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本文研究了五种不同锰含量的孪晶诱发塑性(TWIP)钢在不同应变速率下的拉伸应变行为。动态拉伸试验在气动式间接杆杆型冲击拉伸试验机上进行,采用LOM、XRD、SEM和TEM等手段分析研究了奥氏体的形变诱发相变和形变孪晶对TWIP钢力学性能的影响,并分析了TWIP钢的断裂行为。研究成果可为汽车工业的轻量化及防冲撞设计提供借鉴。
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1、利用光学显微镜测试了试验钢变形前后的组织。结果表明,I#钢的金相组织由奥氏体和第二相组成,变形过程中不产生形变孪晶;其余四种钢随着锰含量的增加,组织为全奥氏体,且变形过程中产生大量形变孪晶。
2、对五种TWIP钢在10-5~103s-1应变速率范围的室温拉伸性能进行了研究。结果表明,静态时,随着应变速率增加,材料的屈服强度增大,1#钢和2#钢抗拉强度下降,其它三种钢抗拉强度变化不大;1#钢的均匀延伸率和断裂延伸率增大,其它四种钢的均匀延伸率和断裂延伸率下降。动态拉伸时,随着应变速率增加,材料的屈服强度和抗拉强度增大,均匀延伸率变化不大,断裂延伸率有所上升。五种材料均体现出显著的应变速率敏感性。
3、利用XRD分析了奥氏体的转变量随应变和应变速率的变化规律。结果发现,1#钢和2#钢变形过程中发生了马氏体相变,而3#钢变形过程中没有发生马氏体相变。奥氏体转变量随应变速率的增加而减小,随应变量的增加而增加。
4、计算了应变硬化指数n值随应变速率和应变的变化规律。结果发现,五种钢的n值是变化的,1#钢的n值随应变呈抛物线关系,遵循关系式:n=aε2+bε+c;其它四种钢的n值与应变呈对数关系,遵循关系式:n=alnε+b。奥氏体的应变诱发相变和变形过程中产生的形变孪晶显著影响TWIP钢的应变硬化能力。
5、采用SEM检测了TWIP钢动态拉伸后的组织形态。结果发现,TWIP钢具有典型的延性断裂断口特征,其变形和断裂过程为微孔洞的形核、长大和聚合。
含有第二相的TWIP钢(如1#钢)的断裂机制为:第二相和奥氏体相界面聚合力的减弱或第二相本身加工硬化导致的开裂促使微孔形核,形变过程中产生的应力集中使微孔长大、聚合直至发生断裂。全奥氏体的TWIP钢(如5#钢)的断裂机制为:形变过程中位错的运动受孪晶界的阻碍,形变孪晶与位错的交互作用使微孔形核于孪晶界处,应力集中使微孔长大、聚合直至材料发生断裂。