C-Mn-Cr系冷軋熱鍍鋅雙相鋼高溫力學(xué)性能及熱力學(xué)研究

金屬材料的塑性變形抗力是指在給定的變形條件下，所研究的金屬材料能夠?qū)崿F(xiàn)塑性變形的應(yīng)力。它是表征金屬材料塑性加工性能的一個(gè)最基本參量，影響變形抗力的因素很多，通常分為兩類：內(nèi)部因素，即材料本身特性，包括金屬的化學(xué)成分、組織；外部變形條件，包括應(yīng)力狀態(tài)、變形溫度、變形速度和變形程度等。金屬材料的塑性變形抗力是衡量其可鍛性能優(yōu)劣的重要標(biāo)志，也是設(shè)備選擇的依據(jù)和制定金屬材料合理變形工藝的關(guān)鍵。對(duì)金屬材料的變形抗力規(guī)律進(jìn)行研究，具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程價(jià)值，也對(duì)金屬材料在實(shí)際軋制生產(chǎn)中的工藝參數(shù)確定有直接的指導(dǎo)作用。本文通過結(jié)合Gleeble-3800熱/力模擬機(jī)研究了變形溫度、變形速率、變形程度對(duì)C-Mn-Cr系冷軋熱鍍鋅雙相鋼熱變形抗力的影響，并結(jié)合Thermo-Calc熱力學(xué)計(jì)算軟件研究相組成、不同相合金元素在不同溫度下的含量以及合金元素隨溫度變化而產(chǎn)生的活度變化情況，為C-Mn-Cr系冷軋熱鍍鋅雙相鋼的開發(fā)及其工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)提供參考。

C-Mn-Cr系冷軋熱鍍鋅雙相鋼，其化學(xué)成分為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）：0.06~0.12C，≤0.05Si，1.2~2.0Mn，0.35~0.65Cr，≤0.0015P，≤0.01S，0.02~0.07Als，≤0.0045N。其組織由鐵素體和馬氏體兩相組成，馬氏體以細(xì)小島狀分布在鐵素體晶界上，鐵素體晶粒尺寸為10～15μm。硬質(zhì)相以孿晶馬氏體為主，鐵素體基體中存在大量位錯(cuò)，位錯(cuò)相互纏結(jié)成胞狀。實(shí)驗(yàn)鋼抗拉強(qiáng)度為670MPa，屈服強(qiáng)度為380MPa，伸長(zhǎng)率為24%。熱模擬實(shí)驗(yàn)材料取熱軋中間坯料。

在Gleeble-3800熱模擬試驗(yàn)機(jī)上采用單道次壓縮試驗(yàn)。根據(jù)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)工藝要求，采用圓柱壓縮試樣，試樣加工尺寸為φ8mm×15mm。實(shí)驗(yàn)過程中，試樣以10℃/s的速度加熱到1180℃，保溫3min使其奧氏體化，然后以10℃/s的冷卻速度將試樣分別冷至1100、1050、1000、950、900和850℃時(shí)變形，壓下率為70%，變形速率分別為1、10和30s-1，變形后水淬冷卻至室溫。

C-Mn-Cr系冷軋熱鍍鋅雙相鋼在低應(yīng)變速率(1s-1)時(shí)，從850℃到950℃，在全應(yīng)變區(qū)域內(nèi)是加工硬化型，1000～1100℃，試樣由動(dòng)態(tài)回復(fù)型向部分動(dòng)態(tài)再結(jié)晶型轉(zhuǎn)變。在變形速率為10s-1、變形溫度為900℃時(shí)，試樣在全應(yīng)變區(qū)域內(nèi)是加工硬化型。在950℃以上，試樣為動(dòng)態(tài)回復(fù)型。變形速率為30s-1時(shí)，試樣在全應(yīng)變區(qū)域內(nèi)為動(dòng)態(tài)回復(fù)型。實(shí)驗(yàn)鋼熱變形抗力隨變形速率的增加而增加。并且隨變形溫度的降低、變形速率的升高，峰值應(yīng)力增加，而且其所對(duì)應(yīng)的峰值應(yīng)變向較高應(yīng)變方向移動(dòng)。C的活度在鐵素體相變前，其活度隨溫度降低緩慢升高，伴隨鐵素體相變開始，其活度迅速升高，當(dāng)鐵素體相變結(jié)束后繼續(xù)降低溫度，C的活度迅速下降。Fe的活度隨溫度降低緩慢升高，Si、Mn、Cr的活度隨溫度變化不大。不同溫度條件下滲碳體和M7C3相各合金元素的比例不同，通過高溫形變，增加了奧氏體的形變儲(chǔ)能，一方面變形使奧氏體晶粒拉長(zhǎng)，晶界面積增加；另一方面變形改變了晶界的結(jié)構(gòu)，使原子排列更加無序，導(dǎo)致單位面積的晶界能增加。熱變形條件下C、Mn、Cr等合金元素?cái)U(kuò)散速度大于平衡狀態(tài)，加快了相組成的重排過程。

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