Fe-0.1C-5Mn中锰钢热变形行为研究.pdf
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1、 第卷第期上海金属,年月,基 金 项 目:国 家 重 点 研 发 计 划()作 者 简 介:岑 琼 瑛,女,主 要 从 事 金 属 材 料 强 韧 化 和 汽 车 轻 量 化 研 究,:中 锰 钢 热 变 形 行 为 研 究岑 琼 瑛张 本 道严 子 杰张梅(上 海 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院,上 海)【摘 要】通 过热 机 械 模 拟 机 研 究 了 中 锰 钢 在 变形 温 度、应 变 速 率 下 的 高 温 变 形 行 为。根 据 单 道 次 热 压 缩 的 真 应 力真 应 变 曲 线,分 析 了 变 形 条 件 对 流 变 应 力 的 影 响,发 现 高 温 和 低
2、应 变 速 率 有 利 于 动 态 再 结 晶 的 发 生。引 入参 数,建 立 本 构 方 程,得 到 钢 的 热 变 形 激 活 能 为 。通 过 对 试 验 数据 的 拟 合,建 立 了 中 锰 钢 动 态 回 复 和 动 态 再 结 晶 的 分 段 流 变 应 力 模 型,结 果 表 明:模 型 预 测 值 与试 验 值 吻 合 较 好,证 明 了 所 建 模 型 的 可 靠 性。【关 键 词】中 锰 钢,热 变 形,本 构 方 程,流 变 应 力 模 型,动 态 再 结 晶中 图 分 类 号:文 章 编 号:()(,)【】,【】,近 年 来,由 于 全 球 气 候 变 暖,节 能、减
3、 排、安 全已 成 为 汽 车 工 业 实 现 快 速 健 康 发 展 的 迫 切 需 要。汽 车 轻 量 化 是 汽 车 行 业 的 主 要 发 展 趋 势。在 轻 量化、高 性 能、低 成 本 发 展 方 向 的 基 础 上,至 今 已 发展 至 第 三 代 汽 车 钢。第 三 代 汽 车 钢 以 中 锰钢、淬 火配 分 钢(,)为 代 表,强 塑 积 可 达 到 。中 锰钢 的 锰 质 量 分 数 为 ,主 要 通 过 合 金 设第期岑 琼 瑛 等:中 锰 钢 热 变 形 行 为 研 究 计 和 奥 氏 体 逆 相 变 退 火()获 得 超细 晶 粒 的 铁 素 体 和 亚 稳 奥 氏
4、体。在 临 界 退 火 前,为 获 得 更 细 小 的 奥 氏 体 与 铁素 体 的 双 相 组 织,通 常 在 奥 氏 体 再 结 晶 区 控 制 轧制,通 过 高 温 变 形 获 得 细 小 的 奥 氏 体 再 结 晶 晶 粒或 扁 平 的 再 结 晶 晶 粒,为 后 续 相 变 提 供 更 多 的 形核 位 置。本 文 采 用热 机 械 模 拟 机,在 不同 变 形 条 件 下 对 中 锰 钢 进 行 等 温压 缩 试 验,研 究 其 热 变 形 行 为。通 过 试 验 数 据 的多 元 线 性 拟 合 和 非 线 性 拟 合 等 方 法,建 立 并 验 证了 本 构 方 程 和 流 变
5、 应 力 模 型,为 中 锰 钢 热 加 工 工艺 的 制 定 及 优 化 提 供 指 导。试 验 材 料 与 方 法试 验 材 料 采 用 高 强 度 中 锰 钢,其 化 学 成 分 如 表所 示。在 钢 锭 上 截 取 尺 寸 的 高 温 热 压 缩 试 样,在热 模 拟 机 上 进 行 单 道 次 压 缩。采 用 钽 片 和高 温 润 滑 剂 减 小 由 于 夹 具 与 试 样 间 摩 擦 而 产 生 的桶 形 效 应。热 压 缩 试 验 工 艺 示 意 图 如 图所 示。将 试 样以 的 速 率 加 热 到 保 温,以 的 速 率 冷 却 至 变 形 温 度,保 温 后 进 行热 压
6、缩。变 形 温 度 为、,应 变 速 率 为 ,压 缩表试 验 钢 的 化 学 成 分 元 素质 量 分 数 图单 道 次 热 压 缩 工 艺 示 意 图 量 为。压 缩 试 验 结 束 后 立 即 将 试 样 水 淬 以保 留 其 高 温 变 形 组 织,根 据 试 验 数 据 绘 制 应 力应变 曲 线。结 果 与 讨 论 应 力应 变 曲 线金 属 在 热 变 形 过 程 中 随 着 位 错 密 度 的 变 化 会发 生 不 同 形 式 的 变 形,主 要 有 加 工 硬 化、动 态 回 复(,)和 动 态 再 结 晶(,)种 变 形 机 制。图为 试 验 钢 在 不 同 变 形 温 度
