孪生诱变塑性钢
双相钢和相变诱导塑性(TRIP)钢
双相钢和相变诱导塑性（TRIP）钢引言节省燃料和保证安全的要求是高强度钢在汽车工业中的应用稳步增长的驱动力。
与其它材料，如轻金属铝、镁，或是塑料和复合材料相比，高强度钢除了减轻重量外，还有另外的优点，即其加工工艺类似于传统的低碳钢。
因此，高强度钢在减轻重量的同时其总的制造成本也下降。
其它竞争材料在这方面的情况则截然相反(1)。
根据强度和成形性的不同要求，采用不同的高强度带钢和薄板钢。
以无间隙原子钢为基础的高强度钢具有优异的冷成形性能(2)。
当深冲作为主要加工方法，而抗拉强度要求约400N／mm2时，低碳含磷钢和烘烤硬化钢得到大量应用。
如果对深冲性的要求不很严格， Lankford值r 1.0左右足够时，可以使用更高强度级别的钢种。
和微合金带钢和薄板钢应用的同时，具有双相显微组织的钢种(3)的应用也相当普遍。
这种类型钢在同等抗拉强度时具有较高的均匀延伸率和总延伸率，如图1所示(4)。
但如果从同等的屈服强度来考虑，这种优势消失。
特性及工艺路线双相显微组织指在铁素体基体上分布着一定量的第二相。
该组织具有网状、弥散和两相组织的特征，如图2（5）。
第二相通常是马氏体，其典型的体积分数约为20％。
这样的显微组织构成影响应力一应变曲线。
屈服强度由软相即铁素体的塑性流变的起动所决定。
在此阶段，硬相还处于弹性区。
根据两相组组织的混合规律，当施加的应力较高时，材料显示较高的加工硬化行为。
两相中应变的分布是不一样的，以致于软相中的应变和硬相中的应力高于复合体平均值。
即使在变形的稍后阶段硬相变成塑性时，这种现象仍然存在。
这样复杂的情况的示意图如图3所示。
应用有限元的方法，可以计算出最终力学性能(6)。
显微组织的详细分析表明，双相钢也包含有一定量的残余奥氏体。
由于铁素体组分内部拉应力较低（7），这也导致相对低的屈服强度。
生产这种80％铁素体加上20％马氏体显微组织的常规步骤是重新加热至两相区α+γ，加热的温度应为根据平衡图形成20％奥氏体的温度。
孪生诱发塑性钢实体膨胀管膨胀有限元分析
孪生诱发塑性钢实体膨胀管膨胀有限元分析
蔡志安 ， 李春 福
（ 西南石油大学 材料科学与工程学院 ， 四川 Ｉ成都 ６ １ ０ ５ ０ ０ ）
摘
要： 孪 生 诱 发 塑性 （ ｔ ｗｉ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｉ ｔ ｙ ， Ｔ ＷＩ Ｐ ） 钢作为一种具有高强韧性 的先进钢铁材料 ， 鲜 有 文 献 报
意义．
关键词 ： Ｔ ｗＩ Ｐபைடு நூலகம் ； 实 体膨 胀管 ； 壁厚 ； 有限元分析 ； 残 余 应 力
中图 分 类 号 ： ＴＥ ２ ４ ； ＴＥ ３ ５ ８ 文献 标 志 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ６ — ７ ５ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ２ ３ ６ — ０ ７
Ｆｉ ｎｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐａ ｎｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｗｉ ｎｎ ｉ ｎｇ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ
ｐｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｉ ｔ ｙ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｅ ｘ ｐａ ｎｄ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｕ ｂ ｅ
