TRIP сталь - TRIP steel

TRIP сталь являются классом высокопрочных стали сплавы, обычно используемые в военно-морском и судостроительном производстве, а также в автомобильной промышленности.[1] TRIP расшифровывается как «пластичность, вызванная трансформацией», которая подразумевает фазовое превращение в материале, обычно при приложении напряжения. Известно, что эти сплавы обладают выдающимся сочетанием прочности и пластичности.

Микроструктура

Стали TRIP обладают микроструктура состоящий из аустенит с такой термодинамической неустойчивостью, что переход к мартенсит достигается при нагружении или деформации. Многие автомобильные стали TRIP обладают остаточным аустенитом в феррит матрица, которая также может содержать твердые фазы, такие как бейнит и мартенсит.[2]. В случае этих сплавов высокое содержание кремния и углерода в стали TRIP приводит к значительной объемной доле остаточного аустенита в конечной микроструктуре.

Стали TRIP используют большее количество углерода, чем двухфазные стали для получения достаточного содержания углерода для стабилизации оставшихся аустенит фазе ниже температуры окружающей среды. Более высокое содержание кремний и / или алюминий ускорить феррит /бейнит формирование. Их также добавляют, чтобы избежать образования карбид в бейнит область, край.

Как мартенситно-аустенитные, так и полностью аустенитные стали представляют интерес для использования в военно-морских и морских приложениях, поскольку они демонстрируют большое равномерное удлинение, высокую прочность и высокую вязкость разрушения. Эти свойства проявляются из-за вызванного деформацией мартенситного превращения из исходной фазы (FCC γ-аустенит) в фазу продукта (BCC α 'мартенсит). Это преобразование зависит, среди прочего, от температуры, приложенного напряжения, состава, скорости деформации и истории деформации. [3]

Металлургические свойства

При пластической деформации и деформации оставшаяся аустенит фаза превращается в мартенсит. Таким образом, увеличивая силу феноменом деформационное упрочнение. Эта трансформация позволяет увеличить силу и пластичность.[4] Высокая способность к деформационному упрочнению и высокая механическая прочность придают этим сталям прекрасную способность поглощать энергию. Стали TRIP также обладают сильным эффектом термического упрочнения.[5] Отверждение при отверждении - это увеличение прочности, наблюдаемое, когда за упрочнением во время формования детали следует тепловой цикл, такой как запекание краски. На сегодняшний день исследования не показали большого количества экспериментальных доказательств того, что TRIP-эффект увеличивает пластичность, поскольку большая часть аустенита исчезает в первые 5% пластической деформации, в режиме, когда сталь уже имеет адекватную пластичность. Многие эксперименты показывают, что стали TRIP - это просто более сложная двухфазная сталь.

Влияние легирующих элементов

Количество углерод определяет напряжение уровень, на котором сохраняется аустенит начинает превращаться в мартенсит. При более низком уровне углерода оставшаяся аустенит начинает трансформироваться практически сразу после деформации, увеличивая упрочнение Оценить и формуемость вовремя штамповка процесс. При более высоком содержании углерода остаточный аустенит более стабилен и начинает преобразовываться только при напряжение уровни сверх тех, которые были произведены во время формирование.

Влияние температуры

Температура, при которой сталь TRIP подвергается напряжению или деформируется, может быть связана с начальной температурой мартенсита (Ms). Приложенные напряжения могут способствовать процессу превращения, эффективно добавляя увеличенную энергию для превращения, которая позволяет мартенситному превращению происходить выше температуры Ms. Выше температуры Ms поведение трансформации зависит от температуры и изменяется от вызванного напряжением к вызванному деформацией при температуре, известной как температура Msσ. Температура Msσ определяется как максимальная температура, при которой упругое напряжение вызывает мартенситное превращение, первоначально определенную Ричманом и Боллингом. [6] Ниже Msσ мартенситное превращение классифицируется как обусловленное напряжением, поскольку превращение зарождается на уже существующих участках (например, дислокациях, границах зерен, границах фаз и т. Д.), А приложенное напряжение термодинамически способствует превращению. [7] При температурах выше Msσ до превращения происходит податливость и пластическая деформация, а зарождение мартенсита происходит на пересечении полос сдвига, созданных деформацией пластической деформации.[8]

