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摘要 论文试验研究了预应变对t r i p 钢烘烤硬化值的影响并阐释了t r i p 钢板的 烘烤硬化机理，主要内容包括： 。 ( 1 ) 研究了工业生产的两种t r i p 钢板( k 型和b 型) 的b h 值，以及b h 值与预应变量的关系。结果显示，两种t r i p 钢板具有明显的烘烤硬化性能；b h 值随着预应变的增加先上升后下降，且在应变较大时变为负值。 ( 2 ) 以b 型t r i p 钢为原料通过控制热处理工艺得到具有相同铁素体体积 分数的t r i p 钢( t r i p b ) 和d p 钢( d p b ) ，并考察了t r i p b 钢和d p b 钢的 b h 值以及其与预应变的关系。结果显示，t r i p b 钢的结果与k 型和b 型t r i p 钢相似；但d p b 钢的结果则与三种t r i p 钢差异较大：未经预应变试样的b h 值为正，应变后b h 值则为负，且随着应变量的增加单调下降。 ( 3 ) 采用内耗手段对d p b 钢进行了研究。结果显示，经2 、6 应变的 d p - b 试样，虽然b h 值为负，但在试样的“温度一内耗”谱线上发现明显的s k 峰，说明有c o t t r e u 气团形成但其并非d p b 钢屈服强度变化的主导原因。由于 d p 钢变形过程中会在马氏体和铁素体相界处形成应力集中，因此认为烘烤具有 两面性：一是产生c o t t r e l l 气团，导致流变应力提高e r e ；二是释放部分集中的内 应力，导致流变应力下降仃，。当c r 吒时，b h 值变为负值。 ( 4 ) 对经o 、2 和6 应变后的t r i p b 钢进行内耗研究，在“温度一内 耗”谱线上发现明显的s - k 峰，且发现b h 值越大的试样对应的s k 峰越高，说 明c o t t r e l l 气团的生成是t r i p b 钢烘烤硬化的主要原因，但其却无法解释负的 b h 值；由于t r i p 钢和d p 钢在结构上存在相似性，因此烘烤对t r i p 钢同样具 有两面性：b h = o r 。一仃，。在应变较小时，c r c 对b h 值起主导作用；随着应变增 加，铁素体与贝氏体相界处的应力集中逐渐增强，因此，o r ，对b h 值的影响逐 渐变强并最终成为主导，导致b h 值为负。 ( 5 ) 文章还研究了烘烤对t r i p b 和d p b 钢的抗拉强度、均匀延伸率、断 裂行为的影响，并考察了加工硬化和烘烤硬化对材料屈服强度的综合作用。 关键词；t r i p 钢，b h 值，预应变，d p 钢，内耗 l l a b s t r a c t t h ee f f e c to f p r e s t r a i no nt h eb hv a l u ea n dt h eb a k eh a r d i n gm e c h a n i s mo f t r i p s t e e la l es t u d i e di nt h i sp a p e r , w h i c hi n c l u d e s ： ( 1 ) t h eb hv a l u ea n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nb hv a l u ea n dp r e s t r a i na t e s t u d i e df o rt w ok i n d so fc o m m e r c i a lt r i ps t e e l s ( 啪e - ka n dt y p e - b ) b o t h s t e e l se x h i b i te x c e l l e n tb a k eh a r d e n i n gc h a r a c t e r i s t i c w i t ht h ei n c r e a s eo f p r e s t r a i n ，t h eb h v a l u ei n c r e a s e sf i r s t l yu n t i lr e a c h i n go f t h ep e a kv a l u e ，t h e n d c c r e a s e sa n df i n a l l yg e t st ob en e g a t i v e ( 2 ) t r i ps t e e l ( t r i p - b ) a n dd ps t e e l ( d p b ) ，h a v i n gt h es a m ev o l u m ef r a c t i o n o ff e r r i t ei nl l l e i rm i c r o s t r u c t u r e , a r ep r 印a r 甜b yt y p e - bt r i ps t e e lw i t h d i f f e r e n th e a tt r e a t m e n tp r