D01:10.13374j.isml00103x.2007.2.B7 第29卷第12期 北京科技大学学报 Vol.29 No.12 2007年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2007 Fe28Mm3Si3A1TWIP钢变形的微观组织特征 米振莉唐荻江海涛代永娟王海全李慎升 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京100083 摘要采用扫描电镜，透射电镜和电子背散射衍射技术对TWP钢拉伸变形后的组织进行了观察和分析.研究结果表明， 热处理后的TWIP钢中存在60%的退火李晶，变形后孪晶量减少为32%.在拉伸过程中.具有退火李晶的晶粒内部首先发生 变形，产生的变形李晶遗传了退火李晶的取向.变形过程中李晶和位错相互作用、李晶和李晶相互作用以及李晶取向改变引 发滑移的综合结果使TWP钢同时获得高塑性和高强度，因此变形过程中孪生变形是TWIP钢的主要变形机制. 关键词TWIP钢：拉伸变形：微观组织：变形李晶 分类号TG333.7 现代汽车的发展趋势是减重、节能、防腐和安全 表1实验用T1P钢的化学成分（质量分数） 舒适等，为适应这一发展需要，在汽车制造中有必要 Table 1 Chemical composition of TWIP steel used in the experiment % 采用高强度和超高强度的汽车钢板.TWIP(twin ning induced plasticity)钢不仅具有高强度、高应变 Mn P Fe 硬化率，还有非常优良的塑性、韧性和成形性能.由 0.006286280100300063228余量 于钢板的吸收能高，因而抵抗撞击能力极强. 对冷轧TWIP钢板进行退火.按照GB3076一 从现代汽车用钢对高强度和高塑性的双重要求来 82标准，沿轧制方向切取拉伸试样.在MTS810型 看，TWP钢是最佳选择←习 拉伸试验机上进行拉伸，在TEM一2000FX电子显微 目前，国内外将研究重点放在TWIP钢的成分 镜上进行透射电子显微观察，EBSD试样从钢板中 设计、生产工艺上，并取得了一定进展.显然优良的 部切取10mm×10mm的试样，经过粗磨，然后电解 性能来源于其内部组织结构，然而对TWIP钢的李 抛光，最后在ZEISS-SUPRA55上进行观察. 晶诱导塑性机理还没有一个深入认识6)，对 TWIP钢中李晶量从未有过定量的分析.本文对退 2实验结果与分析 火态的Fe一28M一3S一3A1TWIP钢进行拉伸实验， 2.1变形后组织的SEM观察和分析 通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对TWIP 由图1(a)可见，在变形的晶粒中仍存在有退火 钢变形后的微观组织进行了观察，通过电子背散射 孪晶界，取向没有发生变化，并且变形孪晶遗传了退 衍射EBSD)技术对TWIP钢的变形前后取向变化 火李晶的取向.各晶粒的变形并不均匀，存在退 和孪晶量进行定量分析，旨在进一步深入了解 火孪晶的晶粒中沿退火孪晶的取向应变条痕密集， TWIP钢变形的微观机理，为具有良好综合性能的 并发生了纵横交错的变形（图1(b)所示，其变形量 高强度、高塑性汽车用TWIP钢的工业应用提供 明显大于周围晶粒.由于退火孪晶存在，因而具有 参考. 最有利的变形取向. 1 实验材料与实验过程 由图I(©)可见在低倍下观察到的好像是应变 实验用TWIP钢经优化筛选、成分设计9，确 条痕，在高倍下看到的是许多的应变台阶，这些应变 台阶的形成，是李生改变了晶粒内部的取向，从而以 定化学成分如表Ⅰ所示.采用电磁感应炉真空熔 孪晶界为对称面产生切变，取向发生了变化，表现出 炼充氩气保护，浇铸成板坯 晶粒内部整体的凸凹立体感9.晶粒取向发生变化 收稿日期：2007-09-26修回日期：2007-1019 后，有利于滑移的进行，因而台阶上出现了滑移线， 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.50575022):高等学校博 孪晶内外的滑移线在孪晶界处产生扭折，扭折角度 士学科点专项科研基金资助项目(Na.20040008024) 在42~55°. 作者简介：米振莉(1971一），女，副教授，博士 在图1(c中可以看到李生的切变作用.，以李晶
