Acta Mater.：中锰钢微观力学行为的研究

【引言】

近几年来，由于对燃油效率、节能减排和安全设计等要求的不断提高，拥有高强度和良好塑形的先进高强度钢(AHSS)受到了科学家们的广泛关注。相变诱导塑性(TRIP)钢作为新一代的先进高强度钢，由于相变诱导塑性变形效应，有着高极限拉伸应力(UTS)和总伸长率(TE)。它的Mn含量为5%-10%，具有铁素体—奥氏体双相细晶组织。近日，有学者通过高能X射线原位观察实验，研究了中锰TRIP钢的微观力学行为，描述其温度依赖性的变形特征，有助于更好地深入研究中锰TRIP钢的变形机理。

【成果简介】

近日，北京科技大学王沿东教授和阿贡国家实验室JonathanAlmer（共同通讯作者）在Acta Materialia上发布了一篇关于中锰钢的文章，题为“Temperature-dependent micromechanical behavior of medium-Mn transformation-induced-plasticity steel studied by in situ synchrotron X-ray diffraction”。研究团队通过高能X射线衍射，在选定温度下进行单向拉伸实验，研究中锰相变诱导塑性(TRIP)钢的微观力学行为。研究结果表明，随着变形温度的降低，吕德斯应变降低，同时在吕德斯带传播过程中，奥氏体更多地转变为马氏体。此外，加工硬化在变形诱导马氏体相变过程中，对相的低温塑性稳定性起着重要作用。

【图片导读】

图1  高能X射线衍射实验原理图

把一定规格的拉伸式样放在轧制方向平行于加载方向的应力装置上，在选定温度下进行拉伸实验。收集在不同负载水平下由德拜环组成的二维衍射图。把与加载方向平行的散射矢量的数据整合，用于计算不同相的拉伸晶格应变。

图2  应力应变曲线

随着变形温度从100℃降低到-50℃，钢的屈服强度从940 MPa略微增加到976 MPa，与钢的预期温度依赖强度类似。进入吕德斯应变阶段后，随着变形温度从100℃降低到-50℃，力学性能发生了显著变化，其特征在于极限抗拉强度(UTS)和总伸长率(TE)的变化。

图3  高能X射线衍射图

(a) 原始样品；
(b) 温度100℃，应变为0.212；
(c) 温度25℃，应变为0.454；
(d) 温度-50℃，应变为0.346。

图4  奥氏体体积分数随应变的变化

对于在100℃变形的样品，奥氏体仅有小部分消失直到断裂。对于在25或-50℃变形的样品，样品屈服后奥氏体的体积分数突然下降约0.05。随着塑性应变的增加，奥氏体在25℃下的体积分数逐渐降低，在-50℃下也同时逐渐降低。

图5  施加应力后的衍射图谱

(a) 950MPa应力下铁素体和马氏体的{211}衍射峰;
(b) 1130MPa应力下铁素体和马氏体的{211}衍射峰;
(c) 由加载方向到横向的晶面间距变化。

图6  样品在选定温度下半高宽的变化

(a) 100℃;
(b) 25℃；
(c) -50℃。

图7  25℃不同应力下的吕德斯带传播

(a) 由奥氏体体积分数的变化表示；
(b) 由γ-311峰值变化表示；
(c) 由晶格应变的变化表示。

【小结】

这篇文章通过高能X射线衍射实验，研究了中锰钢在选定温度下的微观力学行为。在100℃时，由于稳定性高，少量的奥氏体转变为马氏体，导致加工硬化能力不足。二次钢的微观力学性能与超细晶粒钢相似，没有明显的塑性应变。在25℃或-50℃时，随着残余奥氏体稳定性的降低，引起变形诱发马氏体转变，导致加工硬化能力的提高。因而中锰钢在25℃和-50℃下表现出明显的塑性变形。

文献链接：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）

本文由材料人编辑部金属学术组金晨供稿，材料牛编辑整理。

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