o c e s s e s t h eb hv a l u ea n di t sc o r r e l a t i o nw i t h p r e s t r a i na l ea l s os t u d i e df o rt h e s et w os t e e l s t h et e s tr e s u l to ft r i p bs t e e l i st h es a m ea st h a to f t y p e ba n dt y p e - kt r i ps t e e l s ，b u td p - bs t e e li sq u i t e d i f f e r e n tf r o mt h et r i ps t e e l s f o rd p bs t e e l ：t h eb hv a l u eo f t h es p e c i m e n w i t h o u tp r e s t r a i ni sp o s i t i v e ；b u tf o rt h es p e c i m e n sw i t hp r e s t r a l n ，t h eb h v a l u ei sn e g a t i v ea n dw o u l dd e c r e a s ew i mt h ei n c r e a s eo f p r e s t r a l n ( 3 ) t h e i n t e r n a lf r i c t i o no f d p bs t e e li sm e a s u r e d t h o u g ht h eb hv a l u e so f 2 ， 6 s t r a i n e dd p - bs t e e la r en e g a t i v e , t h es - kp e a ka p p e a r so b v i o u s l yo nt h e t e m p e r a t u r e - i n t e r n a lf r i c t i o n s p e c t r u mf o re a c hs p e c i m e n ，w h i c hs h o w s t h ef o r m a t i o no fc o t t r e l la t m o s p h e r ea n di n d i c a t e st h ec o t t r e l la t m o s p h e r ei s n o tt h ek e yf a c t o rf o rt h eb a k eh a r d 咄o f d ps t e e l a st h ei n t e m a ls t r e s si s f o r m e da r o u n dt h eb o u n d a r yb e 咐e e nf e r r i t ea n dm a r t e n s i t ed u r i n g d e f o r m a t i o n , t w ok i n d so fe f f e c to fb a k i n ga l et a k e ni n t oa c c o u n t ：( a ) t h e f o r m a t i o no fc o t t r e l la t m o s p h e r e ，w h i c hr e s u l t si nt h ei n c r e a s eo ff l o w s t r e s s o c ；( b ) t h er e l e a s eo fi n t e m ms t r e s s ，w h i c hr e s u l t si nt h ed e c r e 嬲eo f i i l f l o ws t r e s s ，w h e n c r r 吼，b hv a l u eb e c o m e st ob en e g a t i v e ( 4 ) f o rt h eo ，2 ，6 s t r a i n e dt r i p - bs p e c i m 廿l f l ，t h e r ei so b v i o u s l ya ns - k p e a ko nt h e t e m p e r a t u r e - i n t e r n a lf i i c t i o n s p e c t r u mf o re a c hs p e c i m e n a n d t h eh i g h e rt h es - kp e a ki s ，t h eg r e a t e rb hv a l u ei so b t a i n e d ，s h o w i n gt h a ti t i st h ef o r m a t i o no fc o t t r e l la t m o s p h e r et h a td o m i n a t e st h eb a k eh a r d e n i n