7、 和 应 变 速 率 下的 真 应 力真 应 变 曲 线。可 见 在 不 同 变 形 条 件 下呈 现 两 种 不 同 类 型 的 曲 线。在 高 应 变 速 率 下(),曲 线 以 动 态 回 复 为 主。变 形 初 期,曲 线 呈 弹 性 变 形,随 着 应 变 的 增 加,应 力 急 剧 增大,此 时 主 要 变 形 机 制 为 加 工 硬 化。随 着 应 变 的增 加,发 生 动 态 软 化,此 时 动 态 软 化 和 加 工 硬 化 同时 存 在。当 位 错 密 度 达 到 一 定 值 时,加 工 硬 化 与动 态 软 化 达 到 平 衡,此 时 应 力 达 到 饱 和 应 力,并
8、且 不 再 变 化。在 低 应 变 速 率 下(),曲 线 以动 态 再 结 晶 为 主。随 着 应 变 的 增 加,变 形 储 能 达到 动 态 再 结 晶 所 需 的 驱 动 力,此 时 的 应 变 值 为 临界 应 变。随 着 应 变 的 进 一 步 增 加,动 态 软 化 和加 工 硬 化 作 用 相 同 时,曲 线 达 到 峰 值,对 应 峰 值 应力。随 着 应 变 的 持 续 增 加,软 化 作 用 占 主 导 地位,应 力 逐 渐 减 小,至 加 工 硬 化、动 态 回 复、动 态 再结 晶 三 者 达 到 动 态 平 衡,此 时 曲 线 达 到 稳 态 应 力,随 后 应 力
9、 不 再 发 生 变 化。从 图可 以 看 出,随 着 应 变 速 率 的 降 低 和 变形 温 度 的 升 高,峰 值 应 力逐 渐 降 低,峰 值 应 变逐 渐 减 小。由 于 高 温 下 驱 动 力 更 大,低 温 时 加工 硬 化 率 更 高,而 在 低 应 变 速 率 下,有 充 分 时 间 吸收 能 量,当 储 能 超 过 再 结 晶 势 垒 时,则 发 生 动 态 再结 晶。因 此,变 形 温 度 的 升 高 和 应 变 速 率 的 降低 有 利 于 动 态 再 结 晶 提 前 发 生。在 低 应 变 速 率 下呈 现 明 显 的 动 态 再 结 晶 的 流 变 应 力 曲 线,
10、在 高 应变 速 率 下 无 峰 值 应 力,即 明 显 的 动 态 再 结 晶 行 为在 高 温、低 应 变 速 率 下 出 现。此 外,应 力应 变 曲 线 存 在 尾 端 上 翘 的 情 况。这 是 由 于 在 实 际 热 压 缩 过 程 中,试 样 与 模 具 之 间存 在 摩 擦,虽 然 采 用 了 钽 片 和 润 滑 剂 来 减 少 摩 擦,但 变 形 后 试 样 仍 存 在 桶 形 效 应,导 致 实 际 检 测 到 上海金属第卷图真 应 力真 应 变 曲 线 的 流 变 应 力 非 真 实 流 变 应 力 曲 线,尤 其 是 在 高 应变 下 应 力 偏 差 较 大。本 构 方
11、 程 的 推 导流 变 应 力 行 为 可 反 映 热 加 工 过 程 中 的 组 织 变化,流 变 应 力 本 构 方 程 模 型 具 有 重 要 意 义。参 数 可 衡 量 变 形 温 度 与 应 变 速 率对 热 变 形 行 为 的 影 响,其 定 义 为:()式 中:为 应 变 速 率;为 气 体 常 数,();为 激 活 能;为 变 形 温 度。参 数 也 可 表 示为:()()()()式 中:、均 为 材 料 常 数。其 中约 为 的 值。上 述参 数 的 表 达 式 存 在 一 定的 约 束,式()仅 适 用 时,即 蠕 变 或 低应 力 状 态,而 式()适 用 于 高 应 力
12、 状 态,即 时。式()适 用 于 广 泛 的 变 形 条 件。整 理 式()、()、(),两 边 取 对 数,可 得 应 变速 率与 峰 值 应 力的 关 系:()()从 式()和()可 得,和 存在 线 性 关 系。通 过 应 力应 变 曲 线 可 得 到 峰 值 应力。如 图()所 示,通 过 的 线 性 关 系,得 到 斜 率,可 求 得。通 过 的 线性 关 系,可 求 得 ,如 图()所 示。因此,可 以 得 到 材 料 常 数 。对 式()、()进 行 整 理 并 取 对 数,可 得:()()对 式()两 边 除 以,得:()()当 温 度不 变 时,可 以 通 过 式()中 与
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- Fe 0.1 Mn 锰钢 变形 行为 研究
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