Fe-28Mn-3Si-3Al TWIP 钢变形的微观组织特征 米振莉 唐 荻 江海涛 代永娟 王海全 李慎升 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心, 北京 100083 摘 要 采用扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射技术对 TWIP 钢拉伸变形后的组织进行了观察和分析.研究结果表明, 热处理后的 TWIP 钢中存在 60%的退火孪晶, 变形后孪晶量减少为 32%.在拉伸过程中, 具有退火孪晶的晶粒内部首先发生 变形, 产生的变形孪晶遗传了退火孪晶的取向 .变形过程中孪晶和位错相互作用、孪晶和孪晶相互作用以及孪晶取向改变引 发滑移的综合结果使 TWIP 钢同时获得高塑性和高强度, 因此变形过程中孪生变形是 TWIP 钢的主要变形机制. 关键词 TWIP 钢;拉伸变形;微观组织;变形孪晶 分类号 TG333.7 收稿日期:2007-09-26 修回日期:2007-10-19 基金项目:国家自然科学基金资助项目( No .50575022) ;高等学校博 士学科点专项科研基金资助项目( No.20040008024) 作者简介:米振莉( 1971—) , 女, 副教授, 博士 现代汽车的发展趋势是减重、节能 、防腐和安全 舒适等, 为适应这一发展需要, 在汽车制造中有必要 采用高强度和超高强度的汽车钢板.TWIP( tw inning induced plasticity ) 钢不仅具有高强度、高应变 硬化率, 还有非常优良的塑性 、韧性和成形性能 .由 于钢板的吸收能高, 因而抵抗撞击能力极强[ 1-3] . 从现代汽车用钢对高强度和高塑性的双重要求来 看, TW IP 钢是最佳选择 [ 4-5] . 目前, 国内外将研究重点放在 TWIP 钢的成分 设计、生产工艺上, 并取得了一定进展 .显然优良的 性能来源于其内部组织结构, 然而对 TWIP 钢的孪 晶诱导 塑性机理 还没 有一 个深入 认识[ 6-7] , 对 TWIP 钢中孪晶量从未有过定量的分析.本文对退 火态的Fe-28M n-3Si-3Al TWIP 钢进行拉伸实验, 通过扫描电镜( SEM ) 和透射电镜( TEM ) 对 TWIP 钢变形后的微观组织进行了观察, 通过电子背散射 衍射( EBSD) 技术对 TWIP 钢的变形前后取向变化 和孪晶量进行定量分析, 旨在进一步深入了解 TWIP 钢变形的微观机理, 为具有良好综合性能的 高强度 、高塑性汽车用 TWIP 钢的工业应用提供 参考 . 1 实验材料与实验过程 实验用 TWIP 钢经优化筛选、成分设计 [ 4] , 确 定化学成分如表 1 所示 .采用电磁感应炉真空熔 炼, 充氩气保护, 浇铸成板坯. 表 1 实验用 TWIP 钢的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of TWIP steel used in the experiment % C Si Mn P S Al Fe 0.006 2.86 28.01 0.03 0.006 3 2.28 余量 对冷轧 TWIP 钢板进行退火, 按照 GB3076 — 82 标准, 沿轧制方向切取拉伸试样 .在 M TS 810 型 拉伸试验机上进行拉伸, 在 TEM-2000FX 电子显微 镜上进行透射电子显微观察, EBSD 试样从钢板中 部切取 10 mm ×10 mm 的试样, 经过粗磨, 然后电解 抛光, 最后在 ZEISS -SUPRA-55 上进行观察 . 2 实验结果与分析 2.1 变形后组织的 SEM 观察和分析 由图 1( a) 可见, 在变形的晶粒中仍存在有退火 孪晶界, 取向没有发生变化, 并且变形孪晶遗传了退 火孪晶的取向[ 8] .各晶粒的变形并不均匀, 存在退 火孪晶的晶粒中沿退火孪晶的取向应变条痕密集, 并发生了纵横交错的变形( 图 1( b) 所示) , 其变形量 明显大于周围晶粒 .由于退火孪晶存在, 因而具有 最有利的变形取向 . 由图 1( c) 可见在低倍下观察到的好像是应变 条痕, 在高倍下看到的是许多的应变台阶, 这些应变 台阶的形成, 是孪生改变了晶粒内部的取向, 从而以 孪晶界为对称面产生切变, 取向发生了变化, 表现出 晶粒内部整体的凸凹立体感 [ 9] .晶粒取向发生变化 后, 有利于滑移的进行, 因而台阶上出现了滑移线, 孪晶内外的滑移线在孪晶界处产生扭折, 扭折角度 在 42 ～ 55°. 在图 1( c) 中可以看到孪生的切变作用, 以孪晶 第 29 卷 第 12 期 2007 年 12 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.29 No.12 Dec.2007 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2007.12.037
