含锰TRIP/TWIP钢的强韧化研究
发布时间：2023-08-05 18:49
TRIP(Transformation Induced Plasticity)效应指相变诱发塑性,而TWIP(Twinning Induced Plasticity)效应指孪生诱发塑性,一般地,可以将具有TRIP效应或TWIP效应的钢称为TRIP钢或TWIP钢。近年来,TRIP/TWIP钢由于优异的综合力学性能和丰富的组织结构演变受到研究者的广泛关注,也成为汽车生产材料的有力竞争者。本文主要以含锰TRIP/TWIP钢为研究对象,采用透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射技术(XRD)、电子背散射衍射技术(EBSD)等表征手段,并结合单轴拉伸、硬度测试和夏比冲击试验,重点研究了晶粒尺寸、形变方式、形变温度等对Fe-20/25/29Mn-3Al-3Si系TRIP/TWIP钢形变机制的影响,探讨了形变组织及其与力学性能之间的关系,并归纳总结了这类钢的强韧化机理。在理解该类TRIP/TWIP钢强韧化机理的基础上,采用表面机械研磨处理(SMGT)技术强化TRIP/TWIP钢的表面。另外,为了提高TRIP钢的屈服强度和降低成本,本文还研究了一种Fe-12Mn TRIP钢的形变热处理工艺,全文主要结...
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题的意义
1.2 高锰钢的简介
1.3 TRIP效应
1.3.1 TRIP效应的简介
1.3.2 马氏体相变的驱动力
1.3.3 马氏体相变的唯象理论
1.3.4 马氏体相变的晶体取向关系
1.4 TWIP效应
1.4.1 TWIP效应的简介
1.4.2 面心立方结构的位错和层错
1.4.3 形变孪晶的形核和生长机制
1.4.3.1 极轴机制
1.4.3.2 层错机制
1.4.3.3 其它机制
1.5 影响TRIP/TWIP钢组织和性能的因素
1.5.1 合金元素
1.5.1.1 Mn元素
1.5.1.2 Al元素
1.5.1.3 Si元素
1.5.1.4 C、N元素
1.5.2 晶粒大小
1.5.2.1 晶粒尺寸对孪生的影响
1.5.2.2 晶粒尺寸对马氏体相变的影响
1.5.3 温度
1.5.4 层错能
1.6 TRIP/TWIP钢的应变硬化行为
1.7 TRIP/TWIP钢研究过程中存在的问题
1.8 本文研究的目的和主要内容
第2章 实验方法
2.1 实验材料
2.1.1 实验材料的制备
2.1.1.1 Fe-Mn-Al-Si系合金的制备
2.1.1.2 Mn12Ni2MoTi(Al)钢的制备
2.1.2 实验钢的加工工艺
2.1.2.1 轧制工艺
2.1.2.2 表面机械研磨处理
2.2 力学性能测试
2.2.1 准静态单轴拉伸测试
2.2.2 夏比冲击实验
2.2.3 显微硬度测试
2.3 微观组织分析
2.3.1 金相观察
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)观察
2.3.3 电子背散射衍射分析
2.3.3.1 简介及相关原理
2.3.3.1 织构分析
2.3.4 XRD物相分析
2.3.5 透射电子显微镜(TEM)观察
2.3.5.1 弱束暗场像
2.3.5.2 高分辨像
2.4 实验设备
第3章 高锰TRIP/TWIP钢中晶粒尺寸与加工硬化的关系
3.1 引言
3.2 层错能
3.3 冷轧样品在退火过程中的织构演变
3.4 准静态单轴拉伸
3.5 晶粒尺寸对马氏体相变的影响
3.6 微观组织表征
3.7 Hall-Petch关系的讨论
3.7.1 Hall-Petch关系的扩展
3.7.2 σ(i(ε))随着应变量的变化
3.7.3 k((ε))值随着应变量的变化
3.7.4 关于k((ε))值的讨论
3.8 本章小结
第4章 高锰TWIP钢中形变孪晶的强韧化机制
4.1 引言
4.2 微观组织分析
4.2.1 拉伸样品的低倍TEM
4.2.2 台阶
4.2.3 9R结构
4.2.4 孪晶界与位错的相互作用
4.3 形变孪晶的加热实验
4.3.1 形变孪晶在加热条件下的变化趋势
4.3.2 形变孪晶的退化机制
4.3.2.1 扩展Σ3{112}非共格孪晶界的移动
4.3.2.2 位错分解
4.3.2.3 再结晶
4.4 讨论
4.4.1 孪生诱发塑性机制
4.4.2 孪晶界强化机制
4.4.3 形变孪晶的热稳定性
4.5 本章小结
第5章 高锰TRIP/TWIP钢的冲击变形机制与强韧化探讨
5.1 引言
5.2 不同晶粒尺寸样品的制备
5.3 夏比冲击实验
5.4 微观组织分析
5.4.1 金相观察
5.4.2 微区XRD分析
5.4.3 不同冲击温度试样的TEM观察
5.4.3.1 –190℃下冲击试样的TEM分析
5.4.3.2 –80℃下冲击试样的TEM分析
5.4.3.3 20℃下冲击试样的TEM分析
5.5 讨论分析
5.5.1 晶粒尺寸的影响
5.5.2 温度对变形机制的影响
5.5.2.1 温度对层错能的影响
5.5.2.2 温度对Gibbs自由能的影响
5.6 本章小结
第6章 高锰TRIP/TWIP钢的表面强化
6.1 引言
6.2 硬度测试
6.3 微观组织分析
6.3.1 SMGT处理后试样的SEM表征
6.3.2 SMGT处理后试样的TEM表征
6.4 不同温度退火后的SMGT样品
6.5 冷轧试样及其不同温度退火后的微观组织
