马氏体含量对双相钢力学性能的影响

【摘要】
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［!］ 专利 是 &PQN 年 在 美 国 提 出 的 。 但 直 到 &P#R ［(］ 年，S737H5 和 +.;.T7D7 对这类钢的显微组织、
长期以来，汽车中的许多冲压成型的部件采 用普通低碳钢，在一辆汽车中，钢板的重量占车 体材料的 N(O 以上 ，为减轻汽车自重，要求 以较薄的高强度低合金钢板来代替较厚的低碳钢 板，但采用通常的低合金高强度钢会使塑性、冷 塑性、形变成型性变坏。因此，一类新型的具有 良好成型性的低合金高强度钢—马氏体铁素体双
本次试验得到的金相组织如图 $ 所示。可以 看出：双相钢组织形态为铁素体基体上分布着岛 状马氏体。 "#$%&$ 钢含碳量虽低，但在水冷条件 下仍可得到 0 组织，这是因为在双相处理中，" 相的实际含碳量高于钢的平均含碳量，所以在水 冷的条件下低碳钢也能得到双相组织。当钢材含 碳量相同时，随着两相区加热温度的提高，0 量 增加；或加热温度相同时，含碳量高的钢 0 的 量多，这是因为随着碳含量增加，在铁—碳相图 上根据杠杆定律， "相的量增多，则在两相区加
8 值反映了金属材料抵抗继续塑性变形的能 力，是表征金属材料应变硬化的性能指标。经过 实验得知， 8 和材料的屈服点 ! 9 大致呈反比关 系，即 8 ! 9 1 常数。
图"
马氏体含量与淬火温度及碳含量的关系 图6 不同淬火温度下 $%&’(& 钢抗拉 强度的拟合值与实验值
从图 " 可见，随淬火温度的提高，钢中马氏 体的体积含量相应增加，含碳高的比含碳低的钢 ! 量增加更多，即对淬火温度的变化更为敏感。 这一测量的结果印证了前述钢强度随淬火加热温 度升高而提高是由于钢中马氏体量增加的分析。 图 # 是 $%&’(& 钢强度与钢中马氏体量的关系图， 对 $%)# * ’+ 钢的强度与马氏体量的测定结果也 呈类似关系。
【 (9:1;<=1 】
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错线将刚性通过粒子而不发生弯曲，这样便大大 减弱了原来的强化效应，使双相钢的屈服强度显 著降低。
万方数据 双相钢的连续屈服可能和其组织中包含有较
第-期
苏
钰等：马氏体含量对 $%&’(& 和 $%)#<’+ 双相钢力学性能的影响
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于存在实验误差，个别数据点出现偏差） 。 测量临界区不同温度加热淬火后的钢中 ! 体积百分含量，如图 " 所示。
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双相钢板的实验方法
本次试验的两种钢板 "#$%&$ 钢和 "#’( ) %* 钢通 过 在 （! < "） 两 相 区 内 (!6= 、 (76= 、 (:6= 、:66= 、:%6= 各 温 度 区 等 温 加 热 后 快 速 用盐水淬火，获得了不同比例的（ > < 0）双相 组织，然后进行力学性能测试。用 ?@ABCA# ) %$
万方数据
&2 附加精整轧制或其它附加工序；
上
海
金
属
第 #5 卷
高密度的可动位错，即在低应力下可激活的位错
［0 / 1］ ［&2］ ，- 与 , 的弹性模量基本相同 ，高的应 源 ［&&］ 变速率敏感性以及较高的内应力 等因素有关。
（!）有较高的延伸率； （"）最大载荷附近有一个平坦区，它覆盖了 较宽的应变范围，这表明双相钢在拉伸时形成的 缩颈是浅的或者说缩颈区是扩散的。
（&）对 $%&’(& 和 $%)# * ’+ 两种钢进行合适 的热处理，可以得到 ; 3 ! 的双相钢组织。 （’）当钢的含碳量一定时，随着两相区加热 温度升高，双相钢中 ! 含量增加；在相同热处 理温度下热处理时，随钢材含碳量增加，双相钢 ! 含量也增加。
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上
海
来自百度文库
金
属
第 )< 卷
（!）双 相 钢 的 强 度 只 与 钢 中 " 含 量 有 关， 而与 " 中的含碳量无关。随着双相钢中 " 量的 增加，材料抗拉强度和屈服强度提高。塑性随着 " 量的增加而下降，应变指数 # 值与屈服强度呈 反比关系。 参 考 文 献
［. / (］ ［"］
；当质点的尺寸很小时，位
性断裂，导致总延伸率 " " 6 相应也大。 6 主要受 控于基本相的状态，亦即基体相可以强化的程 度。由图 "、. 可以看出，双相钢的屈服强度和 抗拉强度都随着热处理温度升高而升高，这是因 为随着热处理温度的升高，双相钢中的 - 含量 增加。延伸率则随着 - 含量的增加而下降（由
马氏体含量对 !"#$%# 和 !"&’($) 双相钢力学性能的影响
苏 钰 符仁钰 李 麟
（上海大学材料学院，上海 !"""#!）
将 $%&!’& 和 $%(# ) !* 钢在两相区不同温度下加热和淬火，可以得到（ + , -）的双相组织，与此同时研究实验用钢在不同热处理工艺下组织和力学性能的关系。结果 表明：其应力—应变曲线表现出屈服点低、连续屈服、没有明显的屈服点等特性；提高两相 区的淬火温度，可使马氏体量增多；在相同淬火加热温度下，淬火组织的马氏体量随钢的含 碳量增加而增多；双相钢的强度只与它所含的马氏体量有关，而与马氏体中的含碳量无关。 【关键词】 双相钢 金相组织 马氏体量 力学性能
图.