g b e h a v i o ro f t r i p bs t e e l b u ti tc a nn o te x p l a i nt h en e g a t i v eb hv a l u e s i n c e t h e r ee x i s t ss i m i l a r i t yb e t w e e nt r i ps t e e la n dd ps t e e li nt h em i e r o s t r u c t u r e ， t h eb hv a l u eo f t r i ps t e e lc a na l s ob ed i v i d e di n t ot w op a r t sa s ：b h = c r c 一 仃，w h e np r e s t r a i ni ss m a l l ，c r c w o u l dd o m i n a t et h eb hv a l u e ；w i t ht h e i n c r e a s eo fp r e s t r a i n , t h ei n t e r n a ls t r e s sa r o u n dt h eb o u n d a r yo ff e r r i t ea n d b a i n i t eb e c o m e sg r e a t e r , t h e nt h ee f f e c to fo rb e c o m e sg r e a t e ra n df i n a l l y d o m i n a t e st h eb hv a l u e ，r e s u l t i n gi nt h en e g a t i v eb h v a l u e ( 5 ) t h e e f f e c to f b a k i n go nt i l e r m ，a g f a n dt h ef r a c t u r eb e h a v i o ra r ea l s os t u d i e d , a sw e l la st h ec o m b i n e de f f e c to f b a k eh a r d e n i n ga n dw o r kh a r d e n i n go nt h e y i e l ds t r e s s ( r m ) k e y w o r d s ：t r i ps t e e l ，b hv a l u e ，p r e s t r a i n ，d ps t e e l ，i n t e r n a lf r i c t i o n 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：邋日期：碑掣 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 导师签名：纽日期：趟 上海大学硕l ：学位论文t r i p 钢烘烤硬化机理研究 1 1t r i p 钢 1 1 1t r i p 钢的问世 第一章绪论 为了实现汽车轻量化，提高汽车安全性能，节省能源，保护环境，高强度钢 板在汽车中的应用逐年增加【1 。5 1 。对汽车钢板而言，不仅需要其具有高强度，而 且需要其优良的成型性能来满足汽车构件的冲压成型要求。但是，通常用于改善 材料强度的方法常常导致塑性降低。因此，人们对能同时改善材料强度和塑性的 方法进行着不懈的研究。 2 0 世纪6 0 年代z a e k a y 等人【6 1 研究高n i 奥氏体不锈钢时发现，亚稳态奥氏 体在m 。m d 温度的形变会诱导马氏体相变，相变的同时产生很大的塑性，使得 延伸率和成型性大幅度提高，即“相变诱发塑性( t r a n s f o r m a t i o ni n d u c e d p l a s t i c i t y ，简称t r i p ) ”效应。 早期的t r i p 钢由于n i 和c r 含量高、生产工艺复杂，成本太高，应用一直 受到限制。h a y 锄i 【刀在双相钢中发现其含有残余奥氏体并具有t r i p 效应后，人 们开始以s i 、m n 等廉价的合金元素代替n i 、c r 等贵重元素来研制t r i p 钢板， 成本大大降低，应用得到推广。目前，国际上大型钢铁企业，包括宝钢，已经具 备批量生产t r i p 钢的能力。 t r i p 钢的特点是具备高强度的同时具备优良延伸率，与其它几种高强钢相 比，t r i p 钢具有明显的优势，如表1 1 t 8 1 及图1 1 【明所示。 目前，t r i p 钢主要用于制作汽车的挡板、底盘部件、车轮轮辋、车门、冲 击梁等，此外还应用于化学、机械装置等，使用范围十分广泛。同传统钢板相比， 用t r i p 钢板制造的零件重量减轻约1 2 【1 0 1 ，经济效益明显。随着生产工艺的不 上海大学硕上学位论文t r i p 钢烘烤碗化机理研究 断完善，t r i p 钢板的应用前景将更加广阔。 