ＣＡＩ Ｚｈ ｉ — ａ ｎ。ＬＩ Ｃｈ ｕ ｎ — ｆ ｕ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｗｅ ｓ ｔ Ｐｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｃｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ６ １ ０ ５ ０ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
过 程 的 力 学模 型 ， 以Ｔ ｗＩ Ｐ钢 作 为 套 管 的 膨胀 模 型对 象 ， 对 不 同壁 厚 的 ２ １ ９ ． ０ ７ ５ ｍｍ 实 体 膨 胀 套 管 在 ２ ５℃ 时 的 不 同 膨胀 率 的膨 胀 过 程 进 行 了有 限 元 分 析 ． 分析结果表明 ： 壁 厚 对 膨 胀前 后 套 管 最 大等 效应 力 分 布 的 影 响 不 大 ； 不 同 壁 厚膨 胀 套 管 膨 胀 后 残 余 应 力 沿 轴 向 的 分 布 规 律 基 本 一 致 ， 残 余 应 力 的 峰 值 随 膨 胀 套 管 壁 厚 的 增 加 而 略 有 上 升； 相 同壁 厚 的 Ｔ ｗＩ Ｐ钢 理 论 膨 胀 极 限 较 传 统 膨胀 管用 钢 大 ５ ～１ Ｏ ． 从 分 析 结 果 可 以得 出 ， 大 膨 胀 率 膨 胀 管 用 Ｔ ｗ１ Ｐ钢 较 其 他 传 统 膨 胀 管 用 钢 （ Ｊ ５ ５钢 等 ） 具有较大的优势 ， 因 此 对 ＴｗＩ Ｐ钢 膨 胀 管 力 学 有 限 元 分 析 具 有 重要 的
TWIP钢位错滑移与孪生联合诱发塑性的跨尺度力学行为研究
TWIP钢位错滑移与孪生联合诱发塑性的跨尺度力学行为研究孪生诱导塑性(TWinning Induced Plasticity,简称TWIP)钢拥有极其优良的强度、塑性和成形性能,满足了汽车用钢高强高塑性的双重标准。
TWIP钢是由位错滑移与孪生机制共同诱发塑性,掌握其塑性变形过程中微观机制相互作用机理及其对宏观增强增塑的影响规律是亟需解决问题之一。
为揭示各变形机制微结构演化特征及其宏观增强增塑机理,本文以TWIP钢塑性变形微区位错与孪生联合作用的跨尺度表征为切入点,分别发展了微观、细观和宏观尺度相对应的离散位错动力学、物理基唯象位错动力学和晶体塑性有限元方法,并进一步建立了离散位错与晶体塑性非直接耦合的跨尺度力学模型,系统研究了 TWIP钢变形过程中从微观到细观进而到宏观的塑性变形行为。
本文的主要研究成果如下:考虑TWIP钢塑性变形过程孪晶、晶界与位错的相互作用,引入孪晶界位错反应及其拓扑反应准则,建立了耦合孪晶的TWIP钢多晶三维离散位错动力学(3D-DDD)模型。
该模型直观描述了位错在孪晶界和晶界的反应过程,尤其是不同位错在孪晶界的分解反应。
应用该模型定量研究了 TWIP钢塑性变形过程中孪晶对流动应力的贡献。
结果表明,孪晶取向对流动应力影响具有明显的取向效应,在有利取向下,位错运动至孪晶界发生分解反应形成孪生位错协调塑性变形,此时孪晶对流动应力贡献较小。
采用位错理论耦合孪生能量方法分别定量计算了孪晶表面源和内部源形核、长大对应的临界孪生应力,确定了 TWIP钢单晶孪晶内部源形核和表面源长大的激活演化方式,建立了考虑孪晶形核、增殖和长大的物理基唯象位错动力学(DD)模型,研究了 TWIP钢单晶塑性变形过程中孪生机制演化特点及其内在机理。
结果表明,TWIP钢单晶孪晶演化过程中临界形核应力大于长大应力导致软化效应。
此外,同一晶体取向下拉伸和压缩过程中不同的位错分解反应导致孪晶形核的拉压非对称。