第12期 米振莉等：Fe一28Mm一3S3A!TWP钢变形的微观组织特征 。1201。 晶界为界面两边的应变条痕成对称关系，在变形过 增加时孪晶或是品粒不能再发生转动，最后形成一 程中孪生改变了晶粒内部亚晶的取向，缓解了应力 个八面体的结构，强烈阻碍位错的运动，从而实现高 在变形部分的集中，把变形转移到旁边的晶粒或亚 强度.正是这种变形的逐步转移，不断改变晶粒取 晶，这样不断地转移这种应力集中，晶粒不断地改变 向来缓解应力集中，实现了变形的扩展（图1(a), 取向，最后形成各个孪晶之间的相互限制，在应变量 使得TWIP钢具有优异高强度高塑性的匹配. (a) (b) 30μm 10m 10 um 图1TIP钢变形的微观组织.(a)变形组织：(b)A部位的嗷大：(c孪生引起的切变和滑移 Fig.I Deformed SEM microstructures of TWIP steek (a)deformed microstructure:(b)magnification of Site A:(c)shear and slip induced by twinns 22变形后组织的TEM观察和分析 mmm左右，使其变形机制发生变化所致. 将拉伸变形的试样加工成薄膜样品，在透射电 图2(b)是一个晶粒内的两组孪晶形态，在这个 镜下观察形变孪晶.当变形量大于5%时变形钢中 系统中两组李晶不但是平行的，而且产生一定的切 会出现变形李晶0.图2()是拉伸变形后的形变 变.晶粒内的李晶层的排列方向与变形面平行.按 李晶形貌，变形孪晶的大量出现是由于实验钢28M一 照晶体变形原理，随着变形量的增加，李晶会发 3Si一3A1的特殊成分，能够将层错能降低到20 生转动，在面心立方金属材料的四个{111}孪生面都 1μm 500nm 100nm 300nm 图2形变孪晶的形貌.（变形孪晶：(b)变形孪晶的取向变化：(c)二次孪晶；(d山孪晶和位错 Fig 2 Mechanical twins:(a)deformed twins;(b)orientation change of deformed twins;(c)second deformed twins;(d)deformed twins and dislocation
晶界为界面两边的应变条痕成对称关系, 在变形过 程中孪生改变了晶粒内部亚晶的取向, 缓解了应力 在变形部分的集中, 把变形转移到旁边的晶粒或亚 晶, 这样不断地转移这种应力集中, 晶粒不断地改变 取向, 最后形成各个孪晶之间的相互限制, 在应变量 增加时孪晶或是晶粒不能再发生转动, 最后形成一 个八面体的结构, 强烈阻碍位错的运动, 从而实现高 强度 .正是这种变形的逐步转移, 不断改变晶粒取 向来缓解应力集中, 实现了变形的扩展( 图 1( a) ) , 使得 TWIP 钢具有优异高强度高塑性的匹配. 图1 TWIP 钢变形的微观组织.( a) 变形组织;( b) A 部位的放大;( c) 孪生引起的切变和滑移 Fig.1 Deformed SEM microstructures of TWIP steel:( a) deformed microstructure ;(b) magnification of Site A;( c) shear and slip induced by twinns 2.2 变形后组织的 TEM 观察和分析 将拉伸变形的试样加工成薄膜样品, 在透射电 镜下观察形变孪晶 .当变形量大于 5 %时变形钢中 会出现变形孪晶 [ 10] .图 2( a) 是拉伸变形后的形变 孪晶形貌, 变形孪晶的大量出现是由于实验钢 28Mn- 3Si -3Al 的特殊成分, 能够将层错能降低 到 20 mJ·mm -2[ 2] 左右, 使其变形机制发生变化所致 . 图 2( b) 是一个晶粒内的两组孪晶形态, 在这个 系统中两组孪晶不但是平行的, 而且产生一定的切 变 .晶粒内的孪晶层的排列方向与变形面平行.按 照晶体变形原理 [ 11] , 随着变形量的增加, 孪晶会发 生转动, 在面心立方金属材料的四个{111}孪生面都 图 2 形变孪晶的形貌.( a) 变形孪晶;( b) 变形孪晶的取向变化;( c) 二次孪晶;( d) 孪晶和位错 Fig.2 Mechanical twins:( a) deformed twins;( b) orientation change of deformed twins;( c) second deformed twins;( d) deformed twins and dislocation 第 12 期 米振莉等:Fe-28Mn-3Si-3Al TWIP 钢变形的微观组织特征 · 1201 ·