表1 1t r i p 钢与其它几种钢板力学性能比较 钢类& l m p al k m p a a n 值( 1 0 伸长率) i f1 5 03 0 04 60 2 4 d q s k 1 7 03 0 04 30 2 2 b m 4 02 2 03 4 53 70 1 9 | f - r e p h o s 2 2 0 3 4 53 8o 2 2 h s l a 3 4 03 5 04 4 52 80 1 7 d p 6 0 03 4 06 0 02 70 1 7 d p 8 0 04 5 08 4 01 70 1 1 d p l 0 0 07 2 0 1 0 0 0 1l0 0 6 t r i p 6 0 03 8 06 3 13 40 2 3 t i u p 8 0 0 4 7 0 8 2 02 80 2 3 绒攮誊度帆 图1 1t r i p 钢与其它几种钢板力学性能比较 1 1 2t r i p 钢的组织 为得到t r i p 效应，钢的组织中须包含一定量的过冷奥氏体。一般t r i p 钢 大致由5 。1 5 残余奥氏体、2 0 0 0 的贝氏体及5 0 7 0 的铁索体组成 1 1 1 2 。 残余奥氏体t r i p 效应同残余奥氏体的含量有关，残余奥氏体的含量高， 应变硬化率高，则t r i p 效应强，但高含量的残余奥氏体并不一定对应着高的延 伸率，因为t r i p 效应还同残余奥氏体的稳定性有关。徐祖耀”1 指出：残余奥氏 2 4 鼍豢避 上海人学硕士学位论文t r i p 钢烘烤硬化机理研究 体越稳定，试样在拉伸形变时，应变诱导相交逐渐发生，t r i p 效应越好。 贝氏体t r i p 钢中贝氏体的形态根据等温温度的不同，主要分为上贝氏体 和下贝氏体。t r i p 钢室温残余奥氏体的获取主要是利用贝氏体的不完全转变现 象，通过两相区的退火处理、贝氏体转变区等温时过冷奥氏体转变成贝氏体，同 时将碳排入奥氏体，使得奥氏体中碳含量升高，降低奥氏体的m 。温度直至室温 下，使之在随后冷却至室温时保留。高强度低合金t r i p 钢中，贝氏体对强度有 重要贡献。 铁素体铁素体软，延性好，容易吸收残余奥氏体向马氏体转变引起的体积 膨胀，对t r i p 效应具有较好的辅助作用。铁素体在形变热处理中是最先形成的 组织，它直接影响最终组织中残余奥氏体的成分和形貌，因而影响残余奥氏体的 性能，也即t r i p 效应的优劣。t r i p 钢力学性能的提高除t r i p 效应外，部分是 由于位错强化的原因，残余奥氏体相变时伴随着体积的扩大，压迫周围的铁素体， 使其塑性变形，引起位错密度的增加，产生位错强化。因此合适的铁素体量是获 得优良塑性的前提条件。t r i p 钢中铁素体的含量一般为5 0 7 0 ，以保证钢具有 优良的塑性。 1 1 3t r i p 钢化学成分 化学元素通过改变钢在热处理时的相变行为和微观组织来改变钢的机械性 能。高强度低合金t r i p 钢的主要成分般为：0 1 5 加4 0 w t c ，1 0 - , , 2 0 w t s i ， 1 0 - , - 2 0 w t m n t l 4 1 ，有时添加微量元素a 1 ，c u ，p ，n b 等。 c在t r i p 钢的成分中，c 是对其性能最主要的影响元素。钢板中碳含量 太低t r i p 效应不明显，但亦不能太高，碳含量太高则会影响成型性和焊接性能。 c 在显微组织中的分配对材料的性能有着重要作用：它应尽可能合理地在奥氏体 中富集，以使得残余奥氏体的m 。温度低于室温，从而获得最佳的力学性能。一 般c 含量在0 1 5 w t o 4 0 w t 之间。为使钢板具有良好的焊接性，碳含量一般 取小值。典型t r i p 钢的碳含量为0 2 w t 。 s is i 是铁素体形成元素。s i 不仅有利于铁素体的延展性能，又稳定了过 r 海人学硕上学位论文t r i p 钢烘烤硬化桃理研究 冷奥氏体；它基本不溶于碳化物，因此钢中一定的s i 含量可以有效抑制碳化物 形成；此外它对铁素体母相具有固溶强化的作用，从而促进t r i p 钢强度与塑性 的良好结刽”】。硅元素对残余奥氏体量及其稳定性起着至关重要作用： s i 分布在铁素体中，提高铁素体中碳的化学位，促使铁素体中的碳向奥 氏体内部扩散，奥氏体中的碳浓度升高。 s i 是铁素体形成元素，临界区加热时s i 倾向于分布在铁素体中，因而奥 氏体晶粒边缘s i 贫化。在贝氏体相变区等温时，这个边缘优先向铁素体转变， 同时向奥氏体晶粒内部排碳，使奥氏体碳浓度增高，稳定性增强。 s i 在碳化物中不溶解，贝氏体区保温时碳化物沉淀被s i 抑制，在残余奥 氏体中可富集较多的碳，使奥氏体具有更多的残留或更高的稳定化倾向【”】。 但是s i 加入过多，会使钢a r 3 升高，奥氏体不稳定性增加，不利于残余奥 氏体的获得。t r i p 钢中s i 含量超过1 w t ，还会给产品带来以下几种缺陷【1 4 】： 铸造困难。 表面质量差。因为其硅含量高，表面容易起铁锈。 热镀锌困难，表面缺乏浸润层；界面上易形成脆弱的金属间化合物。 焊接性能较差。 