twip钢的强韧化原理及应用.doc

《twip钢的强韧化原理及应用.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、燕山大学金属强韧化原理及其应用题目：TWIP钢强韧化原理及应用院系：材料科学与工程学院班级：材料学14班学号：S12080502041姓名：李培TWP钢强韧化原理及应用1.1TWP钢的出现与意义随着人们生活水平的日益提高，有车一族在城市中的比重越来越大，现代汽车的发展趋势是轻量化，节能和安全等，为适应这一发展需要，在汽车制造中有必要采用高强度的钢板。据统计，汽车重量每减轻1%，燃料消耗可降低0.6%～1.0%，而能耗高会导致尾气排放量增加，因此，汽车减重对节能和环保意义重大。汽车减重的一个重要手段是采用高强度钢。基于这种情况汽车工业迫切需要人们对高强

2、度钢的研究和开发。近年来新开发的含15-25mass%Mn、2-4mass%Si和2-4mass%Al的高Mn钢显示出极高的延伸率（60-95%）和中等的强度（600-1100MPa），其抗拉强度和延伸率的乘积在50000MPa%以上，其优良的力学性能来自于形变过程中的孪生诱发塑性效应，即TWIP效应。TWIP钢是现在研究较广泛的超高强度钢，它不仅具有高强度，高的应变硬化率，还有非常优良的塑性，韧性和成形性能。从现代汽车用钢对高强度和高塑性的要求来看，TWIP钢是最佳选择。1.2TWIP钢的发展现状TWIP钢在使用时无外载荷，冷却到室温下的组织是稳定

3、的残余奥氏体，但是如果施加一定的外部载荷，由于应变诱导产生机械孪晶，会产生大的无颈缩延伸，显示出非常优异的力学性能。由于加入了大量的Al，钢的密度也会有所下降。目前国外的研究已经从第1代的Fe-25Mn-3Al-3Si-0.03C系列到第2代的Fe-23Mn-0.6C系一直到目前的Fe-26Mn-11Al-1.1C和Fe-6Al-0.05Ti-0.05Nb-0.02B系。德国马普钢铁研究所G..Frommeyer课题组研制和开发了Fe-Mn-Si-Al系高锰奥氏体TRIP/TWIP钢，并申请专利(专利号：1997DE19727759，EP981098

4、1)并注册商标“HSD”。国内开展这方面的研究起步较晚，但勿庸置疑，TWIP钢具有极高的强塑积，优势十分明显。TWIP钢的开发在我国具有极大的潜力，蕴涵着巨大的商机和市场。1.3TWIP钢的力学性能TWIP钢是最近几年国外正在进行研究的高强度，高塑性钢。该钢在使用时无外载荷，冷却到室温下的组织是稳定的残余奥氏体，但是如果施加一定的外部载荷，由于应变诱导产生机械孪晶，会产生大的无颈缩延伸，显示出非常优异的力学性能。由于加入了大量的Al，钢的密度也会有所下降。1997年，Grassel等在研究Fe-Mn-Si-A1系TRIP钢时发现，当Fe-Mn-Si-

5、A1系钢锰含量达到25wt%，铝含量超过3wt%，硅含量在2-3wt%之间时，具有中等的抗拉强度(约600MPa)和极高的延伸率（大于80%），其抗拉强度和延伸率的乘积在50000MPa%以上，是高强韧性TRIP钢的两倍。该类合金的高强韧性来自形变过程中孪晶的形成而不是TRIP钢中的相变，故命名为孪生诱发塑性(twinninginducedplasticity，TWIP)钢。TWIP钢中机械孪晶的形成及其对力学性能的影响改变了我们对孪晶的传统看法，拓宽了我们对孪生在形变过程中作用的科学认识。材料的力学性能决定于其基体组织，TWIP钢为单一的奥氏体(面

6、心立方)组织，因而具有较低的屈服强度(约280MPa)，中等的抗拉强度(约600MPa)。面心立方结构的TWIP钢密排面密排程度高，滑移系，滑移方向多，因而塑性好，特别是当TWIP钢拉伸时，由于高应变区会应变诱发孪晶转变，由此显著延迟钢的缩颈，从而极大地提高了钢的塑性，因此具有极高的延伸率(大于80%)。除此之外，另一个令人瞩目的力学性能是具有高的能量吸收能力和没有低温脆性转变温度。如20℃时约为0.5J/mm3，为传统深冲钢的两倍以上；在﹣196℃～200℃形变温度区间内没有低温脆性转变温度。该钢在无外载荷的条件下，室温组织是稳定的奥氏体，基体中存

7、在大量的退火孪晶，一旦施加一定的外部载荷后，因为应变诱发产生形变孪晶，发生大的无颈缩延伸，表现出优良的机械性能，如高的应变硬化率、高的塑性值和高的强度。与TRIP钢相比较，应变诱发的马氏体组织更有利于提高钢的抗拉强度，而应变诱发的孪晶则更有利于提高塑性，故TWIP钢的塑性远大于TRIP钢，而抗拉强度低于TRIP钢。2.1TWIP钢性能的获得TWIP钢之所以拥有如此优异的性能，主要是两方面的工作取得的贡献，即TWIP钢的化学成分配比恰当和强韧化手段的应用。钢的化学成分，尤其是合金元素的加入一定程度上决定了钢的组织性能。此外，强化手段如固溶强化、相变强化

8、、弥散强化、形变强化、水韧处理等在获得高强度良好韧性TWIP钢的过程中也是不可或缺的。2.2合金元素在TWI