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1h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.

TWIP钢在高温ECAP过程中的微观组织及孪晶行为研究

本研究通过等径通道挤压(ECAP)对孪晶诱导塑性变形钢(TWIP钢)在300℃下进行了晶粒细化,并运用金相显微镜、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)观察了经不同道次挤压后TWIP钢的晶粒、孪晶形貌及位错组织。结果表明,在均匀化退火状态下,试样晶粒基本呈现等轴状态,通过测微尺测量晶粒尺寸,约为(90±30)μm。在1道次挤压后,晶粒沿剪切方向显著伸长,并有尺寸较小的新晶粒产生,许多形变孪晶在剪切带中产生。2道次挤压后新产生的细小晶粒增多,并开始产生许多微孪晶,孪晶易于在晶界处产生。经过4道次等径通道挤压,晶粒逐渐细化至超细晶状态,晶粒尺寸达到0.3~1μm,孪晶厚度随挤压道次的增多而不断减小,甚至达到几十纳米。在不同晶粒尺寸下,TWIP钢在高温ECAP过程中产生孪晶的机理不同。

碳纤维增强热塑性复合材料与高强钢的电阻单元焊

利用电阻单元焊(REW)实现了碳纤维增强尼龙6复合材料(CF/PA6)与TWIP980钢的高强度连接.使用304不锈钢铆钉作为辅助单元,研究了焊接电流与焊接时间对接头力学性能的影响.得到强度不同的4种失效模式,分析了接头的微观组织以及CF/PA6与铆钉和钢板界面微观形貌.CF/PA6具有远低于高强钢的熔点和热导率,使得CF/PA6在焊接中极易发生过热分解.在保证形成一定尺寸熔核的同时,避免或减少CF/PA6的分解是CF/PA6高强钢电阻单元焊能够成功实施的关键.通过采用大焊接电流、短焊接时间这种较“硬”的焊接工艺,可以在获得较高强度接头的同时,降低CF/PA6的分解.基于接头失效载荷,确定了本研究条件下的焊接工艺窗口.该工艺对焊接时间的变化敏感,许用的焊接时间窗口窄.在焊接工艺窗口内,仍无法完全避免CF/PA6的分解.有必要对焊接过程温度场和熔核形成机理等开展进一步研究.

高锰钢的塑性变形机理与应用分析

着重介绍了高锰钢拥有优良性能的根本原因,详细分析了高锰钢的塑性变形机理,并结合这些最基本的特性,介绍了高锰钢的应用情况和潜在的应用前景。高锰钢具备超高的均匀延伸性能(可达90%)和强塑积(可达40 000 MPa%),具有超强的应变硬化能力(屈强比能低至0.3)和优异的耐磨性能,近年来得到了广泛的关注与研究,而应用领域和使用量也逐年快速提升。

不同焊接方法对TWIP钢焊后热影响区组织和性能的影响

文中对Fe-Mn-C系TWIP钢的焊接行为进行了系统研究,采用激光焊和钨极氩弧焊(TIG)进行了焊接试验,对两种焊接方法的焊后热影响区的显微组织及力学性能进行了分析.结果表明,激光焊后焊接热影响区(HAZ)及焊缝组织更为细小,分布也更为均匀,断后伸长率明显好于TIG焊.焊缝的显微硬度要高于HAZ和母材,TIG焊后HAZ晶粒严重长大,显微硬度在HAZ处也明显降低,出现了软化,导致综合性能偏差.

高强度和低弹性模量Ti−Nb−Fe−Zr合金的显微组织和力学性能

将Zr添加到Ti−Nb−Fe合金中开发生物医用低模量、高强度β钛合金。采用电弧熔炼法制备Ti−12Nb−2Fe−(2,4,6,8,10)Zr(摩尔分数,%)铸锭,随后对其进行均匀化、冷轧和固溶处理。通过光学显微镜、X射线衍射和透射电子显微镜等技术分析合金的物相和显微组织。采用拉伸试验测定力学性能。结果表明,Zr和Fe在合金中具有显著的固溶强化效果,因此,所有合金的屈服强度和抗拉强度分别高于510 MPa和730 MPa。Zr对变形机制的影响较小,孪晶出现在所有变形合金中,且对强度和塑性有益。具有亚稳β相的Ti−12Nb−2Fe−(8,10)Zr合金表现出低弹性模量、高抗拉强度和良好的塑性,是生物医学植入物的合适候选材料。

鞍钢先进高强汽车用钢的研制开发

介绍了鞍钢先进高强汽车用钢开发研制情况,包括以980 MPa级DP钢、TRIP钢、TWIP钢和QP钢为代表的热轧、冷轧和热镀锌先进高强钢系列产品,以及鞍钢开发的先进高强钢热镀锌生产技术,并对鞍钢先进高强汽车钢未来的发展方向进行了展望。