。1202 北京科技大学学报 第29卷 会出现堆垛层错和孪晶，这样排列的孪晶因孪晶间 线，表明有层错存在，斑点被拖长说明内部有因大量 的相互制约，在应变量增加时孪晶不能发生转动，故 变形引起的内部缺陷和大量位错的存在 沿变形面排列. 由以上分析可见，所观察到的孪晶和位错相互 在图2(c所示的变形李晶中有T1和T2两组 作用（图2(d山），李晶和孪晶相互作用（图2(c)以及 李晶堆垛而成的不同取向、不同厚度的两个李晶系 孪晶取向改变引发滑移、滑移又阻碍孪生的进行 统.说明这两个系统在变形过程中并不是同时生成 (图1（©）这三方面的综合作用使TWIP钢同时具 的，证实了晶粒内同时存在两个先后被激活的孪晶 有高塑性高强度，因此李生变形是TWP钢的主要 系统.孪生作为不同于滑移的第二种变形机制，会 变形机制. 对材料塑性产生影响.孪生变形从理论上可以产生 2.3EBSD分析 超过40%的应变量1？.如果发生二次李生或多次 从变形前后的钢板上取试样进行EBSD微观分 孪生，则应变量会更大.因此，相当大的塑性应是来 析.图3()中长而直的孪晶横穿整个晶粒，晶粒直 自二次或多次李晶的产生.此外TWIP钢中发生李 径越大，其孪晶的长度越长，并且宽度变厚.晶粒尺 生甚至二次或多次孪生，使孪晶切割基体增加运动 寸大小为30~50m.图4(a)是退火后的晶粒取向 的障碍，起到了细化晶粒的作用（图2(c),根据HaⅡ 差分布，晶粒间主要为大角度晶界(>15°)，取向差 一Peth公式，则强度提高114.可见李晶的发生是 为60°的晶粒占有很大比例.在面心立方金属中，孪 使TWIP钢同时具有了高强度和高塑性的必要 晶是沿{111}面法线旋转60°而形成的变体.60°附 条件. 近出现的明显高分布频率就是退火孪晶，其数量达 图2（山是变形过程中的孪晶和位错，位错缠结 到了60%.材料中大角度晶界量大于90%，经过热 形成发团，孪晶被高密度的位错缠结，阻碍了孪晶的 处理钢板完成了充分的再结晶 运动.由孪晶衍射花样观察在两个斑点之间有暗 (a) 30m 20 um 图3变形前后TMP钢的晶粒边界分布图.(a)退火后：(b)变形后 Fig.3 EBSD maps of TWIP steel before and after defor mation:(a)annealing (b)deformed 035 0.6(a) 0.30 (b) 0.5 025 03 o 02 10 0.1 0.05 0■ ■■■■ 102030405060 102030405060 取向差角°) 取向差角) 图4变形前后TMP钢的晶粒取向分布图.（退火后：(b)拉伸后 Fig 4 Grain boundary misorientation distribution of annealing and deformed TWIP steek (a)annealing:(b)deformed 变形后的TWIP钢的晶粒边界分布如图3(b) 在基体中.图4b)是拉伸后晶粒取向分布图.李生 所示.从图中可以看出，形变孪晶细小均匀地分布 一般不明显产生小角度晶界，而滑移会产生明显的
会出现堆垛层错和孪晶, 这样排列的孪晶因孪晶间 的相互制约, 在应变量增加时孪晶不能发生转动, 故 沿变形面排列. 在图 2( c) 所示的变形孪晶中有 T1 和 T2 两组 孪晶堆垛而成的不同取向、不同厚度的两个孪晶系 统.说明这两个系统在变形过程中并不是同时生成 的, 证实了晶粒内同时存在两个先后被激活的孪晶 系统.孪生作为不同于滑移的第二种变形机制, 会 对材料塑性产生影响 .孪生变形从理论上可以产生 超过 40 %的应变量[ 12] .如果发生二次孪生或多次 孪生, 则应变量会更大.因此, 相当大的塑性应是来 自二次或多次孪晶的产生 .此外 TWIP 钢中发生孪 生甚至二次或多次孪生, 使孪晶切割基体增加运动 的障碍, 起到了细化晶粒的作用( 图 2( c) ) , 根据 Hall -Petch 公式, 则强度提高[ 13-14] .可见孪晶的发生是 使 TWIP 钢同时具有了高强度和高塑性的必要 条件 . 图 2( d) 是变形过程中的孪晶和位错, 位错缠结 形成发团, 孪晶被高密度的位错缠结, 阻碍了孪晶的 运动.由孪晶衍射花样观察在两个斑点之间有暗 线, 表明有层错存在, 斑点被拖长说明内部有因大量 变形引起的内部缺陷和大量位错的存在. 由以上分析可见, 所观察到的孪晶和位错相互 作用( 图 2( d) ) , 孪晶和孪晶相互作用( 图 2( c) ) 以及 孪晶取向改变引发滑移 、滑移又阻碍孪生的进行 ( 图 1( c) ) 这三方面的综合作用使 TWIP 钢同时具 有高塑性高强度, 因此孪生变形是 TW IP 钢的主要 变形机制. 2.3 EBSD 分析 从变形前后的钢板上取试样进行 EBSD 微观分 析 .