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西南大學(xué)材料與能源學(xué)院—譚小東等在先進(jìn)高強(qiáng)鋼應(yīng)變配分研究領(lǐng)域取得系列進(jìn)展
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隨著環(huán)境問(wèn)題和能源危機(jī)的日益突顯，車身輕量化已成為汽車制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。為了滿足車身減重和安全性的雙重要求，迫切需要開(kāi)發(fā)兼具低成本、高強(qiáng)塑積和易成型的第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼(advanced high strength steel, AHSS)。在此背景下，Speer等于2003年提出一種用于制備具有馬氏體+殘余奧氏體混合組織的高強(qiáng)高塑性鋼的新工藝，即淬火配分(quenching and partitioning, Q&P)。旨在利用馬氏體保證高強(qiáng)度，借助殘余奧氏體的相變誘導(dǎo)塑性(transformation induced plasticity, TRIP)效應(yīng)保證高塑性。Q&P鋼因其兼具低成本、高性能的特點(diǎn)，一經(jīng)問(wèn)世便成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)注的研究熱點(diǎn)，是最具應(yīng)用潛力的第三代AHSS之一。 當(dāng)前Q&P鋼的相關(guān)研究主要集中在完善碳配分熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)模型，改進(jìn)熱處理工藝和優(yōu)化組織性能三個(gè)方面。在追求超高強(qiáng)度的背景下，Q&P鋼的主流組織類型為馬氏體基體+殘余奧氏體。此類Q&P鋼雖滿足了超高抗拉強(qiáng)度的要求，但其超高的屈服強(qiáng)度和較低的塑性導(dǎo)致后續(xù)塑性加工成形難度加大，進(jìn)而降低了此類Q&P鋼的實(shí)際應(yīng)用空間。近年，部分研究者在Q&P鋼中引入軟相鐵素體來(lái)降低屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比，期望利用鐵素體變形和殘余奧氏體的TRIP效應(yīng)來(lái)改善塑性，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出兼具高強(qiáng)度、低屈強(qiáng)比和高延伸性的Q&P鋼。然而部分低硅含鋁型和中錳型Q&P鋼的研究顯示，引入鐵素體可以在一定程度上提高殘余奧氏體的含量，但變形過(guò)程中發(fā)生TRIP效應(yīng)的殘余奧氏體的比例較低。同時(shí)，含鐵素體型Q&P鋼變形后期微裂紋極易在鐵素體/馬氏體相界面上萌生并沿界面擴(kuò)展，導(dǎo)致其斷裂失效極快。 為提高含鐵素體型Q&P鋼中TRIP增塑的有效性并降低軟硬相界面的裂紋敏感性，我院新金屬功能材料團(tuán)隊(duì)譚小東老師等與德國(guó)Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH (MPIE) Dierk Raabe教授、Dirk Ponge博士、逯文君博士以及東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(RAL)吳迪教授、許云波教授等開(kāi)展合作研究。運(yùn)用準(zhǔn)原位拉伸與微觀數(shù)字圖像相關(guān)(digital image correlation, DIC)及電子背散射衍射(electron back-scattered diffraction, EBSD)技術(shù)相結(jié)合的方法，重點(diǎn)研究了含鐵素體型Q&P鋼及TRIP鋼中軟硬相應(yīng)變配分與TRIP效應(yīng)和強(qiáng)塑性之間的關(guān)系；利用原子探針層析(atom probe tomography, APT)技術(shù)對(duì)各相間的碳配分展開(kāi)了系統(tǒng)定量研究。在系統(tǒng)研究基礎(chǔ)上提出了基于碳配分及應(yīng)變配分控制的含鐵素體型Q&P鋼組織性能調(diào)控策略。相關(guān)研究結(jié)果已發(fā)表在《Acta Materialia》、《Materials Science and Engineering：A》等金屬材料領(lǐng)域權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上。上述研究工作得到了重慶市基礎(chǔ)研究與前沿探索專項(xiàng)（重慶市自然科學(xué)基金）、西南大學(xué)博士啟動(dòng)基金等項(xiàng)目的資助。 