基于微观组织的应变诱发马氏体相变的有限元模拟

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进入21世纪以来,钢铁仍然是人类不可替代的原材料,在各行各业发挥着巨大的作用。然而,在节能减排,保护环境的迫切要求下,发展具有高强度和良好塑性的先进高强度钢(AHSS)已成为一种必然趋势。在研究AHSS中,强度和塑性通常是相互排斥的,即强度的提高导致塑性的下降,因此提高AHSS的塑性成为研究的重点。从Zackay等在1967年提出相变诱发塑性(TRIP)的概念,至今人们已对TRIP效应进行了大量的研究,但是对TRIP效应增强塑性的微观机制仍然停留在定性的解释,至今尚未得到实验和理论的证明。其难点在于相变引起的应力松弛和再分布对塑性的贡献难以用实验加以验证。所以,利用计算机模拟的方法来揭示其TRIP微观增塑机制成为了一种重要的手段。最近几年来,有限元分析的模拟方法开始广泛用于研究多相钢。本文利用电子背散射衍射(EBSD)对近年来发展的新型淬火-分配-回火(Q-P-T)钢进行了微观组织表征,以此建立了基于微观组织的有限元模型,并建立了产生马氏体相变的一维应变等效模型,以此定量地引入的马氏体相变引起的应力松弛这一重要效应,成功模拟了单轴拉伸条件下的TRIP效应。从而发展了引入应力松弛的有限元模型。基于Q-P-T钢微观组织的有限元模拟结果揭示了TRIP效应的微观机制。TRIP效应产生的应力松弛有效地缓解了剩余残留奥氏体和邻近马氏体的应力,阻止了裂纹的形成,并使较多的残留奥氏体在较大的应变下存在,这是TRIP效应的起因;模拟结果也揭示了相变形成的新(应变诱发)马氏体比原始(热诱发)马氏体承载更大的应力,由此预测裂纹首先在新马氏体中或其边界处形成。应力松弛效应使应变诱发马氏体断续缓慢地生成,这与实验观察结果相符。通过比较有应力松弛效应和无应力松弛效应的有限元模拟结果发现,无应力松弛效应使应变诱发马氏体相继快速生成,这与实验不符,由此反证TRIP效应必然产生应力松弛。而且,有应力松弛和无应力松弛效应对微观组织的宏观力学行为影响的比较结果,能够定量地显示出应力松弛效应对模型宏观塑性的贡献。最终,上述的模拟结果,证明了由应变诱发马氏体相变产生的应力松弛是产生相变诱发塑性的重要机制。
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