含量对TRIP/TWIP高锰钢相组成、晶粒及晶界特征的影响。结果表明,试验钢变形前组织以γ奥氏体为主,还有部分ε马氏体,经过塑性变形后,组织中还观察到少量α马氏体;随着稀土含量的增加,奥氏体转变为马氏体的量有所增加,表明稀土元素促进了试验钢的TRIP效应。此外,稀土元素的添加细化了试验钢中奥氏体晶粒,减少了小角度晶界数量而增加了大角度晶界数量,尤其是取向差为60°左右的大角度晶界;同时,稀土元素的添加也促进了低Σ值重位点阵(CSL)晶界特别是Σ3晶界的形成。     

应力状态对TRIP钢残余奥氏体稳定性的影响

通过单向拉伸、平面应变和双向等拉实验研究了宏观应力状态对相变诱发塑性(TRIP)钢中残余奥氏体稳定性的影响.实验中残余奥氏体在不同应变量的体积分数通过X-射线衍射法测量,并引入应力三维度水平来表征不同应力状态.结果表明,不管何种变形模式,TRIP钢中残余奥氏体的体积含量都随塑性应变的增大而减少,而且应力三维度水平越高,TRIP钢的相变速率越快,残余奥氏体的力学稳定性越差.基于此,给出了能够表征不同应力状态的应变诱发马氏体相变动力学方程.     

低硅Si-Mn系TRIP钢的组织和力学性能

在两相区不同温度(740、760、780、800℃)退火和在贝氏体区不同温度(370、400、430℃)等温处理,研究其对0．11C-1．65Mn-0．62Si的钢组织和力学性能的影响．试验表明,彩色金相可以清晰地观察TRIP钢复杂的多相组织(铁素体F 贝氏体B 残余奥氏体RA),随两相区温度的升高而F含量降低,奥氏体(A)量变大,B含量增加,抗拉强度Rm呈上升趋势,随B区温度的升高,应变硬化指数n值上升,塑性应变比R值变化不大．