54 工程科学学报，第42卷，第1期 造成各相之间元素配分和缺陷密度的不同.因此， 散，只需要C原子在四面体间隙和八面体间隙之 理想情况下应该在同一状态的材料中研究形貌的 间进行原子间距级的跳跃，故在室温下就能发生 影响更为让人信服，如在片层和等轴组织都有的 PLC效应7同样，由于中锰钢临界退火后，元素 温轧中锰钢中 配分导致奥氏体的成分和层错能与高锰TWIP钢 1.4变形温度对中锰钢吕德斯应变影响的研究 相似，因此室温下也能够发生PLC效应.H山和 关于变形温度对吕德斯应变影响的研究尚没 Luo2研究0.1%C-5%Mn钢的形变机制时发现， 有一致的结论.Zhang等B川采用原位高能同步辐 形变前期奥氏体优先变形并且转变为马氏体，应 射的方法研究了Fe-0.1%C-10%Mn-2%A1钢在 力-应变曲线展现出明显的应力锯齿.当奥氏体全 不同变形温度(-50~100℃)下的微观力学行为. 部转变为马氏体后，应力锯齿随之消失，这通过实 研究发现，随着形变温度升高，吕德斯前沿奥氏体 验证明了PLC带是在奥氏体中形核的.与高锰 转变量变少，吕德斯应变减小；而Wang和Huang TWIP钢不同的是，中锰钢中拉伸变形时还可能会 通过研究Fe-7%Mn-0.14%C-0.23%Si钢在25~ 发生不同相之间的应变配分和Y→α'相变转变，这 300℃之间的变形行为发现，吕德斯应变的大小 些都会影响PLC带的形核和传播 和奥氏体转变量并非呈线性关系，因此，他们认为 2.1马氏体相变转变和PLC效应之间的联系 位错滑移距离的增加是吕德斯应变变大的主要影 Sun等B采用离位X射线衍射和数字图像相 响因素.由于以上研究材料的成分、显微组织和 关技术(DIC)相结合的实验方法研究了中锰钢变形 变形温度范围都不相同，因此得出了不同的结论 过程中的显微组织演变.实验研究发现，拉伸变形 为进一步确定形变温度和吕德斯应变之间的关 时PLC带的形核和传播导致应变诱导马氏体相变 系，需要以同一材料为研究对象，在更宽的温度范 在PLC带的前沿发生，因此拉伸试样中间位置测得 围内进行拉伸实验研究 的奥氏的转变量（体积分数）呈阶梯状增加，如 2中锰钢中PLC效应的研究进展 图7所示（图中IA700和IA750分别代表在700℃ 和750℃退火10min的样品).在此基础上，他们 PLC效应是由动态应变时效引起的，一般认 通过研究不同Mn含量的中锰钢的变形行为，研究 为是位错和间隙原子之间的相互作用.动态应变 了奥氏体稳定性对PLC效应的影响B研究发现， 时效是一个热激活过程，与金属材料的熔点相关， 只有在中锰钢中奥氏体稳定性适中的情况下 因此A1合金（熔点为933K)在室温下容易发生 PLC效应才能够发生；随着奥氏体稳定性的降低， PLC效应，而普碳钢（熔点为1800K)一般只有在 促使PLC效应发生的临界应变先降低后升高 150~300℃之间才能够发生B3刘在Fe-Mn-C合 Yang等o1也发现了吕德斯前沿会发生奥氏体向马 金中动态应变时效一般是由位错/层错和C-Mn原 氏体的相变转变，并且指出奥氏体的稳定性会影响 子对/C原子空位之间的相互作用Bs-.高锰TWIP PLC带的类型.他们得出，中锰钢拉伸变形前期奥 钢中C-Mn原子之间较高的结合能力导致位错和 氏体转变速率快，表现为A+B型PLC带：随着应变 C原子发生作用时不需要溶质原子进行长距离扩 量增加，奥氏体稳定性提高，转变速率降低，逐渐转 1800a 086 1600 0.7 1400 LA750 IA700 1000 下 1200 0.4 800 IA750(X射线衍射测得数据) 0.3 600 ,IA750(磁测仪测得数据) 400 应0.2 IA700(磁测仪测得数据) 200 0.090.100.110.12Q.130.14 0.1 ,直应变 0 0 0.05 0.100.15 0.200.25 0.30 0.05 0.100.150.200.250.30 真应变 真应变 图7Fe-0.2%C-10.3%Mn-2.9%A1钢700℃和750℃退火试样真应力-应变曲线(a)和变形时的奥氏体转变(b) Fig.7 True stress-strain curves (a)of Fe-0.2%C-10.3%Mn-2.9%Al steel after annealing at 700 C and 750 C,and the changing of austenite fraction during tensile deformation(b)造成各相之间元素配分和缺陷密度的不同. 因此， 理想情况下应该在同一状态的材料中研究形貌的 影响更为让人信服，如在片层和等轴组织都有的 温轧中锰钢中. 1.4    变形温度对中锰钢吕德斯应变影响的研究 关于变形温度对吕德斯应变影响的研究尚没 有一致的结论. Zhang 等[31] 采用原位高能同步辐 射的方法研究了 Fe–0.1%C–10%Mn–2%Al 钢在 不同变形温度（−50～100 ℃）下的微观力学行为. 