基于晶体塑性理论,在滑移阻力模型中引入位错密度描述位错间相互作用对硬化行为影响,引入多晶均匀化方法处理相邻晶粒间的几何协调和应力平衡,建立了耦合滑移和孪生机制的位错密度基晶体塑性有限元(CPFE)模型。
一种高强度耐晶间腐蚀孪生诱发塑性奥氏体不锈钢[发明专利]
![一种高强度耐晶间腐蚀孪生诱发塑性奥氏体不锈钢[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/76651b5f65ce050877321301.png)
专利名称：一种高强度耐晶间腐蚀孪生诱发塑性奥氏体不锈钢专利类型：发明专利
发明人：赵吉庆,杨钢,包汉生,何西扣,刘正东,王立民,曾泽瑶
申请号：CN202011273965.X
申请日：20201114
公开号：CN112458367A
公开日：
20210309
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种高强度耐晶间腐蚀孪生诱发塑性奥氏体不锈钢，化学成分按重量百分比为：
C≤0.02％、Si：1.00％～3.00％、Mn：22.00％～28.00％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni：2.00％～4.00％、Cr：16.00％～20.00％，N：0.4％～0.8％，余量为Fe和不可避免的杂质。
经1050℃～1150℃固溶处理后，在不小于5％的冷变形下即可产生明显的TWIP效应，抗拉强度850～
950MPa，屈服强度450～550MPa，延伸率≥50％，按GB/T4338 E法试验，无敏化态晶间腐蚀裂纹。
优点在于，有助于解决TWIP不锈钢耐蚀性不足与常用300系不锈钢强度不足的问题；固溶处理后，能够同时获得高强度与高耐蚀性。
申请人：钢铁研究总院
地址：100081 北京市海淀区学院南路76号
国籍：CN
代理机构：北京华谊知识产权代理有限公司
代理人：刘月娥
更多信息请下载全文后查看。
孪生诱发塑性(TWIP)钢的研究现状
孪生诱发塑性(TWIP)钢的研究现状
刘向海;刘薇;刘嘉斌;舒康颖
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2010(024)011
【摘要】综述了孪生诱发塑性(TWIP)钢的研究现状及进展.重点介绍了各合金元素对TWIP效应的作用以及Fe-Mn-Si-Al、Fe-Mn-C、FevMn-C-Al 3种不同成分系列TWIP钢的组织性能特点.总结了热处理工艺及应变条件对Fe-Mn-Si-Al系列TWIP钢孪生组织和力学性能的影响.简述了层错能对TWIP效应的重要影响作用以及几种测算层错能的方法.
【总页数】5页(P102-105,111)
【作者】刘向海;刘薇;刘嘉斌;舒康颖
【作者单位】中国计量学院材料科学与工程学院,杭州,310008;中国计量学院材料科学与工程学院,杭州,310008;中国计量学院材料科学与工程学院,杭州,310008;中国计量学院材料科学与工程学院,杭州,310008
【正文语种】中文
【相关文献】
1.电渣重熔工艺对孪晶诱发塑性(TWIP)钢冶金质量的影响 [J], 郭军儒;刘建华;庄昌凌;张庆雷;雷冲;张凯亮
2.高碳含铜孪生诱发塑性钢中非金属夹杂物的探讨 [J], 刘龙龙;赵玲燕;朱定一;胡真明;王明杰
3.孪生诱发塑性钢实体膨胀管膨胀有限元分析 [J], 蔡志安;李春福
4.高锰TWIP钢拉伸时织构演变和孪生弱化织构的作用 [J], 房秀慧;杨平;鲁法云;孟利
5.Mn-Cr-C系TWIP钢的孪生演变及强化机制 [J], 王杨文;罗强;孟亮;王红鸿因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
