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隨著汽車輕量化戰略的實施及汽車行業需求的變化,高強度高塑性的先進高強鋼被開發及應用。65錳鋼板尤其是以中錳鋼等鋼種為代表的第三代先進高強鋼兼顧成本及性能,在低制造成本的前提下,其強塑積能達到30 GPa-%級以上。
在開發中錳鋼等第三代先進高強鋼的過程中,亞穩奧氏體及其穩定性被認為是影響鋼材優異力學性能的關鍵因素;在應用中錳鋼等鋼種的過程中,亞穩奧氏體及其穩定性會影響回彈等成形方面的問題,因此需要深入研究。65mn錳冷軋鋼板本文以強塑積為30 GPa-%級的高強塑中錳鋼為研究對象,分析了組織中亞穩奧氏體在不同應變速率和不同變形方式下的穩定性;并以此為理論依據,探討了彎曲變形過程亞穩奧氏體發生的相變行為以及亞穩奧氏體對彎曲回彈的影響, 基于奧氏體特征建立了回彈預測模型,實現了中錳鋼回彈行為的高精度預測。本文的主要工作和結論如下:利用高速拉伸實驗及數字圖像關聯技術（Digital image correlation,DIC）研究了不同應變速率下亞穩奧氏體的穩定性。
結果表明,在應變速率為10-3s-1至5×101s-1范圍內,奧氏體穩定性隨著應變速率的增加而增加。通過EBSD和TEM觀察發現,不同應變速率下,高強塑中錳鋼觀組織的演變規律基本保持一致,即奧氏體隨著應變量的增加逐漸發生畸變,其內部產生層錯,部分奧氏體轉變成馬氏體;鐵素體內部幾何必要位錯密度隨著應變量的增加而顯著增加,并形成高密度的小角度晶界;奧氏體晶粒內的層錯隨著應變速率的增加呈現逐漸稀疏的趨勢。結合熱動力學計算及觀組織分析,65mn錳冷軋鋼板在應變速率由10-3 s-1增加至5×101s-1時,奧氏體的層錯能由9.8 mJ/m2升高至18.7mJ/m2,層錯能的升高抑制了奧氏體的轉變,增加了奧氏體穩定性;同時應變速率增加導致發生相變的臨界能量升高以及相變驅動力降低,也是奧氏體穩定性上升的原因。通過板材成形實驗及DIC技術研究了不同變形方式下亞穩奧氏體的穩定性。
結果表明,65錳鋼板當變形方式由簡單剪切變為單向拉伸再變為平面應變 變為等雙拉時,奧氏體的穩定性逐漸下降。通過EBSD觀察發現,不同變形方式下,隨著應變量的增加,奧氏體逐漸發生畸變,部分奧氏體發生馬氏體相變,鐵素體內部幾何必要位錯密度增加。結合織構分析、Schmid因子及外力所做功的計算可知,變形方式由單向拉伸變為平面應變再變為等雙拉時,奧氏體Schmid因子增加,同時機械外力所做的功上升,兩種因素共同作用導致奧氏體的穩定性下降。而在簡單剪切變形時,奧氏體Schmid因子較高,而機械外力所做的功 ,機械外力產生的相變驅動力較小,導致簡單剪切變形時奧氏體的穩定性較高。以奧氏體在不同應變速率和變形方式下的穩定性為理論依據,利用彎曲回彈實驗研究了成形工藝參數對中錳鋼回彈行為的影響。
結果表明,彎曲變形后中錳鋼厚度方向上發生不均勻變形。65mn錳冷軋鋼板在增加沖壓速度的條件下,彎曲內層區域的變形程度較低,導致發生馬氏體相變的奧氏體體積分數減少及幾何必要位錯密度增加趨勢減弱,使得加工硬化能力減弱,從而中錳鋼的回彈角降低。在增加彎曲角度的條件下,彎曲內層區域的變形程度增加,使得發生馬氏體相變的奧氏體體積分數增加以及幾何必要位錯密度增加,導致加工硬化增加,從而中錳鋼的回彈角增加。當凹模跨距增加時,彎曲內層區域和外層區域的變形均降低,使得發生馬氏體相變的奧氏體體積分數及幾何必要位錯密度呈現減弱趨勢。在相同的總變形條件下,凹模跨距的增加,使得彈性變形階段所占比例增大,因而中錳鋼的回彈角增加。通過改變兩相區退火工藝和軋制方式研究了奧氏體體積分數和織構對中錳鋼彎曲回彈的影響。結果表明,奧氏體體積分數的增加,使得材料的彈性模量增加;制備不同奧氏體體積分數的兩相區退火工藝使得中錳鋼具有不同的屈服強度和加工硬化。
65mn錳冷軋鋼板彈性模量、屈服強度和加工硬化的差異共同導致回彈角的變化。在不同的奧氏體織構條件下,中錳鋼的彈性模量隨著含<111>的織構組分強度的減弱而降低;同時其加工硬化能力隨著含<1-10>和<001>的織構組分強度的增強而增加。彈性模量的降低和加工硬化能力的增加是回彈角增加的主要原因。考慮奧氏體體積分數和織構對彈性模量影響的有限元仿真模型,能夠更地預測實驗用中錳鋼的回彈行為,其預測的回彈角更接近實驗測定的回彈角。