研究发现，随着形变温度升高，吕德斯前沿奥氏体 转变量变少，吕德斯应变减小；而 Wang 和 Huang[32] 通过研究 Fe–7%Mn–0.14%C–0.23%Si 钢在 25～ 300 ℃ 之间的变形行为发现，吕德斯应变的大小 和奥氏体转变量并非呈线性关系，因此，他们认为 位错滑移距离的增加是吕德斯应变变大的主要影 响因素. 由于以上研究材料的成分、显微组织和 变形温度范围都不相同，因此得出了不同的结论. 为进一步确定形变温度和吕德斯应变之间的关 系，需要以同一材料为研究对象，在更宽的温度范 围内进行拉伸实验研究. 2    中锰钢中 PLC 效应的研究进展 PLC 效应是由动态应变时效引起的，一般认 为是位错和间隙原子之间的相互作用. 动态应变 时效是一个热激活过程，与金属材料的熔点相关， 因此 Al 合金（熔点为 933 K）在室温下容易发生 PLC 效应，而普碳钢（熔点为 1800 K）一般只有在 150～300 ℃ 之间才能够发生[33−34] . 在 Fe−Mn−C 合 金中动态应变时效一般是由位错/层错和 C−Mn 原 子对/C 原子空位之间的相互作用[35−36] . 高锰 TWIP 钢中 C−Mn 原子之间较高的结合能力导致位错和 C 原子发生作用时不需要溶质原子进行长距离扩 散，只需要 C 原子在四面体间隙和八面体间隙之 间进行原子间距级的跳跃，故在室温下就能发生 PLC 效应[37] . 同样，由于中锰钢临界退火后，元素 配分导致奥氏体的成分和层错能与高锰 TWIP 钢 相似，因此室温下也能够发生 PLC 效应. Hu 和 Luo[26] 研究 0.1%C–5%Mn 钢的形变机制时发现， 形变前期奥氏体优先变形并且转变为马氏体，应 力–应变曲线展现出明显的应力锯齿. 当奥氏体全 部转变为马氏体后，应力锯齿随之消失，这通过实 验证明了 PLC 带是在奥氏体中形核的. 与高锰 TWIP 钢不同的是，中锰钢中拉伸变形时还可能会 发生不同相之间的应变配分和 γ→α′相变转变，这 些都会影响 PLC 带的形核和传播. 2.1    马氏体相变转变和 PLC 效应之间的联系 Sun 等[38] 采用离位 X 射线衍射和数字图像相 关技术（DIC）相结合的实验方法研究了中锰钢变形 过程中的显微组织演变. 实验研究发现，拉伸变形 时 PLC 带的形核和传播导致应变诱导马氏体相变 在 PLC 带的前沿发生，因此拉伸试样中间位置测得 的奥氏的转变量 （体积分数 ）呈阶梯状增加 ，如 图 7 所示（图中 IA700 和 IA750 分别代表在 700 ℃ 和 750 ℃ 退火 10 min 的样品）. 在此基础上，他们 通过研究不同 Mn 含量的中锰钢的变形行为，研究 了奥氏体稳定性对 PLC 效应的影响[39] . 研究发现， 只 有 在 中 锰 钢 中 奥 氏 体 稳 定 性 适 中 的 情 况 下 PLC 效应才能够发生；随着奥氏体稳定性的降低， 促 使 PLC 效应发生的临界应变先降低后升高 . Yang 等[40] 也发现了吕德斯前沿会发生奥氏体向马 氏体的相变转变，并且指出奥氏体的稳定性会影响 PLC 带的类型. 他们得出，中锰钢拉伸变形前期奥 氏体转变速率快，表现为 A+B 型 PLC 带；随着应变 量增加，奥氏体稳定性提高，转变速率降低，逐渐转 600 400 200 0 800 1600 1400 IA700 IA750 1200 1800 1000 0 0.10 0.20 0.05 0.15 0.25 0.30 真应变 (a) 真应变/MPa 1200 1160 1120 1080 1040 0.09 0.13 0.10 0.14 0.11 0.12 真应变 真应力/MPa 0.3 0.2 0.1 0 0.4 0.7 IA700 (磁测仪测得数据) IA750 (X射线衍射测得数据) IA750 (磁测仪测得数据) 0.6 0.8 0.5 0 0.10 0.20 0.05 0.15 0.25 0.30 真应变 (b) 奥氏体转变量(体积分数) 图 7    Fe−0.2%C−10.3%Mn−2.9%Al 钢 700 ℃ 和 750 ℃ 退火试样真应力−应变曲线（a）和变形时的奥氏体转变（b） [38] Fig.7    True stress−strain curves (a) of Fe−0.2%C−10.3%Mn−2.9%Al steel after annealing at 700 ℃ and 750 ℃, and the changing of austenite fraction during tensile deformation (b)[38] · 54 · 工程科学学报，第 42 卷，第 1 期