Acta Mater.：中錳鋼微觀力學行為的研究

【引言】

近幾年來，由于對燃油效率、節能減排和安全設計等要求的不斷提高，擁有高強度和良好塑形的先進高強度鋼(AHSS)受到了科學家們的廣泛關注。相變誘導塑性(TRIP)鋼作為新一代的先進高強度鋼，由于相變誘導塑性變形效應，有著高極限拉伸應力(UTS)和總伸長率(TE)。它的Mn含量為5%-10%，具有鐵素體—奧氏體雙相細晶組織。近日，有學者通過高能X射線原位觀察實驗，研究了中錳TRIP鋼的微觀力學行為，描述其溫度依賴性的變形特征，有助于更好地深入研究中錳TRIP鋼的變形機理。

【成果簡介】

近日，北京科技大學王沿東教授和阿貢國家實驗室JonathanAlmer（共同通訊作者）在Acta Materialia上發布了一篇關于中錳鋼的文章，題為“Temperature-dependent micromechanical behavior of medium-Mn transformation-induced-plasticity steel studied by in situ synchrotron X-ray diffraction”。研究團隊通過高能X射線衍射，在選定溫度下進行單向拉伸實驗，研究中錳相變誘導塑性(TRIP)鋼的微觀力學行為。研究結果表明，隨著變形溫度的降低，呂德斯應變降低，同時在呂德斯帶傳播過程中，奧氏體更多地轉變為馬氏體。此外，加工硬化在變形誘導馬氏體相變過程中，對相的低溫塑性穩定性起著重要作用。

【圖片導讀】

圖1? 高能X射線衍射實驗原理圖

把一定規格的拉伸式樣放在軋制方向平行于加載方向的應力裝置上，在選定溫度下進行拉伸實驗。收集在不同負載水平下由德拜環組成的二維衍射圖。把與加載方向平行的散射矢量的數據整合，用于計算不同相的拉伸晶格應變。

圖2 ?應力應變曲線

隨著變形溫度從100℃降低到-50℃，鋼的屈服強度從940 MPa略微增加到976 MPa，與鋼的預期溫度依賴強度類似。進入呂德斯應變階段后，隨著變形溫度從100℃降低到-50℃，力學性能發生了顯著變化，其特征在于極限抗拉強度(UTS)和總伸長率(TE)的變化。

圖3 ?高能X射線衍射圖

(a) 原始樣品；
(b) 溫度100℃，應變為0.212；
(c) 溫度25℃，應變為0.454；
(d) 溫度-50℃，應變為0.346。

圖4 ?奧氏體體積分數隨應變的變化

對于在100℃變形的樣品，奧氏體僅有小部分消失直到斷裂。對于在25或-50℃變形的樣品，樣品屈服后奧氏體的體積分數突然下降約0.05。隨著塑性應變的增加，奧氏體在25℃下的體積分數逐漸降低，在-50℃下也同時逐漸降低。

圖5 ?施加應力后的衍射圖譜

(a) 950MPa應力下鐵素體和馬氏體的{211}衍射峰;
(b) 1130MPa應力下鐵素體和馬氏體的{211}衍射峰;
(c) 由加載方向到橫向的晶面間距變化。

圖6 ?樣品在選定溫度下半高寬的變化

(a) 100℃;
(b) 25℃；
(c) -50℃。

圖7 ?25℃不同應力下的呂德斯帶傳播

(a) 由奧氏體體積分數的變化表示；
(b) 由γ-311峰值變化表示；
(c) 由晶格應變的變化表示。

【小結】

這篇文章通過高能X射線衍射實驗，研究了中錳鋼在選定溫度下的微觀力學行為。在100℃時，由于穩定性高，少量的奧氏體轉變為馬氏體，導致加工硬化能力不足。二次鋼的微觀力學性能與超細晶粒鋼相似，沒有明顯的塑性應變。在25℃或-50℃時，隨著殘余奧氏體穩定性的降低，引起變形誘發馬氏體轉變，導致加工硬化能力的提高。因而中錳鋼在25℃和-50℃下表現出明顯的塑性變形。

文獻鏈接：Temperature-dependent micromechanical behavior of medium-Mn transformation-induced-plasticity steel studied by in situ synchrotron X-ray diffraction (Acta Mater.,14 September, 2017 , DOI: 10.1016/j.actamat.2017.09.030）

本文由材料人編輯部金屬學術組金晨供稿，材料牛編輯整理。

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