高强塑积中锰钢单轴拉伸过程的力学行为及组织演变研究

• 作 者: 李金鑫
• 出 处: 西南交通大学
• 发表日期: 2020年03期
• 关键词: 中锰TRIP钢 力学行为 组织演变 残余奥氏体 预变形 烘烤

以中锰相变诱发塑性钢为典型代表,高强塑积第三代先进高强钢已经成为汽车用钢的重点发展方向。通过成分设计和热处理工艺的优化,Fe-C-Mn-Al系实验钢可获得优异的综合力学性能,强塑积可达30~60GPa·%。为保障服役性能和提升应用空间,必须掌握其塑性变形过程中的力学行为、组织演变及强韧机理。本文以Fe-0.4C-5Mn-3.2Al(wt.%)热轧实验钢为研究对象,探讨了临界退火、预应变和烘烤等因素对显微组织和力学性能的影响,采用数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)和红外热像(Infrared Thermography,IRT)等方法对实验钢单轴拉伸过程中显微组织、微区应变和温度场进行原位观察和系统分析,得到以下结论。(1)随着临界退火温度从700℃升至800℃,残余奥氏体含量为16.8~33.3vol.%,晶粒平均尺寸从0.58μm增至0.95μm,机械稳定性降低,马氏体转化率提高至100%;750℃保温1h获得优异的综合力学性能,抗拉强度、总延伸率和强塑积分别可达930MPa、64.6%和60.1GPa·%,具有较好的抵抗裂纹扩展能力;(2)750℃临界退火实验钢经预应变处理后出现明显屈服,40%预应变下屈服强度提升至956MPa;预应变达到10%以上时,抗拉强度提高,最高可达1019MPa;随预应变增加,实验钢的二次硬化能力减弱,总延伸率逐渐降至25.4%;(3)烘烤处理强化上述效果,即进一步提升屈服强度(1100MPa)和抗拉强度(1119MPa),屈服平台变宽,二次硬化能力进一步减弱;就总延伸率而言,无预应变直接烘烤时提升至77.8%,预应变20%以下时未有显著恶化,40%预应变后烘烤时降至16.9%;(4)适当稳定性梯度的残余奥氏体在合适的应变量下发生马氏体转变,产生持续TRIP效应,造成局部应变呈连续的“阶梯”状交替增长,局部温度呈连续“波型”交替起伏,引发Portevin Lechatelier(PLC)带的连续萌生和扩展,有助于力学性能提升。