$%!( ) #* 钢经不同工艺双相处理 后的力学性能变化趋势
!+!
双相钢机械性能与组织的关系 双相钢具有高的强度是与双相钢的显微组织
双相钢的 4 值较一般的低碳钢和低合金高强 度钢 大（一 般 冷 冲 压 低 碳 钢 的 4 值 在 2+&5. / 2+##.，低 合 金 高 强 度 钢 的 4 值 为 2+&& / ［"］ ，双相钢高的加工硬化指数和它的组织 2+&#） 结构特征密切相关。 , 中的高密度位错、强韧的 - 岛、结合得很好的 , 和 - 界面等都会导致加 工硬化率升高，使微孔的产生和聚集发生困难，
【 >?@ AB;C: 】
L;B@1;%3 # 引 言
K.7? L67<1 $%11?， -5A;B<%;.A%.;1， -7;%12<5%1 MB?.H1， -1A6725A7?
相钢就应运而生了。该钢由低碳钢或低合金钢经 临界区加热淬火或通过控轧控冷获得铁素体 （+）和马氏体（-）双相组织。双相钢的第一个
［&］
化学成分、机械性能和成型性作了完整的描述之 后，双相钢的巨大潜力才被人们所认识。这种钢 具有屈服点低、连续屈服、初始加工硬化速率高
万方数据
第!期
苏
钰等：马氏体含量对 "#$%&$ 和 "#’(H%* 双相钢力学性能的影响 钢中马氏体含量对其力学性能的影响程度。 ! %+$ 实验过程 材料的选用
［!］
本次实验选用的 "#$%&$ 钢和 "#’( ) %* 钢成 分分别如表 $ 所示。
实验用钢 #$"!%" 和 #$&’ ( !) 的化学成分
元素含量 ,-#. "2 !6+’ 6+669 ) ) " !6+6%9 6+6$ !6+6’9 6+66’ 3 !6+6’ 6+6%7 !6+6’9 6+6$: 45 "6+6% 6+6%: "6+6$9 6+6!
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以及强度和延性匹配好等特性，具有优异的强 度、韧性和冷形变成型性的配合 。双相钢一直 处于低合金高强度钢发展的前沿。它被大量应用 于汽车制造业，为汽车减轻自重开辟了一条崭新 的途径。本文主要探讨 "#$%&$ 和 "#’( ) %* 双相 表"
材 料 / "#$%&$ 标准成分 实验钢成分 标准成分 实验钢成分 !6+$$ 6+6:( !6+$( 6+$( ) 01 6+7 8 $+% 6+::; ) )
［"］ 推迟缩颈发生 。也因此双相钢的断裂行为是塑
特征有关的。双 相 钢 主 要 由 , 和 - 小 岛 组 成。 因为 - 具有较高的强度，位错通过 - 较困难， 导致位错在 ,—- 界面上塞积，塞积端的应力集 中将引起 - 变形，从而形成晶界强化，使得双 相钢具有高的强度 。 双相钢的屈服强度低是因为当对一般低合金 高强度钢进行临界区热处理时，因新生 , 的生成 而出现无沉淀区
双相钢的力学性能与淬火温度的关系见图 "、图 .，图中屈服强 度 ! 3 因为双相钢无明显的屈服 点，故用条件屈服点! 2+# 来表示。
图#
$%&#’& 钢经不同工艺双相处理 后的应力—应变曲线
图"
$%&#’& 钢经不同工艺双相处理 后的力学性能变化趋势
图!
$%!( ) #* 钢经不同工艺双相 处理后的应力—应变曲线
图7
不同淬火温度下 $%)# * ’+ 钢抗拉 强度的拟合值与实验值
图# ),-
$%&’(& 钢强度与马氏体含量的关系
抗拉强度的实验值和理论值
［&’］ 根据 ! . （ !/0） 1 )"2 3 &",) 4 !（ 5 ） 的
拟合式对实验钢进行拟合，得到的计算结果与实 验值均列于图 6 和图 7，从图 6、7 中可见两者的 变化趋势是一致的，数值差异也不太大，由此也 证实了文献［&’］关于双相钢的强度与 ! 含量 关系的拟合式，从而表明双相钢的强度只与其本 身的 ! 量有关，而与 ! 中的碳含量无关。 ),2 应变硬化指数 8 值与! 9 的关系 应变硬化指数 8 和材料屈服强度值 ! 9 的关 万方数据 。 系见图 &: ! 图 &: 结 论 硬化指数 8 和屈服强度! 9 的关系
N
第!Q卷
第U期
上
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金
属
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型显微镜进行显微摄影。用 ($ 型显微硬度计测 0 和 > 的显微硬度，用 BCA#ADCAB 分析软件对 0 含量进行测量，用 $666E? 的电子拉伸机进行拉 伸力学试验。 & ’+$ 实验结果与分析 金相组织
图$
"#$%&$ 和 "#’( ) %* 的金相组织 热水冷后，得到的 0 量增多。 ’+% 拉伸试验 在拉 伸 实 验 中， 试 样 长 %$6FF G ’6FF G %+9FF。标距采 用 :6FF，所 得 应 力—应 变 曲 线 见图 % 和图 ’。 可以看出双相钢的拉伸应力—应变曲线具有 如下特点： （$）应力与应变的变化始终相互对应，不显 示屈服效应，且屈服强度低； （%）无屈服点伸长，应力应变曲线呈平滑的 拱形。这能避免成形零件表面起皱，因而不需要