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1、在汽車(chē)工業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí),汽車(chē)用鋼也面臨安全、環(huán)境、資源、能源及成本等方面的挑戰(zhàn)。為解決這一問(wèn)題,輕量化已成為汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。通過(guò)向中高錳鋼中添加一定比例的鋁元素,在合金成分優(yōu)化與熱處理工藝控制的基礎(chǔ)上,得到其它鋼種不具備的低密度和高強(qiáng)韌性組合的新型汽車(chē)鋼材,已成為汽車(chē)用鋼研究的熱點(diǎn)。因此,高強(qiáng)度高塑性低密度鋼的開(kāi)發(fā)對(duì)未來(lái)汽車(chē)生產(chǎn)將產(chǎn)生重要的影響,有望在未來(lái)汽車(chē)結(jié)構(gòu)件上得到廣泛應(yīng)用。但是,汽車(chē)用高強(qiáng)度高塑性低密度鋼的研究才剛起步
2、,尚有很多問(wèn)題需要解決。本文以高強(qiáng)度高塑性低密度中高錳鋼為研究對(duì)象,系統(tǒng)研究了高強(qiáng)度高塑性低密度鋼在退火和時(shí)效過(guò)程中的力學(xué)性能及其組織演化規(guī)律、拉伸變形過(guò)程中的微觀結(jié)構(gòu)演化及其變形機(jī)制和高壓扭轉(zhuǎn)變形過(guò)程中的組織、性能和變形機(jī)制。本文試圖通過(guò)對(duì)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和討論,期望不僅能豐富高強(qiáng)度高塑性低密度鋼的塑性變形理論,而且能夠揭示高強(qiáng)度高塑性低密度鋼力學(xué)行為和組織演變的規(guī)律,并且為高強(qiáng)度高塑性低密度鋼組織和性能的控制、優(yōu)化提供具有一定參考
3、價(jià)值的方法。論文獲得的結(jié)果如下:
(1)通過(guò)對(duì)兩種Al含量(Fe-26Mn-8/10Al-1C,分別簡(jiǎn)稱(chēng)為8Al和10Al鋼)的高錳低密度鋼進(jìn)行不同時(shí)間和溫度的退火處理,研究了8Al和10Al鋼在退火處理過(guò)程中組織和力學(xué)性能的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)變形試樣微觀組織進(jìn)行觀察,研究了8Al和10Al鋼在拉伸變形過(guò)程中的微觀組織演化規(guī)律,同時(shí)研究了8Al和10Al鋼的力學(xué)行為和變形機(jī)制。通過(guò)分析對(duì)比8Al和10Al鋼在拉伸變形過(guò)程中微觀組
4、織形貌和力學(xué)行為,明確了Al含量對(duì)高錳低密度鋼力學(xué)性能和微觀組織演化的影響規(guī)律。結(jié)果表明,隨著Al含量的增加,實(shí)驗(yàn)鋼中位錯(cuò)滑移所需的臨界應(yīng)力增大,導(dǎo)致10Al鋼需要更大的應(yīng)力才能形成位錯(cuò)墻和微帶結(jié)構(gòu),推遲了致密微帶結(jié)構(gòu)的形成,也延緩了塑性失穩(wěn)。變形后期10Al鋼的應(yīng)變硬化率明顯高于8Al,抗拉強(qiáng)度和延伸率也都高于8Al鋼。
(2)通過(guò)對(duì)8Al和10Al鋼進(jìn)行不同時(shí)間的時(shí)效處理,研究了8Al和10Al鋼在時(shí)效處理過(guò)程中組織及力學(xué)
5、性能隨時(shí)效時(shí)間的變化規(guī)律。結(jié)果表明,通過(guò)短時(shí)時(shí)效處理,可以大幅度提高8Al和10Al鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度,同時(shí)塑性并沒(méi)有顯著降低,從而獲得更為優(yōu)異的高強(qiáng)韌性組合。通過(guò)X射線(xiàn)衍射(XRD)、TEM和高分辨透射電子顯微鏡技術(shù),研究了8Al和10Al鋼在時(shí)效過(guò)程中κ-碳化物的形貌和分布規(guī)律,以及κ-碳化物對(duì)高錳低密度鋼力學(xué)性能和變形機(jī)制的影響。結(jié)果表明,8Al和10Al鋼中存在調(diào)幅分解和有序化共存的現(xiàn)象。隨著Al含量的增多,κ-碳化物尺寸增
6、大,同時(shí)其體積分?jǐn)?shù)也增加。通過(guò)合理控制κ-碳化物析出可以獲得良好的綜合力學(xué)性能。
(3)設(shè)計(jì)了中錳低密度鋼(Fe-12Mn-8Al-0.8C,簡(jiǎn)稱(chēng)為8Al12Mn鋼),研究了8Al12Mn鋼在退火和時(shí)效處理過(guò)程中微觀組織及力學(xué)性能的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)不同熱處理?xiàng)l件下的試樣微觀組織進(jìn)行觀察并結(jié)合應(yīng)變硬化率與真應(yīng)變的變化關(guān)系,明確了各相比例和分布對(duì)8Al12Mn鋼變形機(jī)制和斷裂行為的影響。通過(guò)TEM觀察,研究了8Al12Mn鋼在單軸
7、拉伸變形過(guò)程中的微觀組織演化規(guī)律,同時(shí)研究了8Al12Mn鋼的力學(xué)行為和變形機(jī)制。結(jié)果表明,在退火處理過(guò)程中,合理控制各相配比和分布可以獲得優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)鋼在900℃退火處理時(shí),獲得優(yōu)異的力學(xué)性能,抗拉強(qiáng)度為920MPa,延伸率為46.4%,強(qiáng)塑積達(dá)到41952MPa%。在時(shí)效處理過(guò)程中形成的硬脆的層片狀碳化物在變形過(guò)程中極大地降低了材料的塑性和應(yīng)變硬化能力,導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間時(shí)效后的強(qiáng)度和塑性同步降低。
(4)通過(guò)對(duì)高錳F
8、e-Mn-Al-C系低密度鋼(Fe-26Mn-3 Al-1C,簡(jiǎn)稱(chēng)為3Al鋼)進(jìn)行不同轉(zhuǎn)數(shù)的高壓扭轉(zhuǎn)變形(High Pressure Torsion,HPT),研究了3Al鋼在HPT變形過(guò)程中的組織演化及力學(xué)性能隨扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)變量的變化規(guī)律,分析了3Al鋼HPT變形過(guò)程中晶粒細(xì)化機(jī)制和變形機(jī)制。結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)HPT處理后,3Al鋼的硬度值顯著提高,經(jīng)HPT變形5轉(zhuǎn)之后的維氏硬度值約為800HV,為變形前的4倍。此外,3Al鋼在HPT變形過(guò)
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