汽车用TWIP钢压缩变形行为研究

论文摘要

钢铁工业是国民经济的重要支撑行业,为了满足汽车工业对轻量化、安全、环境、排放、成本控制及燃油经济性等方面的要求,钢铁工业正在不断的改革创新。现在越来越多的高强度钢（High Strength Steel-HSS）和超高强度钢（Ultra High Strength Steel-UHSS）被用来代替传统的低碳钢。TWIP钢为孪生诱发塑性钢,具有高的加工硬化率、高的延展性、高的强度等一系列特殊的机械性能,因此在未来的汽车工业生产中具有广阔的应用前景。金属的热变形行为是制定其挤压、轧制、扭转等热加工工艺的理论依据,同时通过热变形还可以改善金属材料的组织和性能。到目前为止,对TWIP钢热加工工艺的模拟实验研究并不多。本文作者采用Gleeble-3800热/力模拟试验机,在变形温度为973-1373K,应变速率为0.01-20s-1条件下,对TWIP钢进行热压缩实验,研究了TWIP钢在高温变形过程中的变形行为、变形组织的特点,目的在于了解TWIP钢的热变形规律并用于指导热加工工艺。另外,利用分离式霍布金森（SHPB）实验技术,研究了TWIP钢在常温高应变速率下的动态压缩行为,以服务于汽车工业的轻量化发展和防冲撞设计。主要结论如下:1. TWIP钢热压缩时,其流变应力受变形温度和应变速率的影响显著,且随变形温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大,流变应力曲线呈现出明显的动态再结晶特征。上述合金的热变形过程是受热激活控制的,热变形激活能Q值为436.813 kJ/mol。流变应力（σ）与变形温度（T）和应变速率（ε? ）之间满足双曲正弦关系,可采用Z参数来描述TWIP钢在热变形过程中的流变应力行为。通过回归分析求得Z参数的表达式及TWIP钢的流变应力方程分别为:2.变形温度对TWIP钢热变形的影响显著,随着变形温度的升高,合金动态再结晶现象越来越明显,变形温度达到1373K时,晶粒组织明显长大,粗化现象严重;变形温度低于1073K时,以形变硬化为主。应变速率对TWIP钢热变形也有较显著的影响,应变速率的增大有利于晶粒的细化。综合考虑热压缩变形抗力、热压缩组织演化和硬度值变化等因素,本TWIP钢的合适的变形工艺条件是:变形温度在1223-1323K之间,应变速率在1-10s-1之间。3.在动态冲击载荷下,TWIP钢的应力-应变曲线存在响应时间,并且在中间阶段出现了波浪形的应力起伏,随着应变速率的增加,总的趋势是强度、应变量随之增加。并且在有利取向的晶粒内易于多个孪晶系生成,其方向也不局限于退化孪晶的取向,不过高应变速率下形变孪晶的密度总体不高。孪晶和位错的交互作用,孪晶和孪晶的相互作用、特别是多次孪晶的出现是使TWIP钢得到强化的主要变形机制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 TWIP 钢在国内外的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 合金元素对TWIP 钢性能的影响
• 1.3.1 C 的作用
• 1.3.2 Mn 的作用
• 1.3.3 Si 的作用
• 1.3.4 Al 的作用
• 1.4 TWIP 钢的层错能
• 1.5 TWIP 钢的强化机制
• 1.5.1 高密度位错缠结理论
• 1.5.2 形变孪晶机制
• 1.6 影响TWIP 钢组织和力学性能的各种因素
• 1.6.1 温度的影响
• 1.6.2 应变速率的影响
• 1.6.3 不同加工工艺的影响
• 1.7 材料高温塑性变形行为研究概论
• 1.7.1 材料流变应力行为的研究内容
• 1.7.2 材料流变应力行为的研究方法
• 1.8 选题意义和研究内容
• 1.8.1 选题意义
• 1.8.2 研究内容
• 参考文献
• 第二章 实验材料与实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 材料和热处理工艺
• 2.1.2 试样制备
• 2.2 热压缩实验
• 2.2.1 实验设备
• 2.2.2 实验方案
• 2.2.3 热压缩实验有效性判据
• 2.3 动态压缩实验
• 2.3.1 实验设备
• 2.3.2 实验原理
• 2.3.3 实验方案
• 2.4 实验分析方法
• 2.4.1 X 射线衍射分析（XRD）
• 2.4.2 金相分析（OM）
• 2.4.3 硬度分析
• 2.4.4 透射分析（TEM）
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 TWIP 钢流变应力行为
• 3.1 前言
• 3.2 压缩试样宏观形貌分析
• 3.3 流变应力曲线分析
• 3.4 变形条件对流变应力的影响
• 3.4.1 应变速率对流变应力的影响
• 3.4.2 变形温度对流变应力的影响
• 3.5 TWIP 钢流变应力方程
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第四章 TWIP 钢热变形组织分析
• 4.1 前言
• 4.2 TWIP 钢变形前的金相组织
• 4.3 变形不均匀对显微组织的影响
• 4.4 TWIP 钢高温变形金相组织分析
• 4.4.1 变形温度对显微组织的影响
• 4.4.2 应变速率对显微组织的影响
• 4.5 TWIP 钢高温变形前后 X 射线衍射分析
• 4.6 TWIP 钢变形前后硬度分析
• 4.7 讨论
• 4.8 本章小结
• 参考文献
• 第五章 TWIP 钢动态力学性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 力学性能测试
• 5.2.2 显微组织观察
• 5.2.3 TEM 组织观察和X 射线衍射分析
• 5.3 讨论
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 结论
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文