傳統(tǒng)高65mn錳鋼板（Hadfield鋼）在室溫下能獲得單相奧氏體,具有優(yōu)良的加工硬化能力和抗沖擊能力,因此廣泛用作沖擊載荷下的耐磨材料。然而較低的屈服強度和初始硬度,導致材料在低沖擊載荷下不能完全發(fā)揮其耐磨性就發(fā)生塑性變形,降低了使用壽命。本文設計出一種輕質(zhì)超高錳鋼（Fe-31.6Mn-8.8A1-1.38C）,具有低密度、高屈服強度、高初始硬度、良好沖擊韌性等特點,適用于低沖擊載荷下的磨損條件。通過研究時效處理后的相轉(zhuǎn)變、壓縮變形、沖擊磨損分析了實驗鋼的強化機理和磨損機理。
實驗鋼經(jīng)1050℃保溫1.5h水韌處理后獲得單相奧氏體,65錳冷軋鋼板時效后奧氏體基體會彌散析出納米級別的κ’-碳化物,有助于屈服強度和初始硬度。在550℃時效2h綜合力學性能65錳鋼板佳,與僅水韌處理相比屈服強度提高107.4%,初始硬度提高28.7%,其抗拉強度為1041.7 MPa、屈服強度為1002.7 MPa、斷后伸長率為17.6%、沖擊韌性（V型缺口）為62 J/cm2和硬度為268.5 HB。隨著時效溫度升高（550℃～900℃）相轉(zhuǎn)變的順序為:κ’→納米-κ’+β-Mn→亞米-κ’+β-Mn+α→納米-κ’。其中四種類型的κ相析出涉及尺寸、形貌和分布被總結(jié),包括晶內(nèi)型:納米-κ’（<50nm）,亞米-κ’（>100nm）。
晶間型:κ*（～1μm）。以及片層狀κ,存在α+κ群落中。在550℃時效下,納米-κ’能促進β-Mn沿晶界析出,不需要借助α相;而在700℃和800℃長時間時效下,由于α相的大量析出,其形成主要借助于γ→α反應。通過納米壓痕測試,獲得了不同時效溫度下基體與析出相的納米硬度。計算得到理論層錯能（SFE）為82.3 mJ/m2,由于平面滑移軟化效應,變形模式以位錯平面滑動為主,隨著變形量的增加,主要的亞結(jié)構(gòu)演變順序為:平面位錯隊列→平面位錯配置（偶極子和Lomer-Cottrell鎖）→泰勒晶格→帶。65錳冷軋鋼板本研究利用壓縮變形,觀察到了高層錯能下被抑制的形變孿晶以及一種多晶結(jié)構(gòu)。通過分析理論臨界孿生應力（σT）,當外加應力大于σT,形變孿晶出現(xiàn)。多晶結(jié)構(gòu)內(nèi)部以位錯纏結(jié)為主,通過波狀滑移形成了位錯胞。并提出了多效協(xié)同的強化機理:1)位錯平面滑移導致滑移帶細化和帶形成,2)形變孿晶,3)多晶結(jié)構(gòu)。這些形變亞結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)共同限制了位錯運動,促進基體內(nèi)位錯密度的不均勻,從而增強了應變硬化。低沖擊載荷（0.5 J）下,時效后實驗65mn錳鋼板耐磨性更好,磨損百分比更低（0.55%～0.57%）。
隨著汽車輕量化戰(zhàn)略的實施及汽車行業(yè)需求的變化,高強度高塑性的先進高強鋼被開發(fā)及應用。65錳鋼板尤其是以中錳鋼等鋼種為代表的第三代先進高強鋼兼顧成本及性能,在低制造成本的前提下,其強塑積能達到30 GPa-%級以上。
在開發(fā)中錳鋼等第三代先進高強鋼的過程中,亞穩(wěn)奧氏體及其穩(wěn)定性被認為是影響鋼材優(yōu)異力學性能的關鍵因素;在應用中錳鋼等鋼種的過程中,亞穩(wěn)奧氏體及其穩(wěn)定性會影響回彈等成形方面的問題,因此需要深入研究。65mn錳冷軋鋼板本文以強塑積為30 GPa-%級的高強塑中錳鋼為研究對象,分析了組織中亞穩(wěn)奧氏體在不同應變速率和不同變形方式下的穩(wěn)定性;并以此為理論依據(jù),探討了彎曲變形過程亞穩(wěn)奧氏體發(fā)生的相變行為以及亞穩(wěn)奧氏體對彎曲回彈的影響, 基于奧氏體特征建立了回彈預測模型,實現(xiàn)了中錳鋼回彈行為的高精度預測。本文的主要工作和結(jié)論如下:利用高速拉伸實驗及數(shù)字圖像關聯(lián)技術（Digital image correlation,DIC）研究了不同應變速率下亞穩(wěn)奧氏體的穩(wěn)定性。
