应变方式及速率对TRIP780钢板组织与力学性能影响的研究

发布时间：2017-06-15 06:12

  本文关键词：应变方式及速率对TRIP780钢板组织与力学性能影响的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近些年来,全球气候变暖、空气污染越发严重,世界各国对各行各业节能减排的要求不断提高,因此汽车轻量化的进程得到了高速发展。但是,汽车轻量化要同时保证汽车的安全性能,而最近兴起的铝、镁合金虽密度较低,但在强度方面尚达不到安全性能要求。高强钢由于具有非常好的强度与塑性配合的效果,已经成为目前实现汽车轻量化的最佳材料,且高强钢种类也比较多。但常见高强钢,如DP钢、高强度低合金钢等,强度虽高,但塑性较差,强塑积小,在零件冲压成形过程中易出现开裂和模具磨损等问题;近些年又诞生了以TWIP钢、QP钢为代表的新一代汽车用高强钢,TWIP钢强度与塑性俱佳,强塑积可达70GPa?%,但是生产工艺复杂,冶金难度大,成本很高,很少用于汽车零件的生产;QP钢作为最新诞生的高强钢,强塑积与TRIP钢相近,仍处于改进和试用阶段,尚未得到汽车行业广泛认可。TRIP钢由于具有强度高、塑性好、综合力学性能优异以及成本低廉等优点,已经成为目前汽车行业中应用最为广泛的高强钢品种。其微观组织主要由铁素体、贝氏体和残余奥氏体组成,并可以通过TRIP效应(残余奥氏体在应力作用下转变为马氏体)实现强度与塑性的良好结合。由于TRIP钢的力学性能主要由TRIP效应决定,而其能量吸收能力又与强塑积密切相关,因此本文以TRIP效应的效果及强塑积作为评定TRIP钢力学性能的最主要依据。汽车零件在成形及服役时,应变方式及变形速率千差万别,因此十分有必要对应变方式及应变速率对TRIP钢力学性能的影响进行研究,探究TRIP钢适宜的成形工艺及服役条件,为TRIP钢的应用提供理论指导。本文通过单向拉伸试验、高速拉伸试验和胀形试验对TRIP780钢板的力学性能进行了研究,探索了应变方式及应变速率对TRIP效应、断裂延伸率、均匀延伸率、抗拉强度、强塑积、胀形高度等力学性能的影响规律。微观上通过光学金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射试验分析了TRIP780钢板的微观结构和残余奥氏体含量变化,揭示了应变方式和应变速率对力学性能影响的微观机理。实验结论如下:TRIP780钢板综合力学性能好,强塑积可达30 GPa?%,加工硬化能力、能量吸收能力强。应变方式对力学性能及TRIP效应的影响大于应变速率的影响,TRIP效应效果:胀形试验单向拉伸试验高速拉伸试验,证明TRIP780钢板在受多向应力作用及低应变速率下变形力学性能好。单向拉伸时断裂延伸率、均匀延伸率、强塑积均强于高速拉伸,综合力学性能更好。这是因为应变速率越低,材料内部产生的缺陷越多,位错滑移越充分,延伸率越好。同时,应变速率越低,相变驱动力越充足,TRIP效应越好,力学性能越好。应变速率越高,材料不均匀变形与内部温升效应越严重,导致部分相变驱动力不足和残余奥氏体稳定性升高,TRIP效应减弱,力学性能变差,这也是TRIP780钢板综合力学性能随应变速率升高呈下降趋势的原因。但高速拉伸试验比较特殊,高速拉伸时断裂延伸率与抗拉强度随应变速率升高而升高,能量吸收能力升高,力学性能增强。因为高速拉伸速率越高,TRIP780钢板的变形抗力越强,导致强度升高。速率越高,颈缩区位错的交滑移越少、残余奥氏体剩余越多、试样内部近似于绝热的温升效应导致的基体软化越严重,这些都延缓了最终断裂的形成,所以断裂延伸率有增加的趋势。综合以上结论可知,选择多向变形及较低应变速率的成形方式及受多向应力作用服役条件能更好地发挥TRIP780钢板的力学性能,同时,TRIP780钢板碰撞吸能效果很好,能有效提高汽车的安全性能。
【关键词】：TRIP780钢板 应变方式 应变速率 TRIP效应 力学性能
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-32
• 1.1 引言12-13
• 1.2 汽车用高强钢的定义及常用种类13-17
• 1.2.1 传统高强钢14-15
• 1.2.2 先进高强钢15-17
• 1.3 高强钢板在汽车行业的应用情况17-19
• 1.4 TRIP钢（相变诱发塑性钢）介绍19-29
• 1.4.1 TRIP钢特点及基本性能19
• 1.4.2 TRIP钢发展历史19-20
• 1.4.3 TRIP钢的生产工艺20-22
• 1.4.4 合金元素对TRIP钢钢组织和性能的影响22-24
• 1.4.5 TRIP钢国内外研究进展24-29
• 1.5 本文研究意义29-30
• 1.6 本文研究主要内容30-32
• 第2章 实验材料与实验方法32-40
• 2.1 试验用钢介绍32
• 2.2 单向拉伸试验32-33
• 2.3 高速拉伸试验33-35
• 2.4 胀形实验35-36
• 2.5 微观组织观察36-38
• 2.5.1 光学金相显微镜组织观察36-37
• 2.5.2 扫描电子显微镜组织观察37-38
• 2.5.3 X射线衍射残余奥氏体含量测定38
• 2.6 本章小结38-40
• 第3章 不同应变方式及速率下TRIP780钢板宏观力学性能研究40-52
• 3.1 引言40
• 3.2 单向拉伸试验结果及分析40-44
• 3.2.1 TRIP780钢板基本力学性能40-42
• 3.2.2 单向拉伸速率对TRIP780钢力学性能影响的研究42-44
• 3.3 高速动态应变速率对TRIP780钢力学性能影响的研究44-49
• 3.4 双向变形条件下速率对TRIP780钢力学性能影响的研究49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 应变方式及速率对TRIP780钢板力学性能的影响微观机理研究52-76
• 4.1 引言52
• 4.2 光镜彩色显微组织观察及结果分析52-58
• 4.2.1 TRIP780钢板原始组织光镜观察52-53
• 4.2.2 单向拉伸试验光镜观察53-55
• 4.2.3 高速拉伸试验光镜观察55-57
• 4.2.4 胀形试验光镜观察57-58
• 4.3 扫描镜观察结果及组织分析58-67
• 4.3.1 TRIP780钢板原始组织扫描微镜观察58-59
• 4.3.2 低倍数扫描电镜组织分布观察59-63
• 4.3.3 高倍数扫描镜组织分布观察63-67
• 4.4 断口扫描微镜观察67-69
• 4.5 X射线衍射（XRD）测试结果及分析69-72
• 4.6 TRIP780钢板不同应变方式、应变速率下力学性能的微观机理72-74
• 4.7 本章小结74-76
• 第5章 结论76-78
• 参考文献78-84
• 致谢84

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