代表性成果一： Xiaodong Tan*, Dirk Ponge*, Wenjun Lu*, Yunbo Xu, Huansheng He, Jun Yan, Di Wu, Dierk Raabe, Joint investigation of strain partitioning and chemical partitioning in ferrite-containing TRIP-assisted steels. Acta Materialia, 2020, 186: 374-388. 通過(guò)將準(zhǔn)原位拉伸與微觀DIC及EBSD技術(shù)相結(jié)合，系統(tǒng)定量研究了軟硬相基體組織類型不同的熱軋直接淬火配分鋼中各相間的應(yīng)變配分行為。重點(diǎn)分析了引入貝氏體對(duì)含鐵素體型Q&P鋼相間變形協(xié)調(diào)性的影響規(guī)律，揭示了軟硬相基體組織應(yīng)變配分調(diào)控TRIP效應(yīng)的作用機(jī)制。同時(shí)，運(yùn)用APT技術(shù)定量研究了鐵素體、馬氏體、貝氏體及殘余奧氏體之間的元素配分行為，闡明了元素配分、相間應(yīng)變配分及TRIP效應(yīng)之間的相互作用關(guān)系。 論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S1359645420300057 代表性成果二： Xiaodong Tan*, Huansheng He, Wenjun Lu*, Liu Yang, Bo Tang, Jun Yan, Yunbo Xu, Di Wu, Effect of matrix structures on TRIP effect and mechanical properties of low-C low-Si Al-added hot-rolled TRIP steels. Materials Science and Engineering A, 2020, 771, 138629. （引用1次） 本工作系統(tǒng)研究了基體組織類型對(duì)低碳低硅含鋁型TRIP鋼中TRIP效應(yīng)和宏觀力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，基體組織為馬氏體的TRIP鋼中殘余奧氏體含量較少，同時(shí)馬氏體基體較低的變形能力導(dǎo)致變形過(guò)程中殘余奧氏體的相變率較小�；w組織為鐵素體和馬氏體的TRIP鋼因軟硬相間明顯的強(qiáng)度差，導(dǎo)致相間變形協(xié)調(diào)性較差，殘余奧氏體的TRIP效應(yīng)不能充分發(fā)揮增塑作用。在基體組織中引入貝氏體可以有效提高殘余奧氏體的含量，改善軟硬相間的變形協(xié)調(diào)性，促進(jìn)TRIP效應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)而大幅提高TRIP鋼的綜合性能。研究還發(fā)現(xiàn)，TRIP效應(yīng)和軟硬相基體組織間的協(xié)調(diào)變形共同決定TRIP鋼的強(qiáng)塑性。為了優(yōu)化TRIP鋼的綜合性能，研究者不但應(yīng)強(qiáng)化TRIP效應(yīng)而且應(yīng)通過(guò)調(diào)控基體組織的相組元、比例及強(qiáng)度差來(lái)改善基體軟硬相間的變形協(xié)調(diào)性。 論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S0921509319314157 代表性成果三： Xiaodong Tan*, Dirk Ponge*, Wenjun Lu, Yunbo Xu, Xiaolong Yang, Xi Rao, Di Wu, Dierk Raabe, Carbon and strain partitioning in a quenched and partitioned steel containing ferrite. Acta Materialia, 2019, 165: 561-576. （引用12次） 該論文運(yùn)用原位拉伸與微觀DIC及EBSD技術(shù)相結(jié)合的方法系統(tǒng)研究了含鐵素體型Q&P鋼中的應(yīng)變配分行為。利用APT定量分析了鐵素體、馬氏體和殘余奧氏體之間的碳配分行為。重點(diǎn)分析了鐵素體/馬氏體比例和馬氏體區(qū)域形態(tài)對(duì)含鐵素體型Q&P鋼中應(yīng)變配分和TRIP效應(yīng)的影響，提出了基于基體組織相間應(yīng)變配分調(diào)控的Q&P鋼組織性能優(yōu)化控制理論與技術(shù)。 論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S1359645418309613 |
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