现代汽车的重点发展方向是节能、降耗、环保和安全。开发轻质高性能汽车用钢,并研究其成形机制和成形件力学性能,是实现汽车轻量化并保证汽车安全性的重要保障。以中锰钢(Mn:4%～12%)为代表的第三代先进高强度钢不仅具有较高强度,而且具有较强的塑性成形能力。由于Al原子量低和晶格膨胀的双重作用,在钢中每增加1%的Al元素,钢的密度可降低1.3%。轻质中锰汽车用钢及其成形工艺近年来成为第三代先进高性能钢研究开发的热点。为了进一步研究中锰汽车钢温热成形工艺对成形后微观组织和力学性能的影响,本文拟针对Fe-0.2C-(6/8.5)Mn-(1.5/3)Al系轻质中锰钢,从温成形工艺、微观组织演变、力学性能调控、变形机制及高温形变强化机理角度,通过降低温成形过程中的加热温度,研发加热温度低于Ac3或Ac1的新型温热成形技术,通过微观组织演变、力学性能调控并分析成形过程中的变形机制,建立微观组织演变和力学性能调控机理与变形机制之间的相关联系,明确温热成形工艺与高温形变强化机理间的相关关系,进而揭示温成形机制对中锰钢成形后零件力学性能的作用机理。本文获得的实验结果归纳如下:(1)轻质中锰钢温热冲压后具有超细多相组织。Fe-0.2C-8.5Mn-3Al实验钢710℃加热并保温5min后并在500℃冲压后组织中奥氏体体积分数可达53.1 vol%,此时冲压件获得优异的力学性能:抗拉强度为982 MPa,伸长率为53.6%,强塑性积为 52.6GPa%。(2)温热成形过程中加热温度对成形后钢的拉伸变形行为和断裂特征有显著影响:对于Fe-0.2C-8.5Mn-3Al轻质中锰钢,在710℃时,拉伸曲线呈现不连续的TRIP效应和Luders带扩展行为。690℃加热时试样的塑性主要与δ铁素体的变形有关。690、710和730℃加热温度下成形后试样的断裂方式为韧性断裂,750和770℃加热温度下成形后试样为脆性断裂。(3)Fe-0.2C-(6/8.5)Mn-(1.5/3)Al系轻质中锰钢随着加热温度的升高奥氏体晶粒体积逐渐增大,且奥氏体体积分数呈现出先增大后减少的规律,在奥氏体体积分数达到最大值时后,随着温度的升高,奥氏体晶粒尺寸逐渐增大而导致奥氏体稳定性的下降,在淬火时奥氏体开始转变为淬火马氏体。(4)对比Fe-0.2C-(6/8.5)Mn-(1.5/3)Al的实验结果发现,Mn和Al含量的增加都会提高实验钢温热成形后的力学性能。奥氏体中Mn的富集可以提高奥氏体的稳定性,增加了残余奥氏体体积分数。而Al的添加会抑制渗碳体的形成,促进C元素向奥氏体中的扩散,提高了奥氏体稳定性,使淬火后残余奥氏体的体积分数得以增加。(5)Fe-0.2C-(6/8.5)Mn-(1.5/3)Al系轻质中锰钢在高温拉伸试验下断裂方式主要为韧性断裂,伸长率随温度升高先升高,当达到最大值后逐渐下降,然后再次升高。实验钢伸长率在下降后再升高是由于在高温下发生奥氏体回复,使实验钢重新获得较好的塑性。(6)Fe-0.2C-(6/8.5)Mn-(1.5/3)Al系轻质中锰钢高温拉伸的抗拉强度变化与应变速率和拉伸温度有关。当拉伸温度不变而应变速率变化的条件下,随着应变速率的增加,实验钢的抗拉强度逐渐增加。在应变速率不变而拉伸温度改变的条件下,随着拉伸温度的增加,实验钢抗拉强度逐渐下降。