《不同轧制态中锰钢超塑性变形行为与机理研究》

技术简介：

中锰钢因其强度高、塑性好、价格相对低廉,能满足汽车工业对轻量化结构件日益增长的需求,成为了第三代先进高强钢的研究热点。然而,高强度是一把“双刃剑”,一方面可以实现中锰钢零件的轻量化,另一方面也给现有的成形设备带来了很大的压力,特别是形状复杂零件的成形。中锰钢在超塑性状态下具有流变应力小、成形精度高和材料利用率高等特点,能够实现复杂形状零部件的一体化成形,为解决目前高强度中锰钢存在的成形难题提供了新思路。然而,目前中锰钢的超塑性研究工作尚处于起步阶段,相关的理论基础尚需进一步完善。本文以Fe-7Mn-3.5Al-0.3C合金为研究对象,利用“热轧+冷轧”和“温轧”两种轧制工艺制备合金试样,测试合金在不同变形条件下的高温力学性能,计算出不同轧制态合金的超塑性变形的特征参数与本构方程,在此基础上进一步表征其微观组织演变,探究初始组织、变形条件等因素对中锰钢超塑性性能、变形机制和断裂机理的影响。本文的主要研究内容与结果如下:(1)冷轧Fe-7Mn-3.5Al-0.3C合金板材初始微观组织主要由超细板条马氏体晶粒组成,残余奥氏体含量仅为1.7%。在5×10~(-4)s~(-1)应变速率下,其延伸率随着变形温度的先升高后降低,在675℃时获得最高延伸率881%。在625℃变形温度下,合金的m值略大于0.3,并伴有晶粒细化发生;在675℃变形温度下,合金m值稳定在0.6附近,晶粒尺寸保持在1.25μm左右,晶界滑移为主要变形机制;当变形温度为775℃时,晶粒粗化明显,且伴有DIFT效应的发生。(2)温轧Fe-7Mn-3.5Al-0.3C合金板材呈马氏体与奥氏体双相板条状微观组织,残余奥氏体含量为32.3%。在5×10~(-4)s~(-1)初始的应变速率下,随变形温度的升高,其延伸率先升高后降低,在775℃时获得最高延伸率1401%。当变形温度升高后,温轧合金微观组织的等轴化速度加快,晶粒尺寸快速生长,主导变形机制转变为晶界滑移;在变形温度达到800℃后,晶粒快速生长,在变形中后期m值明显降低。(3)对轧制态合金在不同变形条件下断裂机理进行探究。结果表明,空洞数量随变形温度升高快速增加且主要出现在两相边界处。这是由于在变形温度升高后,奥氏体与铁素体间的流变应力差值增大,导致了相边界之间的应力集中,进而引起了空洞的大量形成。

研发人员：李新宇