Fe-Mn-Si-Al孪晶诱导塑性钢在动态加载条件下的变形机制和组织性能研究

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1、国内图书分类号：TG146.23密级：公开国际图书分类号：西南交通大学硕士究生学位论文Fe-Mn-Si-Al孪晶诱导塑性钢在动态加载条件下的变形机制和组织性能研究年级:2015姓名:林超申请学位级别:硕士专业:材料工程指导老师:罗胜年教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TG146.23U.D.C:SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisInvestigationsonDeformationMechanismandMicrostructure-Mechanicalproperty

2、ofFe-Mn-Si-AlTWIPsteelsunderdynamicloadingconditionsGrade:2015Candidate:LinChaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MaterialEngineeringSupervisor:Prof.SNLuoMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要Fe-Mn-Si-Al系孪晶诱导塑性（TWIP）钢在塑性变形时会产生大量孪晶，孪晶的生成会对位错造成“钉扎”作用，从而抑制了位错的运动；另一方

3、面孪晶的产生会导致晶粒的细化，降低了位错和裂纹的自由行程。正是由于TWIP钢具有以上的变形机制让它具有了较高的强度与延伸率；另外TWIP钢还具有良好的低温韧性和低合金密度。TWIP钢材料的这种优异性能使得其在先进的交通运输系统特别是在现代汽车、高速火车的应用中引起了研究者的广泛兴趣。TWIP钢的较高强度和延伸率让其具有很高的冲击吸收能，能够让汽车在发生撞击等安全事故的时候最大程度上保护车内人员的安全；TWIP钢的低合金密度可以减少汽车、高铁的自身重量，从而达到经济实惠、节能减排和保护环境的作用。TWIP钢的低温韧性让它可以应用于其他钢材不能

4、工作的寒冷环境条件和制冷技术中液体气体的存储及运输。另外，TWIP钢还具有无磁性，可以广泛应用于较高强度非磁性材料发动机带端的转子和其它需要广泛应用非磁性钢铁材料的领域。因此，随着TWIP钢的生产工艺地不断完善与提高，Fe-Mn-Si-Al系孪晶诱导塑性钢的应用前景将更加广阔。但是针对Fe-Mn-Si-Al系孪晶诱导塑性钢的研究还不够系统化，还有许多问题急需解决。如：成分对组织性能的影响、塑性变形机制的形成机理、组织随变形条件的变化以及抗氧化行为都需要进行全面的探讨。本文针对Fe-Mn-Si-Al系孪晶诱导塑性钢研究中出现的问题，通过采用X

5、RD、SEM、EBSD、及EPMA等分析手段，对Fe-Mn-Si-Al系高锰低碳孪晶诱导塑性钢在动态加载和准静态加载条件下进行了系统化的研究。（1）对Fe-Mn-Si-Al系孪晶诱导塑性钢在高速气炮冲击加载条件下组织的变形行为的研究；（2）对Fe-Mn-Si-Al系孪晶诱导塑性钢在动态快速等通道转角挤压（D-Ecap）加载条件下材料组织结构、变形行为和性能的研究；（3）对Fe-Mn-Si-Al系孪晶诱导塑性钢的XRD原位拉伸研究；（4）对Fe-Mn-Si-Al系孪晶诱导塑性钢在不同应变率下的准静态拉伸变形行为的研究。系统化的研究为TWIP钢

6、的进一步探讨和工业生产提供指导，使其作为替代一些非磁性、低温钢、高冲击能吸收钢而更为广阔的应用。本文取得了以下成果：（一）应变速率对孪晶诱导塑性钢的变形行为的影响是十分剧烈的，其延伸率随西南交通大学硕士研究生学位论文第II页着应变率的提高而逐渐降低，过低的应变速率（<10-4/s）对于本次实验孪晶诱导塑性钢的研究意义不大。（二）实验结果显示高速气炮冲击和D-ecap均未能让材料发生相变，都是奥氏体组织。在高速气炮冲击下，材料内位错随着速度的增大而增加，但位错在低速冲击下的增加速度大于高速冲击，这主要的原因是高速冲击产生的温度更高，孪晶更大，

7、有利于位错的滑移，因此表现出来的增加速度要比低速更慢。晶格应变在有些峰如（200）属于压缩态，而在（220）峰属于拉应力，这与峰的强度变化是一致的。冲击形成了少量的形变孪晶及较弱的ζ丝织构。在D-ecap中，材料内部生成了较多的位错和孪晶，晶格应变为负值表明晶粒处于压应力态，晶面间距减小。在D-ecap中，生成了较强的ζ丝织构，同时也存在较弱的γ丝织构。（三）在原位拉伸或压缩形变过程中没有出现相变，随着应变的增加材料内部产生了大量的孪晶和位错，晶格应变在垂直拉伸方向上处于压应力态，随着应变的增加而不断增大。关键词：孪晶诱导塑性钢；TWIP钢

8、；形变孪晶；组织性能；EBSD；XRD西南交通大学硕士研究生学位论文第III页AbstractFe-Mn-Al-Si-Ctwin-inducedplasticity(TWIP)s