m nm n 是奥氏体稳定化元素，它在临界区加热时会向奥氏体中扩散， 使得m n 和c 同时在奥氏体中富集，增加奥氏体在随后冷却过程中的稳定性，推 迟珠光体的形成，延长马氏体转变孕育期，降低马氏体转变临界冷却速率【1 6 1 。同 时也促使m 。降至室温以下，形成一定体积含量的富碳的残余奥氏体。研究表明， 加入m n 可以提高t r i p 钢中残余奥氏体的数量及低硅t r i p 钢的抗拉强度和延 伸率。但是，m n 加入过多会引起贝氏体转变过慢，导致残余奥氏体体积增多， 稳定性下降。 s u n g - j o o nk i m t l 7 】列举了t r i p 钢中m n 含量超过2 0 w t 时导致性能下降的 两种观点： m n 含量过高形成过分稳定的残余奥氏体，它们在塑性变形过程中不转 变成马氏体，对相变诱发塑性没有贡献；m n 含量太高，固溶强化作用强，影响 塑性的提高，t r i p 效应消失。 4 上海人学硕士学位论文 t r i p 钢烘烤硬化机理研究 m n 含量过高易形成带状组织，马氏体、贝氏体等硬质相均分布于这种 带状结构中，故此结构呈现硬脆性，对塑性提高没有帮助；m n 元素提高奥氏体 的淬透性，含量太高导致在冷却过程中易发生马氏体相变。 a l 、c u 、p 、n bs i 含量过高会在生产过程中产生一些问题，而含量 太低则导致钢中残余奥氏体量下降和力学性能下降。因此人们开始进行硅替代元 素的研究。研究【1 8 】发现a l 、p 等元素的加入有利于提高低硅t r i p 钢的残余奥氏 体量和力学性能。s 舭d m 【1 4 1 等人研究发现理论上可以用a 1 、c u 、p 代替s i 抑制 贝氏体加热时碳化物的形成。 a l 可以部分代替s i ，使奥氏体中的含碳量足够高，但是如果a l 完全代替 s i 则t r i p 钢的强度塑性平衡就会被破坏【1 6 1 。在临界退火时，加入a l 的t r i p 钢中的奥氏体含量低，贝氏体区等温保持时，贝氏体含量少且相变进程慢。 p 也可以提高奥氏体的含量及稳定性，部分代替s i 可以在贝氏体转变时抑 制碳化物沉淀，保留小晶粒奥氏体。另外s i 可以通过固溶强化作用提高母体的 约束力来稳定残余奥氏体。但是，s i 含量过高会导致脆性增加，影响塑性。 微合金化元素n b 可降低m 。温度，固溶n b 较高的奥氏体，具有较高的残留 或稳定化倾向，并且产生弥散强化作用n 9 1 。有人认为c u 可能代替s i ，但相关研 究较少。 1 1 4t r i p 钢的生产工艺 生产t r i p 钢板的典型工艺路线有热轧和冷轧热处理两种凹- 2 2 。 热轧t r i p 钢通过形变热处理来获得，而形变热处理工艺通过热轧过程中控 轧与控冷来实现。热轧t r i p 钢板的基本工艺流程为：首先加热，在奥氏体区和 两相区热轧获得一定的铁素体，再快冷至贝氏体转变区进行卷曲和保温停留，然 后缓冷至室温来得到铁素体、贝氏体和残余奥氏体多相组织。图1 2 是t r i p 钢 板热轧工艺示意斟”】。 冷轧热处理生产t r i p 钢工艺如图1 3 所示, 2 4 1 。钢在a + 1 r 区亚临界温度范 围( a c l 3 ) 内退火可以得到铁素体和奥氏体，此时奥氏体第一次增碳( 即奥氏体 中含碳量已超过钢的平均含碳量) ；然后快速冷却( 抑制铁素体的形成) 至贝氏 上海大学硕士学位论文 t r i p 钢烘烤硬化机理研究 体形成温度范围内等温，再冷却到室温。在贝氏体形成区域等温时，奥氏体部分 转变为低碳或无碳贝氏体。在此转变过程中，奥氏体中的碳向未转变的奥氏体中 扩散，使得未转交奥氏体中的含碳量进一步提高( 此为奥氏体的第二次增碳) ， 从而其m 。点降低至室温以下，随后的冷却过程中这部分奥氏体在室温残留，最 终得到铁素体+ 贝氏体+ 残余奥氏体的混合组织1 1 6 l 。 聪同 图1 , 2n u p 钢板热轧工艺示意图 时弼 图1 3 冷轧t r i p 钢板热处理工艺示意图 6 漂凌 j ：海人学硕士学位论文 t r i p 钢烘烤硬化机理研究 1 2 屈服现象与应变时效【z s 捌 1 2 1 屈服现象与屈服强度 金属材料在一定外加载荷作用下会发生弹性变形，应力与应变之间保持单值 线性关系。弹性变形都是可逆的，是品格中原子白平衡位置产生可逆位移的反映， 应力去除后变形可以完全恢复。当外加应力超过弹性极限后，金属材料在继续进 行弹性变形的同时，开始发生明显的塑性变形。 对于有些金属材料，从弹性变形阶段向塑性变形阶段过渡是明显的，表现在 载荷增加到一定数值时突然下降，随后，在载荷不增加或在某一不变载荷附近波 动的情况下，试样继续伸长变形，这便是屈服现象。金属材料在拉伸试验时产生 的屈服现象是开始产生宏观塑性变形的一种标志。 对应于载荷突然下降的点称为上屈服点r 。，而不变载荷或首次下降的最低 载荷点称为下屈服点r 吐在屈服过程中产生的伸长叫做屈服伸长，屈服伸长对 应的水平线段或曲折线段称为屈服平台或屈服齿。屈服伸长变形是不均匀的，载 荷从上屈服点下降到下屈服点时，在试样局部区域开始形成与拉伸轴约成4 5 0 的 所谓吕德斯带或屈服线，随后再沿试样长度方向逐渐扩展，当屈服线布满整个试 样长度时，屈服伸长结束，试样开始进入均匀塑性变形阶段。 