高应变速率下BQ&P钢的力学性能和组织演变

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Q&P(Quenching and Partitioning)钢作为典型的第三代先进高强钢,具有高强度和高塑性的结合,在汽车领域有着广泛的应用前景。而BQ&P钢是一种含有贝氏体的Q&P钢,引入贝氏体可以协调变形能力,提高材料的塑性。研究BQ&P钢在高应变率冲击下的力学行为与组织演变对汽车的安全性设计、选材具有非常重要的意义。本文以一种BQ&P钢为研究对象,以常温(20℃)准静态压缩条件下的力学行为为参考,利用霍普金森动态加载装置结合波形整形技术探究其在高应变速率和不同温度下的力学行为。SEM用来观察原始、准静态和不同温度下高应变率冲击后的组织变化和断口形貌。EBSD和TEM用来表征原始、准静态压缩和常温高应变率冲击后组织的演变情况。通过不同温度和应变率条件下的结果构建J-C本构方程,并拟合参数。实验结果表明:高应变速率(2200~3600/s)条件下,应力-应变曲线有明显波动,钢的屈服强度随着应变率的增加而增加,随着应变的增加,流变应力增加较为缓慢。该钢中存在竹叶状和板条状两种形态的贝氏体、马氏体和M/A岛组织。准静态和高应变率变形后组织均明显细化产生了一定的方向性,且没有观察到M/A岛组织。高应变率冲击后,原平行于冲击方向的组织被压缩为扁的“S”形,而垂直于冲击方向的组织被压缩在一起,或者与水平方向呈一定角度。原始晶粒尺寸由2.78μm减小至变形后的1.09μm和2.14μm,且残余奥氏体的体积分数明显较少。高应变率冲击后还出现了体积分数较高的ε马氏体。三种试样的位错密度分别为9.6×1014m-2,6.6×1014m-2和1.5×1015m-2。原始试样中主要存在的(100)和(110)织构,准静态压缩试样中主要存在(110)、(112)和(358)织构,而高应变率冲击后的主要织构有(100)、(122)和(103)织构。原始BQ&P钢中存在块状残余奥氏体和膜状残余奥氏体。准静态压缩后没有观察到膜状奥氏体,而高应变率冲击后没有发现块状奥氏体的存在。低温条件下BQ&P钢的屈服强度要高于室温下的屈服强度,最大应变有所降低,多数试样经冲击后发生断裂,最大应变减小;而高温条件下的屈服强度低于室温下的屈服强度,最大应变明显高于室温和低温。高应变率冲击断裂试样均为45°剪切断裂,断裂方式为韧-脆混合型断裂。低温断口颜色较为光亮,多以脆性断裂为主。高温冲击断口表面极不平整,起伏严重,断口颜色较深,多的是以韧性断裂为主。
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