亚稳β型TRIP/TWIP钛合金研究进展

综述了当前国内外学者关于具有相变诱发塑性/孪晶诱发塑性(transformation induced plasticity/twinning induced plasticity,TWIP/TRIP)效应的亚稳β型钛合金的研究进展。介绍了该类钛合金的设计方法。统计了近几年开发的TWIP/TRIP钛合金家族成员及其力学性能,归纳了合金在塑性变形过程中的变形产物及其形成机制,指出了该类钛合金在发展过程中遇到的一些问题。     

汽车用高强钢的发展与展望

对一系列汽车用高强钢(高强度低合金(high strength low alloy, HSLA)钢、双相(dual-phase, DP)钢、复相(complex phase, CP)钢、相变诱发塑性(transformation induced plasticity, TRIP)钢、孪晶诱发塑性(twinning induced plasticity, TWIP)钢、淬火-碳分配(quenching&partitioning, Q&P)钢、中锰钢)在生产和应用中出现的问题作了回顾，所采用的处理方法也作了介绍。对应用广泛的DP钢和CP钢的特点及其在应用时可能的互为补充作了叙述。列举了提高超高强度TRIP钢塑性的方法；高锰TWIP钢因价高而受市场冷落，但可推荐为价格高且塑性很低的热冲压(hot stamping, HS)钢的替代品；相比之下，中锰钢既有优良的强塑性，又有较低的价格易被汽车商接受。Q&P钢作为低合金钢有很好的强塑性，但钢厂需配备复杂生产线。建议对低碳低合金钢如自回火钢作更多关注和探讨。     

具有高强高塑性和良好加工硬化行为的新型亚稳β钛合金设计及发展

本实验将不锈钢中的TRIP/TWIP效应(TRIP:相变诱发的塑形变形,TWIP:孪晶诱发的塑形变形)引入到β钛合金设计中,采用d-电子设计方法和控制合金电子浓度(e/a)的策略,通过控制合金的β稳定性,设计出具有TRIP/TWIP效应,极好的冷加工性能(冷轧变形率95%),高强(抗拉强度,UTS:900～1200 MPa),优异塑性(均匀塑性变形能力ε约40%)和良好的加工硬化行为(加工硬化区间超过350 MPa)的Ti-Mo基亚稳β钛合金。显微结构分析表明Ti-Mo基合金在塑性变形过程中产生了应力诱发马氏体相变αy和{332}113机械孪晶,这导致合金具有以上优异的性能。     

亚稳态β钛合金的成分设计、变形机制与力学性能研究进展

本文介绍了当前孪晶塑性/相变塑性(TWIP/TRIP)钛合金的研究现状和设计方法,统计了TWIP/TRIP钛合金中发生{332}<113>、{112}<111>双孪晶钛合金β相的晶粒尺寸、屈服强度和加工硬化率。讨论了Bo-Md图在多组元钛合金设计上的应用和局限性,特别是析出不同二次相(α相与ω相)对基体β相稳定性的影响。从基体β相稳定性、析出相、β相晶粒尺寸和晶体学取向三方面归纳了亚稳态β钛合金TWIP/TRIP变形机制的影响因素,并对其中存在的一些问题和不足进行了分析,简要总结了双孪晶机制对钛合金力学性能的影响。通过综述最新的研究进展及相关问题,对未来高强韧钛合金的发展提出新见解。     

一种具有TRIP/TWIP效应的高强高塑性亚稳β钛合金设计及发展

相比不锈钢或Co-Cr合金,钛合金的低塑性以及加工硬化行为的缺失严重限制了其在高强和高塑性环境下的应用。针对这两大缺陷,本文将不锈钢中的TRIP/TWIP效应引入到β钛合金设计中,采用d-电子设计方法和控制合金电子浓度(e/a)的策略,通过控制合金的β稳定性,设计出具有TRIP/TWIP效应,极好的冷加工性能(冷轧变形率>95%),高强(抗拉强度UTS：900~1200MPa),优异塑性(均匀塑性变形能力ε~40%)和良好的加工硬化行为(加工硬化区间超过350MPa)的Ti-Mo基亚稳β钛合金。显微结构分析表明Ti-Mo基合金在塑性变形过程中产生了应力诱发马氏体相变α?和{332}<113>机械孪晶,这导致合金具有以上优异的性能。     

