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孪晶诱发塑性(Twinning Induced Plasticity-简写TWIP)钢表现出高的抗拉强度(650~1100MPa),高的应变硬化率和极高的伸长率(19%~90%),可满足汽车轻量化的需求。本文研究了9种不同成分的TWIP钢的显微组织及在不同应变速率下的拉伸应变行为。动态拉伸试验在气动式间接杆杆型冲击拉伸试验机上进行,采用LOM、XRD、SEM和TEM等手段分析形变孪晶形态、大小和转变量随成分、应变速率以及应变量的演化规律。通过研究孪晶与周围基体中位错密度和亚结构的变化,分析了TWIP效应对材料强度和应变硬化行为的影响,同时分析了TWIP钢的断裂行为以及热轧、冷轧、退火、拉伸等状态下的织构演变情况。研究成果可为汽车工业的轻量化及防冲撞设计提供借鉴。论文主要内容包括:1、结合已有Fe-Mn相图的研究结果和热力学计算,确定了5种低碳TWIP钢和4种中碳TWIP钢。采用金相、X射线衍射法、透射电子显微分析对九种不同成分TWIP钢变形前后的组织进行观察。讨论了热处理工艺和合金元素对TWIP钢显微组织形貌和不同组织体积分数的影响。结果表明,1#钢的金相组织由奥氏体和第二相组成,变形过程中不产生形变孪晶;其余几种钢随着锰含量的增加,组织为全奥氏体,且变形过程中产生大量形变孪晶。2、对九种TWIP钢在10-5~103s-1应变速率范围的室温拉伸性能进行了研究。结果表明,静态拉伸时,随着应变速率的升高,1#~5#材料的屈服强度增大,1#钢和2#钢抗拉强度下降,3#~5#钢抗拉强度变化不大;1#钢的均匀延伸率和断裂延伸率增大,2#~5#钢的均匀延伸率和断裂延伸率下降。z1#~z4#钢的屈服强度相差不大,抗拉强度略微下降,z1#~z4#钢的均匀延伸率、断裂延伸率和强塑积随应变速率的升高而下降;而与静态拉伸条件下相比,动态拉伸时,随着应变速率增加,2#~5#钢的屈服强度和抗拉强度增大,均匀延伸率变化不大,断裂延伸率有所上升。1#~5#钢均体现出显著的应变速率敏感性。动态拉伸条件下的屈服强度和抗拉强度要高,z1#~z4#钢的总延伸率较静态拉伸条件下都有所下降。3、利用XRD分析了奥氏体的转变量随应变和应变速率的变化规律。结果发现,1#钢和2#钢变形过程中发生了马氏体相变,而3#钢变形过程中没有发生马氏体相变。奥氏体转变量随应变速率的增加而减小,随应变量的增加而增加。4、分析研究了应变硬化指数n值随应变速率和应变的变化规律。结果表明:试验钢在拉伸过程中的应变硬化表现为阶段性多n值行为。1#钢的n值随应变呈抛物线关系,遵循关系式:n=aε2+bε+c;其它钢的n值与应变呈对数关系,遵循关系式: n=alnε+b。其应变硬化机制有两种:0.4%~3%左右应变区间为位错强化阶段,10%~50%左右应变区间为孪晶强化阶段。在此两个区间内n值皆为定值,而在4%~10%应变区间n值呈不断上升趋势。奥氏体的应变诱发相变和变形过程中产生的形变孪晶显著影响TWIP钢的应变硬化能力。5、采用SEM检测了TWIP钢动态拉伸后的组织形态。结果发现,TWIP钢具有典型的延性断裂断口特征,其变形和断裂过程为微孔洞的形核、长大和聚合。含有第二相的TWIP钢(如1#钢)的断裂机制为:第二相和奥氏体相界面聚合力的减弱促使微孔形核,形变过程中产生的应力集中使微孔长大、聚合直至发生断裂。全奥氏体的TWIP钢(如5#钢)断裂机制为:形变过程中位错的运动受孪晶界的阻碍,形变孪晶与位错的交互作用使微孔形核于孪晶界处,应力集中使微孔长大、聚合直至材料发生断裂。6、TWIP钢的变形机制主要为孪晶变形机制,其次为位错变形机制。在孪晶变形机制下,随着应变的增加、孪晶含量的增多,铜型织构转到其孪晶取向的位置CuT{552}<115>,在经过滑移机制作用下,CuT{552}<115>转变为G织构,原有的及新形成的G织构转变为B织构。织构转变后的强度随着应变率的不同而有所不同。