图 3( a) 中长而直的孪晶横穿整个晶粒, 晶粒直 径越大, 其孪晶的长度越长, 并且宽度变厚 .晶粒尺 寸大小为 30 ～ 50 μm .图 4( a) 是退火后的晶粒取向 差分布, 晶粒间主要为大角度晶界( >15°) , 取向差 为 60°的晶粒占有很大比例.在面心立方金属中, 孪 晶是沿{111}面法线旋转 60°而形成的变体.60°附 近出现的明显高分布频率就是退火孪晶, 其数量达 到了 60 %.材料中大角度晶界量大于 90 %, 经过热 处理钢板完成了充分的再结晶. 图 3 变形前后 TWIP 钢的晶粒边界分布图.( a) 退火后;( b) 变形后 Fig.3 EBSD maps of TWIP steel before and after deformation:( a) annealing;( b) deformed 图 4 变形前后 TWIP 钢的晶粒取向分布图.( a) 退火后;( b) 拉伸后 Fig.4 Grain boundary misorientation distribution of annealing and deformed TWIP steel:( a) annealing;(b) deformed 变形后的 TWIP 钢的晶粒边界分布如图 3( b) 所示.从图中可以看出, 形变孪晶细小均匀地分布 在基体中 .图 4( b) 是拉伸后晶粒取向分布图 .孪生 一般不明显产生小角度晶界, 而滑移会产生明显的 · 1202 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 29 卷
第12期 米振莉等：Fe一28M一3S3AITP钢变形的微观组织特征 。1203。 小角度晶界.变形后的晶粒取向分布图在取向差 开发现状.钢铁，2005,40(6：1 <15°内有明显的高分布频率，说明变形过程中发生 [2 Gmssel O,Kruger L,Fmmmeyer G,et al High strength Fe M(Al.Si)TRIP/TW IP steels development-properties-applica 了滑移.60附近还有较高的分布频率，大约有32% tion.Int J Plast.2000.16:1394 的孪晶存在，孪晶量有所降低.在变形过程中，发现 [3 Fmmmeyer G.Grassdl O.High strength TRIP/TW IP superplas tic steels:development.propreties,application.Rev Metall CIT. 随应变量的提高，孪晶量先经历了一个最大值，然后 1998.10:1299 逐渐降低到一稳定值.其原因被认为是二次李晶和 [4 MiZ L,Tand D.Yan L.et al.High strength and high plasticity 李晶界扫过整个晶粒而使部分李晶消失1.因此 TW IP steel for model vehicle.J Mater Sci Technol,2005,21 (4):24 TWIP钢经过拉伸变形以后，在存在大量孪晶的情 【习严玲，唐获，米振莉，等.汽车用TWP钢的力学性能与微观 况下，孪生后期滑移也起到一定作用，表现为存在 组织.北京科技大学学报，2006,28(8)：739 50%的小角度晶界. [6 Bouaziz O.Guelton N.Modelling of TW IP effect on work-hard ening Mater Sci Eng.2001,319/321:246 3结论 [7 Allain S.Chatea J P.Bouariz O.A physical moddl of the twin- ring-induced plasticity effect in a high manganese austenitic steel. (I)在TWIP钢的拉伸过程中，具有孪晶界的 Mater Sci Eng,2004,378/379:143 L周 Yang P,Xie Q.Meng L,et al Dependence of deformation twin- 晶粒内部首先发生变形，形成形变孪晶，形变孪晶遗 ring on grain orentation in a high mangarese sted.Scripta 传了退火孪晶的取向，并产生一定程度的加工硬化. Mater,2006,55:629 张旺蜂，陈瑜眉，朱金华低层错能奥氏体钢的变形硬化特点 