亚稳态β钛合金的成分设计、变形机制与力学性能研究进展

本文介绍了当前孪晶塑性/相变塑性(TWIP/TRIP)钛合金的研究现状和设计方法,统计了TWIP/TRIP钛合金中发生{332}113、{112}111双孪晶钛合金β相的晶粒尺寸、屈服强度和加工硬化率。讨论了Bo-Md图在多组元钛合金设计上的应用和局限性,特别是析出不同二次相(α相与ω相)对基体β相稳定性的影响。从基体β相稳定性、析出相、β相晶粒尺寸和晶体学取向三方面归纳了亚稳态β钛合金TWIP/TRIP变形机制的影响因素,并对其中存在的一些问题和不足进行了分析,简要总结了双孪晶机制对钛合金力学性能的影响。通过综述最新的研究进展及相关问题,对未来高强韧钛合金的发展提出新见解。     

相变/孪晶诱发塑性的β钛合金加工硬化行为研究

研究了具有相变诱发的塑性变形/孪晶诱发的塑性变形(trunsformationinducedplasticity/twinninginduced plasticity,TWIP/TRIP)效应的Ti-12Mo-5Zr钛合金的加工硬化行为,并利用Hollomon理论分析了该合金的加工硬化指数n变化趋势。根据加工硬化率的演变趋势,该合金的加工硬化过程可分为3个不同阶段:Stage I(ε≈0~0.02),弹-塑性变形过渡阶段;Stage II(ε≈0.02~0.15),加工硬化率θ和硬化指数n逐渐增大阶段;Stage III(ε≈0.15~0.34),加工硬化率θ逐渐减小直到颈缩阶段,该阶段硬化指数n达到稳定值0.34。结合金相显微镜(OM)、透射电镜(TEM)等手段详细研究了该合金在这3个不同加工硬化阶段的显微结构演化过程,探讨了每个阶段的变形机理及其硬化行为。     

TWIP钢冲压变形行为的研究

在小松H1F60型压力机上对Fe-Mn-Si系孪晶诱发塑性钢(TWIP钢-twinning induced plasticity)进行圆筒件冲压,获得不同状态的圆筒件,并对断口及断口附近的组织进行观察。利用冲压模拟软件Dynafom5.7对TWIP钢圆筒件冲压成形进行计算机辅助模拟,拟合得到试验用TWIP钢的成形极限曲线,并对模拟结果作进一步实际冲压验证。研究结果表明:TWIP钢冲压圆筒件断口附近含有大量形变孪晶,断口上产生有"嵌套式"韧窝;利用拟合的成形极限曲线模拟TWIP钢冲压可以较好地反映其实际冲压情况。     

汽车用先进高强钢的氢脆研究进展

本文总结了第一代～第三代先进高强钢的各自典型代表钢种——相变诱发塑性钢(TRIP钢)、孪晶诱发塑性钢(TWIP钢)、淬火配分钢(QP钢)和中锰钢的氢脆研究现状和重要结果。主要结论为,TRIP钢的氢脆敏感性主要体现在塑性降低,而强度损失不大。TWIP钢的氢脆敏感性严重依赖于应变速率,即随应变速率降低而显著增加;形变孪晶界和ε/γ相界面易发生氢致开裂,而Σ3退火孪晶界不易开裂;深入研究表明,当ε/γ相界面满足西山取向关系时,则与Σ3孪晶界类似,能够阻碍氢致裂纹扩展,这一结论将不同学者的结果统一起来。QP钢的氢脆敏感性与TRIP钢相似。中锰钢因含有较多的奥氏体相,变形时伴随着强烈的TRIP效应,氢脆敏感性较大,既有明显的塑性损失也有较大的强度损失。对含有奥氏体组织的TRIP钢、QP钢和中锰钢等,调控奥氏体组织的形态和分布是改善其氢脆的主要对策;而对TWIP钢则可通过控制预应变速率和Al合金化等措施来改善氢脆。     

高强度高塑性TWIP钢的组织和性能

研究了一种高强高塑的汽车用TWIP钢。TWIP钢的锰含量为15％～30％，抗拉强度为600～1100MPa，断后伸长率高达95％。介绍了孪晶诱发相变的微观机理，层错能对TWIP效应的影响以及显微组织对钢的力学性能的影响。锰含量为15％～30％时，钢的塑性得以提高的机理主要是γ→ε→α相变诱发的TRIP效应；随着锰含量增加，孪晶形成逐渐起主导作用。     

�����շ����ԣ�TWIP���ֵ��о���չ

 综述了孪生诱发塑性（TWIP）钢的研究进展,重点介绍了产生TWIP效应的关键在于低温时具有稳定的奥氏体组织和较低的层错能,主要合金元素对TWIP钢组织和性能的影响,层错能及其计算,第一、二代TWIP钢的力学性能以及温度、应变速率和加工工艺对其力学性能的影响,孪生诱发塑性的微观机制。     

