TRIP钢中马氏体转变的CPFEM模拟

发布时间：2020-04-25 09:18

【摘要】：相变诱发塑性钢是一种备受青睐的汽车用钢,通过相变诱发塑性(TRIP)效应使钢板中残余奥氏体在塑性变形作用下诱发马氏体相变,并产生局部硬化,同时相变均匀扩散提高钢板的强韧性、延展性和抗震性。将晶体塑性理论与有限元法相结合建立晶体塑性有限元模型,能够通过位错滑移和形变孪生对材料塑性变形的本质进行研究。本研究采用基于相变模型的晶体塑性有限元方法,在考虑滑移和孪生的变形机制下,建立描述TRIP钢中残余奥氏体力学行为与晶格特征的数值模型,借助于ABAQUS/UMAT二次开发平台,模拟TRIP单晶单向拉伸中的相变特点、组织演变规律及奥氏体初始取向对马氏体转变的微观影响机制;同时对多晶TRIP钢在不同加载方式下的织构演变进行模拟,以期揭示TRIP钢微观组织与力学性能之间的关系,深入理解马氏体相变的微观机制。主要研究内容如下:在考虑滑移和孪生变形机制的晶体塑性理论基础上,建立基于应力准则的马氏体相变本构关系晶体塑性有限元模型。在室温下进行TRIP钢的单向拉伸模拟,所获得的应力应变曲线与实验结果基本吻合,表明本研究所建的模型能够较为准确地描述TRIP钢的马氏体相变过程。TRIP钢单晶拉伸变形初期,首先在固定的端面四角处出现应力集中,导致局部的应力达到奥氏体的屈服应力,使得奥氏体产生塑性应变,在约5%应变时开始发生马氏体相变。随着应变程度的增加,应力集中区域由中部向拉伸方向延伸,马氏体的体积分数也逐渐增大,直至整个晶粒上半部发生转变,且应变达到40%左右时马氏体体积分数达到最大值。奥氏体晶粒的初始取向不同时,其马氏体相变的起始应变及最大马氏体体积分数有所差异,屈服应力较高的晶粒取向其马氏体转变量的最大值也越大,且开始发生相变的初始应变越小。马氏体相变的难易受奥氏体初始取向的影响,相比于硬取向的[112](Brass)和[201](Copper)奥氏体晶粒,软取向的[110](Cube)、[101](Goss)和[110](Rotated goss)奥氏体内因孪生系启动所需剪切应变较低,孪生速率更快,孪晶累计剪切应变更高,更容易促进马氏体的形成。TRIP多晶模型拉伸过程中,残余奥氏体在变形初相变量较少,之后才逐渐增加,而单晶模型中在较小应变条件下也能出现部分马氏体相变。对不同应变条件下拉伸后的多晶TRIP钢进行形变织构分析,得到的{111}极图与实验结果吻合较好。
【图文】：

关系图,延伸率,屈服强度,关系图

[13]。图1.1 各钢种屈服强度与延伸率关系图[13]现今汽车制造业发展趋势是通过降低车身重量来降低燃油消耗从而达到减少温室气体排放的目的。另外，提高汽车性能和改善汽车安全性也不能忽视。研究者通过优化合金元素和改善热处理制度，开发出相变诱导塑性钢（TRIP 钢）以满足

历程,残余奥氏体,延伸率,工艺

hing and partitioning）、两阶段热处理的 TRIP-dual 工艺以及超快加热和冷Flash proeess））；开发具有超细贝氏体显微组织的高强钢等[15]。传统 TR进首先是通过微合金化对 TRIP 钢进行细晶强化，来获得抗拉强度达Pa，延伸率为 20%以上的钢。其次，改进 TRIP 钢热处理工艺，即扩大贝温度范围。Q&P 工艺是 2003 年美国的 John G Speer 提出的，，是一种可用氏体基体 TRIP 钢的工艺。这种工艺重新认识和理解了碳元素在奥氏体/马组织中的扩散规律[16]。经 Q&P 化理后获得了碳含量较低的板条马氏体和膜状残余奥氏体两相组织，残余奥氏体分布在马氏体板条间。Q&P 钢可拉强度 800-1500MPa、延伸率 15%-30%的力学能范围。除了 Q&P 钢外，提出了一种 TRIP-dual 钢，这种钢是先加热至单相奥氏体相区，快冷到一温获得可获得基体贝氏体＋残余奥氏体或基体马氏体+残余奥氏体的组织可以获得高强度高延伸率的配比。目前，比较接近于第 3 代 AHSS 钢的研是新型贝氏体钢、Q&P 钢和改进 TRIP 钢的开发。同时，其它方向的研究探索之中[17]。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG142.1

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