随后其余部分晶粒发生转动，形成对变形有利的取 材料工程，2000(2)：25 向，从而变形得到扩展，最终得到非常大的无颈缩 [10 Vercammen S,Banpanin B,Decooman B C.Cold rolling be- 延伸. haviour of an austenitic Fe-30Mn-3Al3Si TW IP-steel:the importance of defomation twinning.Acta Mater,2004.52 (2)李晶和位错相互作用，孪晶和孪晶相互作 (7):205 用，以及孪晶取向改变引发滑移、滑移又阻碍孪生的 11]Karaman I.Schitoglu H.Gall K.et al.Defommation of single 进行使TWIP钢具有高塑性高强度，因此孪生变形 crystal Hadfield steel by tw inning and ip.Acta Mater,2000, 48(6):1345 是TWIP钢的主要变形机制. [12 余永宁.金属学原理.北京：治金工业出版社，2000 (3)经过退火处理后的钢中有60%的退火孪晶 [13 Pande C S.Rath BB.Imam M A.Effect of annealing tw ins on HallPetch relation in polycrystaline materials.Mater Sci Eng 存在，大量退火孪晶的存在是TWIP钢发生变形时 A2004,367:171 产生形变孪晶的前提，材料破坏时变形孪晶数量降 14 Serra A.Bacon DJ.Pond R C.Twins as barriers to basal sipin 低到32%. hexagonalclose packed metals.Metall Mater Trans A.2002. 33(3):809 参考文献 L15 Kimanek P.Poetzsch A.Microstructure evolution under com- pressive plastic defomation of magnesium at different tempera [刂唐获，米振莉，陈雨来。国外新型汽车用钢的技术要求及研究 tures and strain rat es.Mater Sci Eng A.2002,324 12):145 Deformed microstructure characteristics of Fe-28Mn 3Si 3Al TWIP steel MI Zhenli,TANG Di,JIANG Haitao,DAI Yongjuan,WANG Haiquan,LI Shensheng National Engineering Research Center for Advanced Roling technobgy.University of Science and Technology Beijing,Beijng 100083.China ABSTRACT The microstructure of tw inning induced plasticity (TWIP)steel after tensile deformat ion was in- vestigated by scanning electron microscopy (SEM),transmission electron microscopy TEM)and electron backscatter diffraction(EBSD)analy sis.The results show that there are 60%annealing tw ins in TW IP steel before deformation and 32%deformed twins after deformation.The grains with annealing twins deform firstly during tensile deformation.This deformation mechanism of tw inning induced plasticity provides specimens'ex- cellent elongation with no-necking phenomenon.The orientation of the first deformed twin originates from the annealing twin's.The interactions between twin and twin,twin and dislocation,and tw in and sliding play an important role during deformation.Therefore the effect of twinning induced plasticity is the main deformation mechanism. KEY WORDS TW IP steel;tensile deformation;microstructure;deformed twin