材料1202 20122192 张春阳
孪生诱变塑性钢
1.定义：孪生诱发塑性 ( Twinning Induced Plasticity)钢，通常叫做TWIP 钢，是1997年, Grassel等在试验研究 Fe-Mn-Si-Al系TRIP钢时发现 ,当锰含量达到 25wt% ,铝含量超过3wt%,硅含量在2wt%～3wt%之间时,其抗拉强度(Rm)和延伸率(A)的乘积在50000MPa%以上,是高强韧性TRIP钢的两倍。
由于该类合金的高强韧性来自形变过程中孪晶的形成而不是TRIP钢中的相变,故命名为孪生诱发塑性 ( Twinning Induced Plasticity, TWIP)钢。
是目前先进高强度钢的研究热点。
2.发展历程：TWIP 钢的研发经历了以下几代:第一代TWIP钢,其典型成分为Fe225Mn23Al23Si ,锻造成棒材,经高温退火后水淬,然而较高含量的Al 影响钢水的浇铸,较高含量的Si 影响冷轧板的镀锌质量 ;第二代TWIP 钢,其典型成分为Fe223Mn2016C ,铸造成板坯,经热轧、冷轧、高温退火后快速冷却,它去除了合金元素铝和硅,却出现了以前奥氏体和高强度钢存在的延迟断裂、一定程度的切口敏感性两大问题 ;目前钢厂和研究机构正研制第三代TWIP 钢 ,主要集中在高Mn 钢中通过置换固溶原子(Mn , Al , Si) 成分调整来获得TWIP 效应。
国外对TWIP 钢的研究比较多, TWIP 钢的研究在欧洲和韩国较热,德国的K1
H1Spitzer 等人针对Fe2Mn2Si2Al 系TRIP/ TWIP 钢的冶炼工艺及轧制工艺等问题进行了实验研究,采用DSC(Direct strip casting)工艺制备出10～15mm厚的试验板材 ,国际上做的较好的是阿塞洛和蒂森合作开发的具有TWIP 效应的
X2IPTM高锰系列钢种[9210] ,安赛乐米塔尔与蒂森克虏伯两家公司正在合作研
发新型TWIP 钢。
3.TWIP 效应：孪晶在形变温度为-70℃以下的面心立方奥氏体中形成，形变速率可低至10-4/s。
在形变过程中，高应变区孪晶的形成，其孪晶界阻止了该区域滑移的进行，促使其它应变较低的区域通过滑移进行形变，直至那些区域也形成孪晶，由此造成试样的均匀形变，显著推迟缩颈的产生。
TWIP 效应产生条件：TWIP 钢具有良好强韧性的关键(即TWIP 效应产生的条件) 在于:低温时具有稳定的奥氏体组织和较低层错能。
研究表明: 当层错能( SFE) <16 mJ / m2 、奥氏体向马氏体转变的吉布斯自由能△G< 0 时, 有利于γ→α和γ→εα马氏体转变[ 13214 ] ;当25 < SFE < 80 mJ / m2 , △G > 0 时发生TWIP 效应[14 ] ;当层错能大于80 mJ / m2 时,变形机制主要为全位错滑移。
TWIP 钢是变形时孪晶诱导塑性( Twinning induced plasticity)或通过应变诱导残留奥氏体转变为马氏体 TWIP(Twining Induced Plasticity)钢经轧制并退火、水淬处理后基体组织为奥氏体，并伴有大量退火孪晶。
孪生作为塑性变形的另一种机制，在发生孪生的过程中孪晶出现的频率和尺寸取决于晶体结构和层错能的大小。
当晶体在切应力的作用下发生了孪生变形时，晶体的一部分沿一定的孪生面和孪生方向相对于另一部分晶体作均匀的切变，晶体的点阵类型不发生变化，但它使均匀切变区中的晶体取向发生变更，变为与未切变区晶体成镜面对称的取向。
变形部分的晶体位向发生改变，可是原来处于不利取向的滑移系转变为新的有利取向，可以进一步激发滑移。
孪生与滑移交替进行，使TWIP钢的塑性非常优异。
在轧制过程中，随着形变增加，孪晶会发生转动，在4个{1 1 1)孪生面都会出现堆垛层错和孪晶，这样排列的孪晶因孪晶问的相互制约，在应变量增加时孪晶不能发生转动，沿轧制面排列。
