| 一种中锰TRIP钢的高周疲劳行为研究 |
| 英文题名 | The High Cycle Fatigue of A Medium-Mn TRIP Steel
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| 周静
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| 导师 | 谢季佳
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| 2015
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| 学位授予单位 | 中国科学院研究生院
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| 学位授予地点 | 北京
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| 学位类别 | 硕士
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| 学位专业 | 材料工程
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| 摘要 | 未来发展要求车辆在保证结构安全的基础上更加轻质化，使车辆在使用中更节油环保。相变诱导塑性 (TRIP) 钢由于应变诱导奥氏体向马氏体转变，强化了材料并抑制了颈缩，从而使材料具有高的强度。这一性能特点，使TRIP钢成为汽车用钢的重要选项。本论文系统的研究了第三代汽车用钢的低碳中锰材料的疲劳损伤行为，探讨了该材料的疲劳机理。 选择热轧的0.1C5Mn的TRIP钢板为实验材料，通过650℃保温6个小时和625℃保温18个小时两种不同的退火处理，获得了两种具有不同奥氏体含量的材料样品。通过光学显微镜、扫描电镜与电子背散射衍射 (EBSD) 分析技术、X射线衍射 (XRD)、准静态拉伸试验与显微硬度试验对两种样品进行了显微组织与力学性能的表征。然后，对两种状态的样品开展了疲劳试验，测试得到了两种样品的疲劳应力-寿命 (S-N) 曲线，并进行了断口分析。进一步的选择疲劳极限附近的最大应力，进行了疲劳中途停机实验，从表面形貌、显微组织、相组成与硬度变化等方面，对疲劳损伤机理进行了研究。 通过实验与结果分析，获得如下主要结论： 1.0.1C5Mn TRIP钢的微观结构 两种样品的显微组织均具有团簇特征，团簇内部为片层状，团簇尺寸为10到20 μm。团簇以片层状铁素体相为基体，奥氏体片层在铁素体片层中析出，铁素体基体与逆转变奥氏体之间存在确定的相位关系。原始热轧钢板奥氏体体积分数为7.8%，650℃6小时退火后的奥氏体体积分数为17.88%，18小时退火后的奥氏体体积分数为11.45%。 2.0.1C5Mn TRIP钢的力学性能 退火处理后样品的屈服强度下降，650℃6小时退火样品断裂强度高达989MPa，强塑积也从22.2GPa%提高到27.8GPa%。625℃18小时退火样品加工硬化率较低，但出现了先下降再上升，然后再次下降的现象，这是典型的TRIP效应的特征。这样处理材料的强塑积高达37.6GPa%，具有良好的强韧性能组合。 3.0.1C5Mn TRIP钢的疲劳行为 拉拉疲劳加载实验获得的疲劳S-N曲线表明，650℃6小时退火态材料与625℃18小时退火态材料的疲劳极限均为600MPa。在更高载荷作用下，650℃6小时退火态样品的疲劳寿命略长于625℃18小时退火态样品的寿命。 扫描电镜观察疲劳断口发现，材料的疲劳源均起源于表面，主要起源于表面夹杂物。裂纹扩展区形貌受显微组织的影响，没有观察到明显的疲劳辉纹，在沿垂直于扩展方向的片层组织间存在大量二次裂纹，表明奥氏体、铁素体片层的界面易于剪切破坏。瞬断区为带状分布的韧窝形貌。 4.疲劳中途停机实验 通过疲劳停机实验，观察到随着疲劳周次的增加，在样品表面出现成束的变形条带，金相腐蚀后表明这种变形条带是沿着铁素体与奥氏体片的界面形成。同时样品表面粗糙度随着疲劳过程明显增大。X射线与EBSD测量观察到随着疲劳周次的增加，样品中奥氏体体积百分比逐渐减少。对应的显微硬度与纳米硬度测量表明样品的硬度有所增加。初步的TEM形貌观察表明，疲劳后在奥氏体晶粒内部出现了平行的变形条带，具有马氏体相变的特征。 以上实验结果表明，0.1C5Mn TRIP钢的疲劳损伤累积首先将在奥氏体颗粒中产生，随着疲劳周次增加奥氏体逐渐转变成马氏体。且由于奥氏体片分布在铁素体片层中间，因此导致样品表面出现成束的变形条带。最终损伤沿这些变形条带发展而形成疲劳裂纹。 |
| 索取号 | 31271
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| 语种 | 中文
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| 文献类型 | 学位论文
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| 条目标识符 | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/55089
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| 专题 | 非线性力学国家重点实验室
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推荐引用方式
GB/T 7714 |
周静. 一种中锰TRIP钢的高周疲劳行为研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2015.
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