小角度晶界 .变形后的晶粒取向分布图在取向差 <15°内有明显的高分布频率, 说明变形过程中发生 了滑移 .60°附近还有较高的分布频率, 大约有 32 % 的孪晶存在, 孪晶量有所降低 .在变形过程中, 发现 随应变量的提高, 孪晶量先经历了一个最大值, 然后 逐渐降低到一稳定值 .其原因被认为是二次孪晶和 孪晶界扫过整个晶粒而使部分孪晶消失[ 15] .因此 TWIP 钢经过拉伸变形以后, 在存在大量孪晶的情 况下, 孪生后期滑移也起到一定作用, 表现为存在 50 %的小角度晶界. 3 结论 ( 1) 在 TWIP 钢的拉伸过程中, 具有孪晶界的 晶粒内部首先发生变形, 形成形变孪晶, 形变孪晶遗 传了退火孪晶的取向, 并产生一定程度的加工硬化 . 随后其余部分晶粒发生转动, 形成对变形有利的取 向, 从而变形得到扩展, 最终得到非常大的无颈缩 延伸 . (2) 孪晶和位错相互作用, 孪晶和孪晶相互作 用, 以及孪晶取向改变引发滑移、滑移又阻碍孪生的 进行使 TWIP 钢具有高塑性高强度, 因此孪生变形 是 TWIP 钢的主要变形机制. ( 3) 经过退火处理后的钢中有 60 %的退火孪晶 存在, 大量退火孪晶的存在是 TWIP 钢发生变形时 产生形变孪晶的前提, 材料破坏时变形孪晶数量降 低到 32 %. 参 考 文 献 [ 1] 唐荻, 米振莉, 陈雨来.国外新型汽车用钢的技术要求及研究 开发现状.钢铁, 2005, 40( 6) :1 [ 2] Grassel O, Kruger L, Frommeyer G, et al.High strength FeMn-( Al, Si) TRIP/ TWIP st eels development-properties-application.Int J Plast, 2000, 16:1394 [ 3] Frommeyer G, Grassel O .High strength TRIP/ TWIP superplastic steels:development, propreties, application.Rev Metall CIT, 1998, 10:1299 [ 4] Mi Z L, Tand D, Yan L, et al.High strength and high plasticit y TWIP steel for model vehi cle.J Mater Sci Technol, 2005, 21 ( 4) :24 [ 5] 严玲, 唐获, 米振莉, 等.汽车用 TWIP 钢的力学性能与微观 组织.北京科技大学学报, 2006, 28( 8) :739 [ 6] Bouaziz O, Guelton N .Modelling of TWIP effect on w ork-hardening.Mater Sci Eng, 2001, 319/ 321:246 [ 7] Allain S, Chat eau J P, Bouaziz O.A physi cal model of the twinning-induced plasticit y eff ect in a high manganese aust enitic steel. Mater Sci Eng, 2004, 378/ 379:143 [ 8] Yang P, Xie Q, Meng L, et al.Dependence of deformation twinning on grain orientation in a high manganese steel.Scripta Mater, 2006, 55:629 [ 9] 张旺峰, 陈瑜眉, 朱金华.低层错能奥氏体钢的变形硬化特点. 