中锰钢贝氏体相变动力学调控及机理研究

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中锰钢作为第三代汽车钢的研发热点之一,组织性能的优化一直是其发展的关键问题。目前中锰钢的研发与生产主要基于冷轧生产背景下的两相区退火工艺,退火后的组织为板条铁素体与残余奥氏体,使中锰钢具有优良的强塑积,但屈服强度相对较低。为此,本实验基于热轧工艺提出引入贝氏体部分替代马氏体并调控残余奥氏体的思路,使中锰钢同时获得高屈服强度与良好塑性。因此中锰钢体系下的贝氏体相变动力学调控便成为后续研发与生产的关键。本文在合金成分、马氏体预相变与过冷奥氏体预变形等方面,探究中锰钢体系下贝氏体相变动力学调控的可行性。(1)在0.2C-4Mn-1.6Si成分体系的基础上,探究Mn与Co元素对贝氏体相变动力学的影响。结果表明,Mn的添加会显著抑制贝氏体等温相变,而Co的添加会提升fcc至bcc晶格的吉布斯转变自由能差,促进等温贝氏体相变;探究了中锰钢的Mn偏析现象对贝氏体相变动力学的影响,对元素的偏聚现象以及等温前后的组织差异进行表征,明确其对贝氏体相变动力学的影响。结果表明,贫锰区由于Mn含量较低,等温贝氏体很快完成;富锰区由于较高的Mn含量在长时间等温过程中并未发生贝氏体相变。(2)采用马氏体预相变工艺,探究引入马氏体对等温贝氏体转变动力学的影响及贝氏体演变引起的组织性能变化。结果表明,马氏体预相变能够缩短等温贝氏体的转变孕育期。随着预相变马氏体量的增加,等温贝氏体的相变完成时间缩短,最终贝氏体的转变量降低。贝氏体的生成可以减少二次马氏体量,提升残余奥氏体含量。力学性能表明该种组织调控方案可以提升实验钢塑性条件下仍保持较高屈服强度。(3)采用形变热处理工艺,分别从预形变温度和预形变量的角度探究其对贝氏体相变动力学的影响,并分析组织性能关系。结果表明,在相同预变形温度下,贝氏体转变量随预变形量提高先上升后减少,超过临界变形量则不利于贝氏体的生成;预变形温度降低时会提升贝氏体转变量,缩短相变时间。贝氏体生成可以补偿马氏体量减少造成的强度损失,促进残余奥氏体的稳定。力学性能结果表明,该种组织调控方案可以提升试样强度的条件下保持塑性。
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