6.6 形变孪晶和α′-马氏体的热稳定性
6.7 讨论
6.8 本章小结
第7章 中锰超细TRIP/TWIP钢的析出强化
7.1 引言
7.2 热处理工艺
7.3 不同热处理方式后的SEM形貌组织特征
7.4 超细晶组织
7.5 析出相
7.6 奥氏体含量
7.7 力学性能
7.8 本章小结
结论
本论文的主要创新点和以后工作展望
1. 本论文的主要创新点
2. 工作展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
本文编号：3839152
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题的意义
1.2 高锰钢的简介
1.3 TRIP效应
1.3.1 TRIP效应的简介
1.3.2 马氏体相变的驱动力
1.3.3 马氏体相变的唯象理论
1.3.4 马氏体相变的晶体取向关系
1.4 TWIP效应
1.4.1 TWIP效应的简介
1.4.2 面心立方结构的位错和层错
1.4.3 形变孪晶的形核和生长机制
1.4.3.1 极轴机制
1.4.3.2 层错机制
1.4.3.3 其它机制
1.5 影响TRIP/TWIP钢组织和性能的因素
1.5.1 合金元素
1.5.1.1 Mn元素
1.5.1.2 Al元素
1.5.1.3 Si元素
1.5.1.4 C、N元素
1.5.2 晶粒大小
1.5.2.1 晶粒尺寸对孪生的影响
1.5.2.2 晶粒尺寸对马氏体相变的影响
1.5.3 温度
1.5.4 层错能
1.6 TRIP/TWIP钢的应变硬化行为
1.7 TRIP/TWIP钢研究过程中存在的问题
1.8 本文研究的目的和主要内容
第2章 实验方法
2.1 实验材料
2.1.1 实验材料的制备
2.1.1.1 Fe-Mn-Al-Si系合金的制备
2.1.1.2 Mn12Ni2MoTi(Al)钢的制备
2.1.2 实验钢的加工工艺
2.1.2.1 轧制工艺
2.1.2.2 表面机械研磨处理
2.2 力学性能测试
2.2.1 准静态单轴拉伸测试
2.2.2 夏比冲击实验
2.2.3 显微硬度测试
2.3 微观组织分析
2.3.1 金相观察
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)观察
2.3.3 电子背散射衍射分析
2.3.3.1 简介及相关原理
2.3.3.1 织构分析
2.3.4 XRD物相分析
2.3.5 透射电子显微镜(TEM)观察
2.3.5.1 弱束暗场像
2.3.5.2 高分辨像
2.4 实验设备
第3章 高锰TRIP/TWIP钢中晶粒尺寸与加工硬化的关系
3.1 引言
3.2 层错能
3.3 冷轧样品在退火过程中的织构演变
3.4 准静态单轴拉伸
3.5 晶粒尺寸对马氏体相变的影响
3.6 微观组织表征
3.7 Hall-Petch关系的讨论
3.7.1 Hall-Petch关系的扩展
3.7.2 σ(i(ε))随着应变量的变化
3.7.3 k((ε))值随着应变量的变化
3.7.4 关于k((ε))值的讨论
3.8 本章小结
第4章 高锰TWIP钢中形变孪晶的强韧化机制
4.1 引言
4.2 微观组织分析
4.2.1 拉伸样品的低倍TEM
4.2.2 台阶
4.2.3 9R结构
4.2.4 孪晶界与位错的相互作用
4.3 形变孪晶的加热实验
4.3.1 形变孪晶在加热条件下的变化趋势
4.3.2 形变孪晶的退化机制
4.3.2.1 扩展Σ3{112}非共格孪晶界的移动
4.3.2.2 位错分解
4.3.2.3 再结晶
4.4 讨论
4.4.1 孪生诱发塑性机制
4.4.2 孪晶界强化机制
4.4.3 形变孪晶的热稳定性
4.5 本章小结
第5章 高锰TRIP/TWIP钢的冲击变形机制与强韧化探讨
5.1 引言
5.2 不同晶粒尺寸样品的制备
5.3 夏比冲击实验
5.4 微观组织分析
5.4.1 金相观察
5.4.2 微区XRD分析
5.4.3 不同冲击温度试样的TEM观察
5.4.3.1 –190℃下冲击试样的TEM分析
5.4.3.2 –80℃下冲击试样的TEM分析
5.4.3.3 20℃下冲击试样的TEM分析
5.5 讨论分析
5.5.1 晶粒尺寸的影响
5.5.2 温度对变形机制的影响
5.5.2.1 温度对层错能的影响
5.5.2.2 温度对Gibbs自由能的影响
5.6 本章小结
第6章 高锰TRIP/TWIP钢的表面强化
6.1 引言
6.2 硬度测试
6.3 微观组织分析
6.3.1 SMGT处理后试样的SEM表征
6.3.2 SMGT处理后试样的TEM表征
6.4 不同温度退火后的SMGT样品
6.5 冷轧试样及其不同温度退火后的微观组织
6.6 形变孪晶和α′-马氏体的热稳定性
6.7 讨论
6.8 本章小结
第7章 中锰超细TRIP/TWIP钢的析出强化
7.1 引言
7.2 热处理工艺
7.3 不同热处理方式后的SEM形貌组织特征
7.4 超细晶组织
7.5 析出相
7.6 奥氏体含量
7.7 力学性能
7.8 本章小结
结论
本论文的主要创新点和以后工作展望
1. 本论文的主要创新点
2. 工作展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
本文编号：3839152
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