高效吸能合金的TWIP效应与力学行为

• 作 者: 段先锋
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 高效吸能合金 力学性能 塑性效应 微观组织

近年来,一种新型的高Mn合金(Fe-Mn-Al-Si)引起关注。这种材料显示出极高的塑性和适中的强度,因而具有很高的吸能本领,室温下单位体积吸能可达0.5J/mm3。其优异的力学性能归因于孪生诱发的塑性效应(Twinninginduced plasticity,TWIP)。该效应与层错能(stacking fault energy,SFE)密切相关。当SFE在18～45 mJ/m2范围内时,孪生成为材料变形的主要机制。如何最大程度地发挥TWIP效应,以获得最佳的综合力学性能,是本领域研究的热点问题之一。　　
为了考察微观组织与力学性能的关系,本文设计了不同的热处理工艺。通过力学性能测试,结合光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、背散射电子衍射(EBSD)等表征技术,对。TWIP钢的显微组织及力学性能进行了测试与分析。结果表明,该材料与传统合金不同,晶粒尺寸越大,塑性越好,反之则强度越高。　　
形变孪晶是材料产生高塑性的主要来源。本文详细研究了拉伸变形过程中孪晶的演化过程及规律,发现孪晶量随应变增加而明显增多,与孪生行为关联的晶粒取向则发生有规律的变化。通过SEM-EBSD技术和晶体结构分析,对孪晶晶界特征进行了细致的描述,并提出了孪晶形成、孪晶与位错相互作用的模型。在此基础上,提出了TWIP效应的微观机理。　　
通过对材料室温拉伸过程中应变硬化行为的研究,发现材料的硬化来自位错运动与孪晶晶界交互作用引起的强化。　　
论文还探讨了影响材料性能的主要因素,包括热处理温度、变形温度、变形速率以及样品的表面形貌等。