TRIP/TWIP异种钢激光偏束焊接接头的显微组织与力学性能

采用不同激光束偏移量对TRIP钢和TWIP钢进行了异种钢焊接,并测试和分析了焊接接头的显微组织、硬度及力学性能。结果表明:TRIP/TWIP焊接接头的力学性能较TRIP钢和TWIP钢母材明显降低。焊接过程中熔池内的搅动以及激光束偏移导致了熔池内锰元素的不均匀分布,从而直接影响焊缝的显微组织和断裂形式。激光束偏向TWIP钢侧形成全奥氏体焊缝有助于改善焊接接头的力学性能。     

TWIP钢研究的现状与展望

综述了新型孪生诱发塑性钢（TWIP）研究的进展,重点介绍了孪生诱发塑性的机制、层错能对TWIP效应的影响和TWIP钢优异的力学性能。     

TWIP钢的显微组织与变形机制研究

采用金相、X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等方法对两种不同Mn含量应变诱发孪晶(TWIP)钢拉伸前后的显微组织进行了研究.结果表明,Fe-15Mn-3Si-3Al钢的塑性增长机理主要是),γrcc→εhcp,γfcc→εhcp→αbcc相变诱发的TRIP效应;Fe-25Mn-3Si-3Al钢主要的塑性增长机制是孪晶诱发的TWIP效应.Fe-25Mn-3Si-3Al钢拉伸后有些奥氏体晶粒内存在两个或多个孪晶系统,孪晶界与原始奥氏体晶界都会阻碍孪晶的长大.层错能强烈影响TWIP钢的变形机制,随着Mn含量的增加,层错能不断增加,孪晶强化逐渐起主导作用.     

变形对石油膨胀管用TWIP钢力学性能和耐蚀性的影响

将固溶处理的TWIP(Twinning induced plasticity)钢膨胀管在室温下进行约14%的膨胀变形,对钢膨胀前后的微观组织进行观察,研究膨胀变形对TWIP钢的力学性能和电化学腐蚀行为的影响。结果表明:经固溶处理TWIP钢的组织为单相奥氏体并含有退火孪晶,经过膨胀变形后晶粒内出现机械孪晶,膨胀变形提高了钢的强度和硬度,降低钢的塑性和韧性。另外,膨胀变形导致TWIP钢的阴极极化曲线向左移动,自腐蚀电位向负方向移动,自腐蚀电流密度呈现不同程度的降低,膨胀后的极化电阻R_p均大于膨胀前,降低了钢的腐蚀速率,提高了TWIP钢的耐蚀性。     

孪生诱发塑性(TWIP)钢的研究进展

综述了孪生诱发塑性(TWIP)钢的研究进展,重点介绍了产生TWIP效应的关键在于低温时具有稳定的奥氏体组织和较低的层错能,主要合金元素对TWIP钢组织和性能的影响,层错能及其计算,第一、二代TWIP钢的力学性能以及温度、应变速率和加工工艺对其力学性能的影响,孪生诱发塑性的微观机制。     

CSL晶界对TWIP钢变形行为的影响

综述了重位点阵(CSL)晶界对孪晶诱发塑性(TWIP)钢变形行为的影响。介绍了晶界在退火和变形过程中的相互作用,CSL晶界与TWIP钢变形行为的关系,以及TWIP钢变形过程中CSL晶界特征分布与织构的关系。     

Fe-Mn-Al-C系轻质钢变形行为的原位分析

采用原位分析的方法研究了0.24C-10.46Mn-5.14Al(高锰)和0.24C-3.57Mn-4.99Al(低锰)两种轻质钢在室温拉伸过程中的相变行为。结果表明:层错能为29 m J/m2的高锰试验钢表现出了明显的孪晶诱发塑性效应(TWIP),层错能相近的低锰试验钢经拉伸后奥氏体含量明显降低,组织中出现了α'马氏体,在拉伸变形过程中呈渐进式转变的相变诱发塑性(TRIP)作用,其力学性能优于高锰试验钢;高锰试验钢中奥氏体碳含量越低,稳定性越差,其向ε马氏体的瞬时相变行为越显著,从而抑制了γ→α'的转变,导致其力学性能降低。     

相变诱发塑性的影响因素研究进展

对国外相变诱发塑性影响因素的研究进展做了概述,介绍了TRIP效应及其影响因素。重点概括了化学成分对残留奥氏体量和稳定性的影响,残留奥氏体量和相变转化率及残留奥氏体中碳含量对相变诱发塑性的影响。介绍了影响TRIP效应的其它因素,如变形条件、轧制工艺和热处理制度等。这些论述有助于相变诱发塑性的进一步研究和应用。     

孪生诱发塑性钢的研究现状及展望

基于TWIP钢高的强度、好的塑性性能,针对潜在石油工业可膨胀管技术应用背景,对孪生诱发塑性TWIP钢的国内外研究现状、TWIP钢目前的研究方向进行了综述,并提出今后在理论研究方向上的几点设想和展望。