TWIP孪生诱导塑性钢的研发
发布时间:2010-05-17 07:27
作者:互联网
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近年来
高强钢板发展很快。传统高强
钢的
强度与
延伸率很难兼顾,而新研发高强钢,在强度超过1000MPa的同时,延伸率也很高,有的可达60%。T
Wip钢就是其中值得注意的一种新型
钢材。TWIP钢的最大特点是:在保持高抗拉强度的同时,具有极高的均匀延伸性,很高的能量吸收
能力及优良的成形性;此外,它几乎没有低温脆性现象,直到-196℃~-200℃,仍然未出现低温脆性转变。TWIP钢优异的力学性能来自其
孪生诱导塑性,所以被称为是“孪生诱发塑性钢”。这种孪生在形变中的作用与传统的概念完全不同。经典的理论认为,孪晶通常是在晶体结构对称性比较低、
滑移系比较少的材料中发生。当形变速度较大或在不利于滑移取向的情况下,在某些
应力集中的地方产生孪晶。面心立方
金属则不易产生孪晶。孪生对形变的贡献通常很小,仅在滑移困难时起
调整取向的作用,使滑移得以继续进行。但在TWIP钢中,孪晶可在形变温度为-70℃以下的面心立方
奥氏体中形成,形变速率可低至10-4/s。在形变过程中,高应变区孪晶的形成,其孪
晶界阻止了该区域滑移的进行,促使其它应变较低的区域通过滑移进行形变,直至那些区域也形成孪晶,由此造成试样的均匀形变,显著推迟缩颈的产生。微观机理研究表明,TWIP效应可分为以下几步:(1)
拉伸变形最大的部位首先诱发孪晶。孪晶界阻止该区域滑移的进行,导致
位错的塞积,使得局部变形难以继续进行,并使变形向其他应变较低的区域转移,从而推迟颈缩的形成,极大提高了延伸率。(2)拉伸后的奥氏体晶粒
内包含大量的形变孪晶。粗大的
透镜状形变孪晶从奥氏体晶界处向晶内贯穿,分割奥氏体晶粒。接着,更细小的形变孪晶呈交织状分布于奥氏体晶粒内。这种分割晶粒的孪晶实际上起到了亚晶界的作用,阻碍了位错的滑移,起到了加工硬化的作用,使得TWIP钢获得很高的抗拉强度。(3)由于孪晶与奥氏体基体的共格作用,可阻碍
裂纹的扩展。在
宏观上表现为推迟断裂的发生,提高
伸长率,特别是均匀伸长率。实现TWIP效应对成分的设计要求是:第一,低温时具有稳定的奥氏体组织。第二,适当降低
层错能,但必须
控制在一个适当的
范围,既使得形变诱发孪晶容易进行,又要抑制
马氏体相变。目前,TWIP钢基本上是一种含Mn量高的奥氏体钢,可通过加入适量的Al、Si等元素调节层错能。如国内研发的低
硅低
铝Fe-23Mn-0·6CTWIP钢,其抗拉强度达1140MPa,延伸率达57·3%。TWIP钢显示出很大的潜力,其发展正处于实验研究向
产业转化的
阶段,所面临的主要问题是TWIP钢的加工
工艺,特别是
冷轧工艺。这就
需要加强对TWIP钢轧制工艺及其机理进行深入细致的研究。(一员)
备注:数据仅供参考,不作为投资依据。