屈服现象不仅在退火、正火、调质的中低碳钢和低合金钢中出现，在铜、铝 及其合金中也有。不仅多晶体金属能产生屈服，单晶体金属也能产生屈服。退火 低碳钢的屈服与位错和溶质原子的交互作用有关。低碳钢中的碳、氮原子与刃位 错交互作用，使位错被钉扎，因此，开始塑性变形时必须提高外力才能使位错运 动。一旦位错开动后，塑性变形所需应力又迅速降了下来，从而形成屈服现象。 既然屈服现象是金属材料开始塑性变形的标志，而各种机件在实际服役过程 中又大都处于弹性变形状态，不允许产生微量塑性变形，因此，出现屈服现象就 标志着产生了过量塑性变形失效，即产生了屈服失效。为了防止机件产生此种失 效，人们在设计和选材中提出了一个衡量屈服失效的力学性能指标，这个指标就 是用应力表示的屈服点。由于上屈服点r 。波动性很大，对试验条件的变化很敏 7 上海大学硕j 二学位论文 t r i p 制烘烤硬化机理研究 感，而在正常试验条件下，下屈服点r 。再现性比较好，所以工程上就用下屈服 点表示金属材料抵抗屈服失效的力学性能指标，该指标也表征金属材料对微量塑 性变形的抗力。 如= 妾 式中，f 屈服载荷 瓯试样标距部分原始截面积。 如果金属材料在拉伸试验时出现屈服平台，那么测定屈服点就非常方便。但 是许多金属材料在拉伸试验时看不到明显的屈服现象，为此只好人为地规定产生 一定塑性变形量时的应力作为条件屈服点，称为屈服强度。规定的塑性变形量一 般为o 2 ，即残余相对伸长为0 0 0 2 ，相应的屈服强度为r 。 。 1 2 2 应变时效现象 塑性变形的本质就是位错在外力作用下克服各种阻力而滑移。这些阻力包括 晶格阻力、位错问交互作用产生的阻力、晶界或相界对位错的阻力、第二相对位 错产生的阻力等，还包括位错与点缺陷( 溶质原子等) 的交互作用对位错运动产 生的阻力。 溶质原子在晶体中会引起点阵畸变，故必然产生应力场，并与位错的弹性应 力场有交互作用。对于产生球形畸变的溶质原子来说，其与位错的交互作用能用 柱坐标表示为【2 7 】： ：口s i n 0 。 ， 溶质原子在位错周围稳定存在情况下， 盯。时，b h 值变为负值。所以，产生负b h 值 的原因是烘烤削弱了加工硬化的作用。 对于未经预变形的试样，相界面处的应力集中相对较小，在b h = c r c q 中 起主导作用的是盯，因此b h 值为正值；一旦变形发生后，由于d p b 钢的初始 加工硬化能力很强，在相界面堆积的应力也相应很多，因此烘烤过程中释放的应 力也比较多，这时对b h 值起主导作用的是仃，b h 值变为负值。随着变形量的 增大，相界面的应力集中也随之增大，烘烤后释放的应力相应增加，即以增 大，因此b h 值随预变形量的增加逐渐下降。这样，d p b 钢的烘烤硬化机理可 用图5 4 示意说明。 b 司 o d p _ - b ，一一j - _ - o ， 9 i 、 一怒 e 图5 4d p - b 钢的烘烤硬化机理示意图 仃。是由于形成c o t t r e l l 气团而导致的流变应力提高，其来自铁素体相。上一 节讨论t r i p 钢烘烤硬化机理时指出，由c o t t r e l l 气团导致的流变应力提高随着 5 l 上海人学硕士学位论文 t r i p 铜烘烤硬化机理研究 预应变的增加先上升后下降，如图中所示。( 7 r 是由应力释放导致的流变应力降 低，其随着应变量的增大而增大。两者的共同作用导致了b h 值随应变量增大而 变化的曲线。由于仃，占主导作用，所以，变形后试样的b h 值都为负，且随着 应变量的增加而下降。 5 3t r i p 钢烘烤硬化机理再探讨 在5 1 章节讨论t r i p b 钢的烘烤硬化机理时，仅考虑到基体相铁素体内部 的变化，并未考虑第二相的作用，也未能对t r i p 钢出现负的b h 值进行解释。 t r i p 钢与d p 钢在组织上存在相似性，d p 钢是铁素体基体上分布马氏体，而t r i p 钢是在铁素体基体上分布贝氏体和残余奥氏体，并且对于两种材料来说，第二相 都比基体相强度高。所以在d p - b 钢烘烤硬化机制的基础上，再次讨论t r i p b 钢的烘烤硬化机理。 研究d p - b 钢烘烤硬化机理时，讨论到了加工硬化作用与负b h 值的关系， 对于t r i p b 钢，也考察了其加工硬化值与预变形量的关系，并与d p - b 钢的结 果相比较，如图5 5 。 246 应变( ) 图5 5 l m b 钢与d p - b 钢的w h 值与预应变量的关系 瑚 蛳 蛳 枷 枷 枷 御 。 口皂，净 p 海大学硕+ 学位论文 t r i p 钢烘烤硬化机理研究 在0 - 1 0 范围内，在应变量相等的情况下，t r i p b 钢的加工硬化值远远 低于d p b 钢。由于两种材料中基体相基本相同，所以加工硬化值的差异来自于 不同的第二相。 已经知道，d p b 钢优异的初始加工硬化能力主要是因为两相间的协调变形 而产生的内应力。由于t r i p b 钢与d p b 钢的组织存在相似性，认为t r i p b 钢变形后也会在铁素体与贝氏体相界面处存在协调变形并产生内应力集中。