材料工程, 2000 ( 2) :25 [ 10] Vercammen S, Blanpanin B, Decooman B C .Cold rolling behaviour of an austenitic Fe -30Mn-3Al-3Si TWIP-steel:the import ance of def ormation twinning .Acta Mater, 2004, 52 ( 7) :205 [ 11] Karaman I, Sehit oglu H, Gall K, et al.Deformation of single crystal Hadfield st eel by tw inning and slip.Acta Mater, 2000, 48( 6) :1345 [ 12] 余永宁.金属学原理.北京:冶金工业出版社, 2000 [ 13] Pande C S, Rath B B, Imam M A.Eff ect of annealing tw ins on Hall-Pet ch relation in polycrystalline mat erials.Mater Sci Eng A, 2004, 367:171 [ 14] Serra A, Bacon D J, Pond R C .Twins as barriers t o basal slip in hexagonal-close-packed met als.Metall Mater Trans A, 2002, 33( 3) :809 [ 15] Klimanek P, Poetzsch A.Mi crostructu re evolution under compressi ve plastic def ormation of magnesium at diff erent t emperatures and strain rat es.Mater Sci Eng A, 2002, 324( 12) :145 Defo rmed microstructure characteristics of Fe-28Mn-3Si-3Al TWIP steel MI Zhenli, TANG Di, JIANG Haitao, DAI Yongjuan , WANG Haiquan , LI Shensheng National Engineering Research Cent er for Advanced Rolling technology, Universit y of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China ABSTRACT The microstructure of tw inning induced plasticity ( TWIP) steel after tensile deformation w as investigated by scanning electron microscopy ( SEM ) , transmission electron microscopy ( TEM ) and electron backscatter diffraction ( EBSD) analy sis .The results show that there are 60 % annealing tw ins in TW IP steel befo re deformation and 32 %deformed twins after deformation .The grains with annealing tw ins deform firstly during tensile deformation .This defo rmation mechanism of tw inning induced plasticity provides specimens' excellent elong ation with no-necking phenomenon .The orientatio n of the first deformed twin o riginates from the annealing twin' s .The interactions between twin and tw in, twin and dislocation, and tw in and sliding play an important role during deformation .Therefo re the effect of twinning induced plasticity is the main deformation mechanism . KEY WORDS TW IP steel ;tensile deformation ;microstructure;deformed twin 第 12 期 米振莉等:Fe-28Mn-3Si-3Al TWIP 钢变形的微观组织特征 · 1203 ·