温轧TWIP钢芯三层板的组织和力学性能

采用热轧-温轧工艺制备了孪晶诱导塑性(TWIP)钢芯的三层复合板。用电子探针(EPMA)、高分辨扫描电镜(SEM)、显微硬度计和电子万能试验机对复合板的微观组织、元素分布、显微硬度和拉伸性能进行了测试和分析。结果表明,TWIP钢与低碳钢(LC)板界面结合良好,没有孔隙、裂缝等缺陷;在结合界面附近发生了Mn元素的扩散,该扩散符合菲克第一定律;轧制工艺制备的复合板晶粒细化,材料硬度提高;TWIP钢芯三层复合板的强度和伸长率与TWIP钢芯的厚度比成正比;在拉伸过程中两侧钢板的晶粒发生协调变形,裂纹首先出现在LC一侧,随后裂纹扩展,最终在TWIP/LC界面形成贯穿的连续裂纹。

450℃下热镀锌工艺对高强TWIP钢耐蚀性的影响

对孪晶诱导塑性(TWIP)钢在纯Zn浴和Zn-Al浴中450℃热镀锌后的耐蚀性进行研究,分析热镀时间对镀层厚度的影响.利用金相显微镜、X线衍射(XRD)分别测试试样表层的显微组织和金属间化合物,并通过热浸时间和镀锌层厚度的拟合曲线研究Fe-Zn镀层的生长动力学.结果表明,镀锌层在基体上形成ζ(FeZn13),δ(FeZn7-10),Г1(Fe11Zn39)和Г(Fe3Zn10)4种物相.加入Al元素后可生成FeAl3抑制层,且FeAl3质量分数在10.43%~19.32%时起扩散阻挡作用,延缓ζ相的生长并抑制δ相在TWIP钢上的形成;极化曲线结果表明,浸Zn-Al浴300 s的试样具有最佳耐蚀性.

TWIP钢激光焊接接头的显微组织和力学性能

研究了孪晶诱导塑性(TWIP)钢经3种不同工艺参数激光焊接后的焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明:焊接接头焊缝区为全奥氏体组织,与母材相比,焊缝区的Mn含量略有降低;较大的焊接热输入可以保证焊缝的连续性,但也会导致焊缝组织粗大、粗晶区宽度增大;焊缝熔融区为树枝晶组织,热影响区含0.3~0.4mm宽的软化区和0.5~0.6mm宽的硬化区;焊接接头的最高抗拉强度和断后伸长率分别为900MPa和33%,约为母材的90%和50%。

先进高强钢氢致断裂的研究

简要概述了氢致断裂的作用机理、钢中氢的来源,存在形式以及国内外氢致断裂理论的发展。介绍了先进高强钢氢致断裂研究的意义和实验方法。分析了以双相钢、孪晶诱导塑性钢和淬火配分钢为代表的先进高强钢氢致断裂的研究进展,为先进高强钢氢致断裂的研究和预防提供了参考。

TWIP钢等径通道挤压后微观组织及力学本构模型研究

为解决孪晶诱导塑性变形钢(TWIP)屈服强度较低的缺点,通过等径通道挤压技术对TWIP进行了晶粒细化。在微观组织分析与力学性能测试的基础上,通过Ludwik,Hollomon以及Swift本构模型对拉伸真应力-真应变曲线进行了拟合。结果表明:1道次和2道次ECAP挤压后晶粒在剪切方向拉长,并引入了大量亚晶粒。同时,随变形的进行,产生了厚度较小的变形孪晶与二次孪晶。4道次ECAP挤压后,位错和孪晶活动导致微观结构进一步细化。随挤压道次的增加,TWIP钢的屈服强度以及极限抗拉强度升高,而塑性与抗拉韧性不断下降。通过Ludwik、Hollomon以及Swift这3种本构模型对真应力-真应变曲线的拟合程度较好,获得了相应拟合参数,拟合所得参数有助于有限元模拟。经ECAP处理后,应变硬化指数n值明显下降。

稀土含量对TRIP/TWIP钢组织和性能的影响

研究了不同RE含量对TRIP/TWIP钢组织和性能的影响,利用拉伸试验机测试其力学性能和OM及TEM观察其微观结构变化。结果表明,变形前组织以奥氏体为主,亚结构为退火孪晶和高密度的平面位错,变形后有大量形变孪晶亚结构出现,且有α马氏体组织产生,证实发生了TRIP效应和TWIP效应,变形后孪晶衍射花样观察发现在两个斑点之间有暗线,表明有层错存在。发现随着RE含量的增加,形变孪晶变短而且数量变少,证实RE有抑制TWIP效应的作用,TWIP效应减弱导致n值明显减小,且RE细化了晶粒,导致了强度和屈强比提高。