結(jié)果表明,在應變速率為10-3s-1至5×101s-1范圍內(nèi),奧氏體穩(wěn)定性隨著應變速率的增加而增加。通過EBSD和TEM觀察發(fā)現(xiàn),不同應變速率下,高強塑中錳鋼觀組織的演變規(guī)律基本保持一致,即奧氏體隨著應變量的增加逐漸發(fā)生畸變,其內(nèi)部產(chǎn)生層錯,部分奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體;鐵素體內(nèi)部幾何必要位錯密度隨著應變量的增加而顯著增加,并形成高密度的小角度晶界;奧氏體晶粒內(nèi)的層錯隨著應變速率的增加呈現(xiàn)逐漸稀疏的趨勢。結(jié)合熱動力學計算及觀組織分析,65mn錳冷軋鋼板在應變速率由10-3 s-1增加至5×101s-1時,奧氏體的層錯能由9.8 mJ/m2升高至18.7mJ/m2,層錯能的升高抑制了奧氏體的轉(zhuǎn)變,增加了奧氏體穩(wěn)定性;同時應變速率增加導致發(fā)生相變的臨界能量升高以及相變驅(qū)動力降低,也是奧氏體穩(wěn)定性上升的原因。通過板材成形實驗及DIC技術研究了不同變形方式下亞穩(wěn)奧氏體的穩(wěn)定性。
3）65錳冷軋鋼板o熱軋實驗鋼佳臨界退火+淬火和配分（IA&QP）工藝參數(shù)為760℃臨界區(qū)退火30min,180℃等溫淬火10s并在350℃等溫配分180s。該工藝下熱軋實驗鋼展現(xiàn)出了 力學性能,即抗拉強度1231MPa,伸長率24.8%,強塑積可達30.5GPa·%。IA&QP工藝處理后4Mn-Nb-Mo熱軋實驗鋼的抗拉強度均超過了 1024MPa,但伸長率和RA含量不高。
（4）采用新型循環(huán)淬火和奧氏體逆相變（CQ-ART）65錳鋼板工藝處理后的4Mn-Nb-Mo冷軋實驗鋼,晶粒尺寸得到了明顯的細化,同時RA含量顯著提高。兩次循環(huán)淬火后的CQ2-ART冷軋試樣具有高RA含量（62.0%）、佳晶粒尺寸（0.40μm）以及穩(wěn)定性;這為RA在變形期間TRIP效應的產(chǎn)生提供了有力的保證。終CQ2-ART試樣獲得了 綜合性能,即抗拉強度為838MPa,伸長率為90.8%,強塑積達到76.1GPa·%。（5）研究4Mn-Nb-Mo和5Mn-Nb-Mo實驗鋼奧氏體穩(wěn)定性因素,發(fā)現(xiàn)Mn元素的含量是影響其穩(wěn)定性的主要因素。不同晶粒尺寸和Mn含量的RA具有不同等級的RA穩(wěn)定性。實驗鋼RA中存在明顯的Mn配分行為,進而導致RA具有不同級別的穩(wěn)定性,也因此表現(xiàn)出不同的加工硬化行為。本論文設計的4Mn-Nb-Mo和5Mn-Nb-Mo兩種低合金實驗鋼在擁有明顯綜合性能優(yōu)勢的同時達到了盡量減少總合金元素含量的目的。
（6）65錳鋼板三種實驗鋼S3階段加工硬化率曲線的大幅度波動歸因于不連續(xù)TRIP效應。其原因在于RA在拉伸過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體并且發(fā)生了體積膨脹,進而抵消部分應力集中并使應力轉(zhuǎn)移到周圍相中而產(chǎn)生協(xié)同變形,伴隨著應力的松弛和轉(zhuǎn)移;其次,實驗鋼中的RA需要有不同等級批次的穩(wěn)定性,當應力值達到或超過該等級批次RA可發(fā)生相變的臨界值才可產(chǎn)生TRIP效應。（7）Ms點受到RA中化學成分、晶粒尺寸、屈服強度和應力狀態(tài)等作用影響?？赏ㄟ^將實驗鋼MSσ溫度控制在使用溫度以下,以獲得更多更穩(wěn)定的RA,進而產(chǎn)生更為廣泛的TRIP效應,終提高實驗鋼的綜合性能。
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