【摘 要】
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随着人们对汽车钢轻量化和安全性要求的日益增高,新一代汽车钢的开发逐渐成为研究热点。高锰TRIP/TWIP效应共生钢同时具备TRIP(相变诱发塑性)和TWIP(孪生诱发塑性)效应,兼备高强度、延展性以及加工硬化率等优异性能,具备很强的竞争优势和广阔的发展前景。目前对于高锰钢热处理工艺中的退火温度、保温时间以及冷却方式对力学性能的影响尚不明确,且对于高锰钢的力学性能的研究主要局限于准静态下的力学性能。
【基金项目】
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国家自然科学基金项目-梯度结构相变诱导塑性钢的组织演变和增塑机制的定量研究(51574077);
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随着人们对汽车钢轻量化和安全性要求的日益增高,新一代汽车钢的开发逐渐成为研究热点。高锰TRIP/TWIP效应共生钢同时具备TRIP(相变诱发塑性)和TWIP(孪生诱发塑性)效应,兼备高强度、延展性以及加工硬化率等优异性能,具备很强的竞争优势和广阔的发展前景。目前对于高锰钢热处理工艺中的退火温度、保温时间以及冷却方式对力学性能的影响尚不明确,且对于高锰钢的力学性能的研究主要局限于准静态下的力学性能。因此,本文以具有优异的综合力学性能的高锰钢(0.19C-15Mn-3Al-0.025Nb)为研究对象,通过热轧、冷轧结合不同的热处理工艺获得具有优异综合性能的中锰钢,研究不同的热处理工艺及不同应变速率的动态变形对实验钢的组织演变及力学性能的影响,从而确定最佳的热处理工艺并进一步完善对高锰钢动态变形行为研究的不足,为汽车钢冲压成型技术的开发和其抗碰撞性能的提高提供实验依据和理论基础。本文研究的主要内容和结果如下:(1)在退火时间、冷却方式相同的条件下,随着退火温度的升高,晶粒尺寸逐渐增大,抗拉强度及断后延伸率均呈现出先增大后减小的趋势,其中,在850℃的退火温度保温2 min后水冷的热处理工艺得到了最佳的强度和塑性的配合,其抗拉强度为971 MPa,延伸率为56%,强塑积达54.4 GPa·%。(2)在退火温度、冷却方式相同的条件下,随着退火保温时间的延长,晶粒尺寸逐渐增大,抗拉强度和屈服强度均逐渐降低,断后延伸率保持先增高后降低的趋势,其中,在800℃保温2min空冷和水冷后的实验钢的强塑积分别达到48.7 GPa·%和49.2 GPa·%。(3)在退火温度、时间相同的条件下,对比不同冷却方式(空冷、水淬)对实验钢组织及力学性能的影响。研究表明,空冷后的实验钢延伸率较高且晶粒尺寸相对较小,而水冷后的实验钢强度较高,其中经850℃保温2 min空冷后的实验钢比水冷后的实验钢的TRIP效应更加显著,且晶粒尺寸较小,强度较高。(4)通过对实验钢组织和准静态力学性能的分析可知,在850℃保温2 min得到最佳的力学性能,冷却方式对力学性能影响不大,而经动态力学测试后,不同冷却方式得到的实验钢的力学性能具有较大差异,其中空冷后的实验钢在动态变形下的强度较高,而水冷后的实验钢则具有较高的延展性。(5)通过对850℃保温2 min后分别进行空、水冷的实验钢进行不同应变速率(7 s-1、70 s-1、700 s-1)的拉伸试验,试验结果表明,随着拉伸速率的增加,断后延伸率均保持先增高后降低的趋势,且均在70 s-1的拉伸速率下得到最大值,在强度方面,空冷后的实验钢的抗拉强度随着应变速率的增加而增加,而水冷后的实验钢的强度呈现出先降低后增加的趋势。
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