但是 由于贝氏体强度低于马氏体，其协调变形容易进行，产生的内应力相对较小。另 外，t r i p 钢在塑性变形的过程中，会发生残余奥氏体向马氏体转变，而这一相 变过程，会释放塞积在相问的应力【6 6 1 ，从而使得内应力进一步降低。虽然由奥氏 体相变得到的马氏体会在继续变形过程中起到强化作用，但是由于其体积分数较 小( 如图5 6 ) ，其对加工硬化的作用相比贝氏体而言是次要的。所以在相等变形 量的条件下，t r i p - b 钢的w h 值远小于d p b 钢。 柏7 27 4 孢柏帅眩科赫 盈h e t a l 蛔) 图5 6 不同应变后的t r i p b 钢组织中马氏体相体积分数 虽然与d p b 钢相比t r i p b 钢的w h 值较低，但是：从图5 5 中可以发现， t r i p b 钢的w h 值随着应变量的增大而逐渐增大，在l o 应变时达到2 0 0 m p a 以上。w h 值越大，意味着基体相与第二相界面处的应力集中越强。与d p 钢相 似，t r i p 钢中的应力集中在烘烤过程中也会部分释放，从而导致流变应力降低。 啪 瑚 啪 蛳 枷 铷 枷 伽 。 上海人学硕士学位论文t r i p 钢烘烤硬化机理研究 从t r i p - b 钢的w h 值与预应变量的关系来看，变形量小时，加工硬化值较 小，说明相间应力集中也较小，烘烤导致的应力释放也相应较少，所以在 b i - i = c r c o r 中，起主导作用的是盯。，b h 值为j 下值。 随着变形量的增加，加工硬化值逐渐增大，相间内应力集中加剧，烘烤后释 放的应力也增加，因此在 b h = 盯。一o r 中，起主导作用的逐渐成为盯，b h 值变为负值。 t r i p b 钢烘烤硬化机理可示意于图5 7 。盯。是由c o t t r e u 气团导致的流变应 力上升，其随着应变量的增加先上升后下降。仃，是由应力释放导致的流变应力 降低，其随着变形量增加逐渐增加。两者的共同作用影响者b h 值与应变量的关 系，如图中所示。应变较小时，相界面处的应力集中较弱，b h 值随应变量变化 的趋势为仃。所主导。但是，随着町影响的加强，b h 值逐渐为q 所主导并最终 变为负值。 b 司 o t r i p 日 瓜、。 。 一、 e 图5 7t r l p - b 钢的烘烤硬化机理示意图 上海大学硕上学位论文 t r i p 钢烘烤硬化机理研究 第六章烘烤对其它性能的影响 6 , 1 屈服强度增量 6 1 it r i p 钢屈服强度增量 为了考察烘烤工艺给材料强度产生的影响，在讨论b h 值时，是将加工硬化 效应排除在外的。而实际上汽车零件成形后，零件局部的强度提高是加工硬化和 烘烤硬化两种作用的综合结果。为此，讨论这种综合作用对汽车工业也具有重要 的意义，它可以用来表征零件的不同变形量部分抵抗变形能力的提高。 如果这种综合作用导致材料屈服强度提高缄。，则 丝，o 。= r p 0 2 一r 其中彤”是成形前屈服强度，r 删是成形和烘烤后屈服强度。三种t r i p 钢板 的衄棚与应变量的关系如图6 1 所示。 在0 一1 0 应变范围内，k 型t r i p 钢的监m 2 随着应变量的增加单调递增； t r i p - b 钢的r 。随着变形量增大先是增加，到极值后出现了略微下降；b 型 t r i p 钢的丝。则在达到极值后出现了明显下降。 观察三条曲线，在应变量较小时，a r 。：随着应变的增大剧烈增加，2 的变 形量使得r m ：的增值都达到1 1 0 m p a 以上。在低应变范围内，b h 值与w h 值 都随着应变量的增加而增加，而监。：又是加工硬化和烘烤硬化共同作用的结果， 此a r g o 2 剧烈增加。这意味着零件变形量较小的部分，其抵抗变形的能力随着 l 海大学硕上学位论文 t r i p 钢烘烤硬化机理研究 预应变量( ) 图6 1 三种t r i p 钢的丛。”与预应变量的关系 变形量的减小而剧烈降低。随着应变量的继续增加，虽然a r g o 2 依然增加，但是 其增长趋势明显变缓，意味着试样变形量较大的各个部分抵抗变形的能力相近， 这是由于b h 值变小甚至成为负值的结果；当a r p o 。达到最高值以后，继续增加 应变量则出现了欲。2 下降的趋势，这是因为继续变形的加工硬化作用已经不足 以抵消烘烤导致的流变应力降低。 衄。与应变量的关系对于我们评判冲压成形零件不同部分抵抗变形的能 力具有重要意义。虽然变形量越大加工硬化效果越突出，但是通过图6 1 可以知 道，并非变形最大的部分抵抗变形的能力最强。当应变超过一定量后，继续增加 应变对欲，。值的提高并无明显影响，甚至会使欲m ：值下降，导致抵抗变形的 能力降低。 6 1 2d p b 钢屈服强度增量 同样考察了d p b 钢的a r p o 2 与预应变量的关系，并与t r i p b 钢相比较， 示于图6 2 。 上海人学硕十学位论文 t r i p 铡烘烤硬化机理研究 o 茧，卯 、， ，m 司 5 0 o 24e81 0 预应变量( ) 图6 2 d p - b 钢与t r i p - b 钢的丝。n 2 比较 对于d p b 钢，曲。