Влияние на механические свойства

Эффект TRIP может использоваться для увеличения однородной пластической пластичности путем отсрочки начала образования шейки, тем самым задерживая нестабильность локализации потока, которая следует за образованием стабильной шейки. Формирование устойчивой шейки можно определить как частичное увеличение истинного напряжения, равное частичному уменьшению несущей площади образца. Это также можно описать как точку, в которой скорость деформационного упрочнения на инженерной кривой напряжения-деформации становится отрицательной. Это можно объяснить степенным уравнением для поведения напряженно-деформированного состояния при пластическом течении:

σТ=K(εТ)п

Где n - коэффициент деформационного упрочнения, σТ это стресс, εТ - деформация, K - коэффициент прочности.[9] Согласно этому уравнению, стабильная пластическая текучесть поддерживается за счет поддержания минимального коэффициента деформационного упрочнения.[10], что может быть выражено как:

п=σ0exp(ε)

Это экспоненциальное деформационное упрочнение представляет собой оптимальную кривизну кривой напряжения-деформации при сохранении минимума n для стабильного нелокального пластического течения. Было замечено, что стали TRIP демонстрируют это экспоненциальное деформационное упрочнение при деформации при температуре, близкой и выше Msσ, тем самым демонстрируя оптимальную пластическую пластичность. [11] Благодаря этому наблюдению эффект TRIP может изменить кривизну поведения напряжения-деформации, и это изменение приводит к значительному улучшению однородной пластичности.

Приложения

Благодаря своей высокой способности поглощать энергию и усталостной прочности стали TRIP особенно хорошо подходят для изготовления деталей автомобильной конструкции и безопасности, таких как поперечные балки, продольные балки, усилители средней стойки, пороги и усилители бампера. Эффект TRIP также может быть использован в операциях формования, где повышение пластичности позволяет увеличить углы изгиба и более агрессивные операции формования без образования трещин.

Наиболее распространенный ассортимент сталей TRIP состоит из 2 марок холоднокатаных сталей как без покрытия, так и с покрытием (TRIP 690 и TRIP 780) и одного сорта горячекатаного проката (TRIP 780), определяемых по их минимальному пределу прочности при растяжении, выраженному в МПа.

Стали TRIP хорошо подходят для применения в броне, где повышение однородной пластичности (и, следовательно, поглощения баллистической энергии) может улучшить защиту от снарядов и баллистических угроз при сохранении или уменьшении толщины листа.

Рекомендации

  1. ^ "U. S. Steel - Automotive - TRIP Steels". Xnet3.uss.com. Архивировано из оригинал на 2011-07-17. Получено 2010-07-29.
  2. ^ http://www.worldautosteel.org/steel-basics/steel-types/transformation-induced-plasticity-trip-steel/
  3. ^ СТАВЕХАУГ, Ф., Трансформационное упрочнение метастабильных аустенитных сталей, нанесенных гамма-примесью. Кандидатская диссертация, Массачусетский технологический институт, 1990 г.
  4. ^ «КЛЮЧ К МЕТАЛЛАМ • Сталь :: Артикул». Steel.keytometals.com. Получено 2010-07-29.
  5. ^ http://fce.arcelormittal.com/saturnus/sheets/B_EN.pdf
  6. ^ РИЧМАН, Р. Х., И БОЛЛИНГ, Г. Ф., «Напряжение, деформация и мартенситное превращение», Металлургия и материалы транзакции B, том. 2, вып. Сентябрь, стр. 2451–2462, 1971.
  7. ^ ОЛСОН, Г. Б., АЗРИН, М., "Поведение при трансформации сталей TRIP", Металлургия и материалы транзакции A, том. 9А, нет. Май, стр. 713–721, 1978.
  8. ^ ОЛСОН, Г. Б., И КОЭН, М., "Кинетика мартенситного зародышеобразования, вызванного деформацией", Металлургия и материалы транзакции A, том. 6, вып. Апрель, стр. 791–795, 1975.
  9. ^ Кортни, Томас Х. Механическое поведение материалов, второе издание. 2000 г.
  10. ^ BACKOFEN, W. A., «Обработка деформаций», Металлургические операции B, том. 4, вып. Декабрь 1972 г.
  11. ^ ОЛСОН, Г. Б., «Трансформационная пластичность и устойчивость пластического течения», стр. 391–424, ASM, 1984.