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相變誘發(fā)塑性TRIP鋼

2016-11-26 21:30:15      點(diǎn)擊:

對(duì)結(jié)構(gòu)材料而言,強(qiáng)度與塑性是一對(duì)矛盾體。強(qiáng)度提高,塑性就下降;改善了塑性,強(qiáng)度就降低。在汽車制造業(yè),這種矛盾特別突出。一方面,汽車車身構(gòu)件大多要進(jìn)行深沖、拉延、凸緣及翻邊等成型加工,要求材料的變形能力(塑性)越高越好;另一方面,輕量化、節(jié)能的技術(shù)趨勢(shì),又要求不斷提升材料強(qiáng)度以減少板厚,從而減輕車重。

 

為了同時(shí)獲得高強(qiáng)度和高塑性這兩種相互矛盾的特性,先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板(AHSS)成為近年來(lái)汽車用鋼研發(fā)熱點(diǎn)。在所有AHSS鋼種當(dāng)中,「TRIP鋼」具有高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度,沖壓成形性能好,作為汽車用鋼具有明顯的優(yōu)越性,發(fā)展迅速,得到了越來(lái)越廣泛的商業(yè)應(yīng)用。

 

TRIP效應(yīng)

TRIP鋼」指具有TRIP效應(yīng)的鋼。TRIP效應(yīng),即TRansformation Induced Plasticity,「相變誘發(fā)塑性」,它是由于晶體材料發(fā)生了馬氏體相變而使材料塑性增加的一種效應(yīng)。殘余奧氏體的應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變,這種TRIP效應(yīng)使TRIP鋼可以獲得高強(qiáng)度和好的塑性。

 

殘余奧氏體是穩(wěn)定的奧氏體轉(zhuǎn)化后殘留下的。奧氏體在轉(zhuǎn)化過程中體積要發(fā)生變化,當(dāng)基體轉(zhuǎn)化成為馬氏體后,殘余部分由于空間的限制,導(dǎo)致該部分只能以?shī)W氏體存在,稱為殘余奧氏體。

 

TRIP鋼在變形過程中,殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成高強(qiáng)度的高碳馬氏體,同時(shí)伴隨著體積膨脹,因而抑制了塑變的不穩(wěn)定,增加了均勻延伸的范圍,故使得強(qiáng)度和塑性同時(shí)提高。

 

殘余奧氏體的含量和穩(wěn)定性是TRIP效應(yīng)的關(guān)鍵所在。冷軋TRIP鋼板是采用臨界加熱、下貝氏體等溫淬火的工藝來(lái)獲取所需的大量殘余奧氏體;熱軋TRIP鋼板則通過控制軋制和控制冷卻來(lái)獲得大量殘余奧氏體。

 

兩種工藝生產(chǎn)的TRIP鋼,顯微組織差不多,主要為50%60%鐵素體、25%40%貝氏體和和少量馬氏體、5%15%殘留奧氏體的多相組織(如圖)。

 

當(dāng)TRIP鋼中存在一定量(>8%)、比較穩(wěn)定(化學(xué)穩(wěn)定和力學(xué)穩(wěn)定)的殘余奧氏體時(shí),受到外力產(chǎn)生塑性變形,這些殘余奧氏體逐漸增大,產(chǎn)生應(yīng)變硬化,誘發(fā)了馬氏體的形核,產(chǎn)生相變而轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,使局部的硬度得到提高,繼續(xù)變形較困難,變形向周圍轉(zhuǎn)移(相變均勻擴(kuò)散到整個(gè)材料),頸縮的產(chǎn)生被延遲,隨著相變的不斷發(fā)展,材料獲得了很高的塑性。

 

TRIP鋼受到外力打擊時(shí),高強(qiáng)度和高塑性并沒有此消彼長(zhǎng),而是在TRIP效應(yīng)的作用下,共同成長(zhǎng)共同進(jìn)步,獲得了生命的大和諧。

 

TRIP鋼的成分

最早的TRIP鋼由于含有大量的合金元素,成本很高,沒有得到推廣。目前得到大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的是價(jià)格低廉的低碳低合金Si-MnTRIP鋼,也叫做C-Si-MnTRIP鋼。

 

C-Si-MnTRIP鋼的主要化學(xué)成分為0.1%0.2%C1.0%2.0%Si1.0%2.0%Mn,為了提高強(qiáng)度,一般還添加AlP等元素。

 

寶鋼TRIP鋼成分規(guī)范(Q/BQB 312-2009

C

Si

Mn

P

S

Als

Cu

0.3

2.2

2.5

0.090

0.015

0.010

0.20

 

寶鋼TRIP鋼典型成分與力學(xué)性能

級(jí)別

TRIP600

TRIP800

牌號(hào)

BR400/590TR

BR450/780TR

C

0.14

0.22

Si

1.24

1.54

Mn

1.52

1.87

P

0.014

0.021

S

0.008

0.005

Al

0.050

抗拉強(qiáng)度/MPa

705

915.73

屈服強(qiáng)度/MPa

500

585.8

伸長(zhǎng)率/%

24.0

17.5

 

TRIP鋼的應(yīng)用

目前,TRIP鋼的最多應(yīng)用是在汽車制造行業(yè)。為了減輕車重,降低油耗,減少環(huán)境污染,必須減少汽車板厚度,但又不能犧牲安全性能,TRIP鋼是汽車板高強(qiáng)化趨勢(shì)的良好解決方案。同時(shí),TRIP鋼還具有較強(qiáng)的能量吸收能力,能夠抵御撞擊時(shí)的塑性變形,顯著提升了汽車的安全等級(jí)。

 

此外TRIP鋼還可以用于煤礦的錨桿、土木工程、管線和低溫容器等。在錨桿技術(shù)中,煤巷錨桿的性能要求是桿體材料要有高的強(qiáng)度和高的承載能力,以控制巷道圍巖巖體的變形,同時(shí)還要求有一定的塑性,以允許巷道圍巖有一個(gè)卸壓和應(yīng)力重新分布的過程,即適應(yīng)圍巖的變形。特別是在松軟、破碎、膨脹性圍巖和采動(dòng)影響條件下,巷道圍巖的強(qiáng)度低,變形量大,錨桿桿體的塑性顯得尤為重要。


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