TWIP 效应可分步解释
为: ①拉伸变形最大的部位首先诱发孪晶,孪晶界阻止了该区滑移的进行从而导致位错的塞积,是局部的强度提高,难以继续变形,导致变形向其他应变较低区转移,从而推迟颈缩的形成,极大提高了断后延伸率。
②拉伸后的奥氏体晶粒内包含大量的形变孪晶。
粗大的透镜状形变孪晶从奥氏体晶界处向晶内贯穿,分割奥氏体晶粒。
接着,更细小的形变孪晶呈交织状分布于奥氏体晶粒内。
实质上,分割晶粒后的孪晶起到了亚晶界的作用,阻碍了位错的滑移,这就起到了加工硬化的作用,使得TWIP 钢在变形后获得非常高的抗拉强度。
③由于孪晶与奥氏体基体的共格作用,高的界面能不利于裂纹的扩展,因此宏观表现为拉伸是的伸长率,特别是均匀伸长率的提高。
4.现状：汽车的轻量化是现代汽车工业的发展方向, 为此, 先进高强韧性钢应运而生, 如双相(DP) 钢、相变诱发塑性( TRIP) 钢。
1997 年,Grassel 等[ 223 ] 在研究Fe2Mn2Si2Al 系TRIP 钢时发现,当锰含量(质量分数) 达到25 % ,铝含量超过3 % ,硅含量在2 %～3 %之间时,其抗拉强度和延伸率的乘在50 000 MPa %以上,是高强韧性TRIP 钢的两倍。
由于该类合金的高强韧性来自形变过程中孪晶的形成,而不是TRIP 钢中的相变,故命名为孪生诱发塑性( twinning inducedplasticity , TWIP) 钢。
TWIP钢具有中等的抗拉强度(约600MPa)和极高的延伸率(大于80% )。
除此之外,另二个令人瞩目的力学性能是具有高的能量吸收能力和没有低温脆性转变温度。
如20℃时约为0. 5J/mm3[4],为传统深冲钢的两倍以上;在-196℃~200℃形变温度区间内没有低温脆性转变温度。
孪晶诱发塑性(TWlP)钢是第二代高强度用钢的一种，因其形变过程中能产生大量形变孪晶、推迟缩颈的形成，具有优异的强塑性以及高应变硬化性、高能量吸收能力(20℃时吸收能达到0．5J／ram3)[2]而得名，是一种理想的汽车用抗冲击结构
材料。
Grassal等口3在研究Fe-Mn-Si—Al系TRIP钢时发现了该钢，并提出孪晶诱发塑性(TWIP)的概念，经过成分筛选，发现Fe-25Mn-3Si-3AI合金有最佳的TwIP效应，其研发和实用化对汽车用钢板产业和汽车产业的调整升级起着重要作用，具有巨大的经济开发潜力。
国外知名钢铁企业和研究机构在TwIP钢的成分设计、处理工艺、微观机理等方面开展了广泛研究，目前，典型成分除Fe_Mn-siIAl系外，还有Fe-Mn-C系和Fe-Mn-AlC系TWIP钢。
国内的上海大学、上海交通大学、北京科技大学、东北大学等高校研究机构联合上海宝钢、鞍山鞍钢等大型钢铁企业在此领域进行了深入的研究。
5.未来研究方向：TWIP 钢显示出很大的潜力,其发展正处于实验研究向产业转化阶段, 所面临的主要问题是TWIP 钢的加工工艺,特别是冷轧工艺,这就需要加强对TWIP 钢轧制工艺进行深入细致的研究。
此外,孪晶、层错能及其计算也相当重要。
随着对TWIP 钢研究的进一步深入,有理由相信研制和开发含Nb/ N、较高碳、低硅、低铝或不含铝的新一代高强韧性TWIP 钢,对钢铁工业和汽车轻量化的发展将起到积极地推动作用,必将产生重要的经济意义。
今后TWIP钢研究将主要集中在以下几点。
(1)更加深人的成分优化，以探求更高强塑积或性能稳定化的成分配比，例如通过掺杂合金元素来改善TWIP钢的耐腐蚀性能。
(2)TWIP 钢形变过程中亚结构对外加应力场的响应规律，深化对于孪晶诱导塑性机制的理解。
(3)TwIP钢在生产制备过程中的相关问题，特别是覆镀性、焊接性、烘烤硬化性的研究，以促进实验室研究向产业化生产的转变。