：在低变形量的情况下，随着变形增加急剧提高，2 的 变形量使得监，”提高了约2 1 0 m p a 。但是继续变形对监，仉2 影响不大，曲线上出 现了平滑区，意味着在这一应变范围内试样抵抗变形的能力相近，这是因为烘烤 使得流变应力降低，抵消了加工硬化的作用。 比较两条曲线，在等变形量条件下，d p b 钢的丝p o 2 要远远高于t r i p b 钢。 这说明从零件抵抗变形的角度来讲，d p b 钢的性能要优于t r 口一b 钢，因为d p b 钢具有很强的初始加工硬化能力。 6 2 烘烤前后抗拉强度的变化 为了考察烘烤是否对抗拉强度胄。产生影响，择取了部分试验数据进行比较。 未经预应变和烘烤的试样的抗拉强度记为r 。，应变并且烘烤后试样的抗拉强度 记为r m ，则 r 。= r m j r m 上海人学硕士学位论文 t r i p 钢烘烤硬化机理研究 考察了不同应变后三种t r l p 钢的衄。，如图6 3 。 委 、， 星 司 预应变量( ) 图6 3 烘烤对t r i p 钢r 。的影响 图6 3 表明烘烤使三种t r i p 钢抗拉强度升高，并且抗拉强度的增值与烘烤 前的预应变量有关。在考察的应变范围内丝。最高达到1 0 0 m p a 。关于缸。随应 变量增加而变化的趋势，三种钢板表现出两种特点：对于k 型t r i p 钢和t r i p - b 钢，足。随着应变量的增大而单调上升；对于b 型t r i p 钢，歙。随着应变量的 增加出现了先上升后下降然后再上升的特点。 同样考察了应变后烘烤对d p - b 钢欲。的影响，并与t r i p b 钢对比，如图 6 4 所示。 对于未经预应变的d p - b 钢，烘烤使得抗拉强度下降，衄。为负值。但是对 于变形后的试样，烘烤则使抗拉强度提高，并且烘烤前变形量越大，烘烤后抗拉 强度的增量越大，1 0 应变后烘烤可使抗拉强度提高1 3 0 m p a 。比较两条曲线， d p b 钢的衄。对烘烤前的变形量更加敏感。 上海大学硕i ：学位论文 t r i p 钢烘烤硬化机理研究 委 、， 重 司 预应变量( ) 图6 4 烘烤对d p - b 钢和t r i p b 钢r 。的影响 6 3 烘烤对均匀延伸率的影响 测量了经不同预应变再烘烤的试样的均匀延伸率如，如图6 5 中实线所示。 衢 2 0 、1 5 * 三1 0 5 o 预应变量( ) 图6 5 不同应变后烘烤对均匀延伸率的影响 随着预变形量的增大，试样的均匀延伸率下降，这是因为预变形本身也属 于试样均匀延伸的范畴。为了考察烘烤工艺是否对试样的均匀延伸率有影响，引 上海人学硕上学位论文t r i p 钢烘烤硬化机理研究 进一个参数爿+ f ： 以：( 警枷。1 0 0 l 十5 爿，是未经预变形和烘烤的试样的均匀延伸率，s 是预应变量。这样，4 表示试样预变形后不经烘烤而继续拉伸所应得到的均匀延伸率。 图6 5 中的虚线表示彳0 的值。对比实线与虚线可以发现，未经预应变的试 样，烘烤对其均匀延伸率无影响；但是，对于经过预变形的试样，烘烤导致均匀 延伸率降低。 对于经预变形和未经预变形的试样，其主要区别就在于烘烤后变形过的试样 内部会存在大量的c o t t r e l l 气团，试样受载时，被钉扎的位错无法移动；同时， c o t t r e l l 气团还会阻碍滑移至其前方的位错，从而导致均匀延伸率下降。 6 4 烘烤对断裂行为的影响 考察了未经应变也未经烘烤试样的断口和经2 应变后再烘烤试样的断口， 如图6 6 和6 7 。 图6 6 t r i p - b 钢试样断口：c a ) 未预应变也未烘烤；( b ) 2 应变后烘烤 从图6 6 发现，烘烤对断口产生了明显影响。对于未经烘烤的试样，断口处 韧窝很多并且可以观测到较大的韧窝，说明铁素体的延展性比较好；而经2 应 变再烘烤试样的断口处韧窝较少，并且比较浅，说明铁素体的延展性有所下降。 这是因为烘烤会使应变过的试样内部产生c o t t r e l l 气团，而c o t t r e l l 气团阻碍了铁 上海人学顾士学位论文 t r i p 钢烘烤硬化机理研究 素体中位错的滑移，因此造成铁素体延展性下降。 图6 7d p - b 钢试样断口：( a ) 未预应变也未烘烤；( b ) 2 应变后烘烤 从图6 7 可以发现，相比t r i p b 钢，烘烤对d p b 钢断口的影响更加明显。 对未经烘烤的d p b 钢试样，在断口可以观测到较多数目的韧窝，属于韧性断裂。 但是经2 f i 立变再烘烤的试样，其断口处韧窝数量很少，类似脆性解理断裂。 6 l t 海人学硕十学位论文 t r i p 钢烘烤硬化机理研究 第七章结论 1 将成分为o 1 l c 1 6 7 m n - 1 1 9 s i 的t r i p 钢板在7 8 0 临界退火3 0 0 秒后：( 1 ) 经4 0 0 c 保温3 0 0 秒而后空冷得到相组成约为6 0 铁素体+ 3 5 贝氏体+ 5 残余奥氏体的t r i p 钢组织；( 2 ) 直接水淬至室温得到相组成约为6 0 铁素 体+ 4 0 马氏体的d p 钢组织。力学性能测试结果显示，t r i p