基于位错密度的Fe-22Mn-0.6C型TWIP钢物理本构模型研究

基于位错密度及孪晶体积分数的演化,建立了Fe-22Mn-0.6C孪晶诱导塑性(TWIP)钢滑移和孪生的塑性物理本构模型,该模型考虑了孪晶内的滑移对整体塑性变形的贡献及孪晶区和基体区Taylor因子的差异,采用基体滑移、孪晶区孪生和滑移的加权求和描述微区塑性变形.考虑应变速率对热激活应力的影响,进一步建立了应变速率与屈服应力之间的关系.采用Euler法对该模型进行数值计算,将计算结果与实验结果进行对比,其平均相对误差值只有0.84%,相对于不考虑孪晶区滑移的模型和考虑孪晶区滑移但未考虑Taylor因子差异的模型,平均误差分别降低1.1%和2.9%.分析了孪晶与滑移机制的相互作用及对宏观变形的影响,结果表明,孪生速率与滑移速率之间负相关,孪生速率增大滑移速率减小;孪生趋于饱和时,孪生速率降低而滑移速率迅速增加;应变速率增加屈服应力增大,而对应变硬化率无显著影响.

冷轧压下量对TWIP钢组织与性能的影响

采用静态拉伸、金相、SEM、TEM等方法对冷轧压下量为50%、60%和70%的TWIP钢板热处理后的组织与性能进行了研究。结果表明,TWIP钢变形前后的组织均为单相奥氏体,其中冷轧压下量为50%的TWIP钢板力学性能最优,该TWIP钢退火后的晶粒能够为孪晶的生成和长大提供更有效空间。冷轧压下量对TWIP钢的耐腐蚀性影响很小,TWIP钢的腐蚀电位在-0.69 V左右,腐蚀方式为较为典型的点状腐蚀。TWIP钢断口呈等轴状韧窝结构,冷轧压下量为50%的试验钢的断口呈现出更好的塑性特征;冷轧压下量为50%的TWIP钢微观组织中观察到了条束状多系孪晶。

应变和应变速率对Fe-24Mn-0.5C TWIP钢亚结构的影响

采用图象分析软件分析研究了Fe-24Mn-0.5C TWIP钢在拉伸过程中孪晶数量随真应变的变化规律。结果表明:试验钢在拉伸过程中随着真应变的增加,孪晶数量明显增加,到真应变为3.7×10-1时,几乎整个奥氏体晶粒内都充斥着形变孪晶。另外研究表明,孪晶产生的门槛应变值εc与应变速率.ε有关,应变速率越小,孪晶产生门槛值εc越小。

退火温度对Fe-24.38Mn-0.44C TWIP钢组织性能的影响

以冷轧Fe-24.38Mn-0.44C钢为研究对象,通过光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、室温拉伸等试验手段,研究了不同退火温度(部分再结晶退火、再结晶退火以及高温退火)下其微观组织及力学性能的演变。结果表明,随着退火温度降低,试验钢的微观组织由高温退火时粗大的无畸变等轴再结晶晶粒逐渐向纳米级变形孪晶和细小的再结晶晶粒混合组织转变,强化机制逐渐由孪生滑移为主向位错滑移为主纳米孪晶强化为辅的机制转变,导致试验钢屈服强度迅速提高,屈强比由0.36提高到0.49,伸长率有所降低。

热轧高强度V-Mo复合合金化TWIP钢的拉伸应变硬化行为

利用单轴拉伸试验、扫描电镜和透射电镜等研究了热轧高强度V-Mo复合合金化TWIP钢时效前后的应变硬化行为。结果表明,试验钢的TWIP效应受到抑制,在650℃时效后发生了二次硬化,抗拉强度达到1201 MPa,屈服强度达到1070 MPa,远高于一般奥氏体钢。通过Ludwigson的修正Hollomon公式计算分析发现塑性变形阶段分为两个阶段:塑性变形初期位错的滑移起主导地位,变形后期主要是形变诱导孪晶以及位错与孪生的交互作用。基于对析出相分析、计算结果和透射观察的分析,时效后纳米级(V,Mo) C析出导致了二次硬化的发生。而试验钢TWIP效应不明显,这主要与热轧后析出的大量细小弥散的碳化物抑制孪晶生长有关。

POSCO高锰钢产品研发进展及商业化应用

高锰钢是韩国POSCO公司的WTP产品,其Mn含量为3%~27%。与传统材料相比,经过合金成分设计后,根据Mn含量的不同,高锰钢不仅具有经济性,而且表现出高强度、塑性、超低温韧性、加工硬化性、耐磨性、抗冲击安全性以及无磁性。截至目前,POSCO已相继开发了汽车用高强高塑性TWIP钢(孪晶诱导塑性钢)、LNG储罐用超低温高锰钢、泥浆管用高锰钢、高强耐磨高锰钢、楼层减振高锰钢、无磁高锰钢产品等六大产品体系。