《Fe-Al-C体系Al对C的活度相互作用系数研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Fe-Al-C体系Al对C的活度相互作用系数研究.doc（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、-范文最新推荐- Fe-Al-C体系Al对C的活度相互作用系数研究 摘要：TWIP钢是现在研究较广泛的超高强度钢，它不仅具有高强度，高的应变硬化率，还有非常优良的塑性、韧性和成形性能。本研究采用实验研究、理论分析和数学模拟相结合的方法，开展高锰汽车用钢冶金过程热力学行为及数学模拟研究。本实验采用Sung-Mo JUNG等所采用的实验装置和方法，采用化学平衡法研究Fe-Al-C体系中Al对C的活度相对作用系数。从而获得一阶活度相互作用系数和二阶活度相对作用系数及组分的活度系数。具体研究金属液中高浓度组分对Al、C等元素的活度系数的影响。经过本次试验所作图表的研究，不难发现C的活度系数的对数随着A
2、l含量的增加而减小，并且Al浓度对C活度相互作用系数的对数影响较大。12767关键词：TWIP钢；化学平衡法；活度系数；相互作用系数Fe-Mn-Al-C system Al activity interaction coefficient in CAbstract：TWIP steel is the longer-range ultra-high strength steel, which not only has high strength, high strain hardening rate, as well as excellent ductility, toughness and f
3、ormability. In this study, experimental study, theoretical analysis and mathematical modeling methods, the thermodynamic behavior of metallurgical processes and mathematical modeling of automotive steel of high manganese. In this study, Sung-Mo JUNG, such as the experimental apparatus and method, us
4、ing the relative roles of coefficient of Al on C activity in the chemical equilibrium study of Fe-Al-C system. To obtain the activity coefficient of an order activity interaction coefficient and the second-order activity in the interaction coefficients and components. High concentrations of componen
5、ts in the specific study of liquid metal Al, C and other elements of the activity coefficient. After the test chart made, it is not difficult to find C activity coefficient decreases with increasing Al content, and the Al concentration C activity interaction coefficient. 钢铁材料是目前汽车制造应用比例最大的关键原材料，约占65
6、%左右2。2010年，我国汽车产销量双双超过1800万辆，不仅继2009年首次超越美国，成为世界汽车产销第一大国后，蝉联世界第一，而且刷新了全球历史纪录3。这必然造成汽车用钢和能源需求及汽车尾气排放总量的迅猛飙升。在2009年9月由鞍钢与中国金属学会联合举办的“2009 年汽车用钢生产及应用技术国际研讨会”上达成了“现代汽车发展方向是轻量化、低排放、高寿命、低成本、高安全性”的共识4。而汽车轻量化是实现油耗低、排放少的“环境友好型汽车”的主要措施5。1.2 高锰汽车用钢6早在1880年，RHadfield就发现奥氏体不锈钢
7、和高锰Hadfield钢，趋向于形成大范围的堆垛层错、孪晶以及平面位错结构，但是高Mn奥氏体合金在汽车工业上却一直没有应用。2005年国际钢铁协会成员Arcelor 和Thyssen Krupp Stahl公司签署联合研发协议希望在高能量吸收率和优良成形性的汽车用钢板——高Mn TWIP钢的研究方面取得技术突破。研究显示7，目前高Mn TWIP钢的最高强度已达1100MPa，伸长率可以达到95，具有高的应变硬化率，对冲击能量的吸收程度是现有高强钢的两倍(20时约为0.5 Jmm2 )，是一种潜在的在车身和底盘结构件上可大量采用的新钢种，减重率>20，极具市场前景。
8、世界各国展开了各种高级汽车用钢的联合研究，如，国际钢铁协会组织全球18 个国家的35 家钢铁公司合作开展的超轻钢车体项目(ULSABAVC) 研究。相继出现了汽车用双相钢、相变诱导塑性(TRIP) 钢、孪晶诱导塑性(TWIP) 钢和硼钢等新钢种。由于高锰TRIP/TWIP奥氏体钢具有良好的强度与塑性的配合，流变应力可达6001100MPa，室温下的延伸率达（6095%）、密度约7300 kg/m3，不仅满足了提高汽车安全等级对汽车用钢提出的高强度和超高强度的要求；满足了低油耗、环保对汽车用钢轻量化的要求；满足了汽车生产钢材加工工艺上对汽车用钢高延伸率的要求；还具有更高的性价比。因此，汽车应用高
9、锰TWIP钢适应现代汽车发展潮流，是汽车轻量化的主要手段。高锰TWIP钢研究已成为继IF钢、双相钢、相变诱导塑性( TRIP) 钢之后的高级汽车用钢的又一热点研究领域。近年来包括我国在内的世界各国都对高锰TWIP 钢展开了广泛的研究。利用权威的文献检索工具ISI Web of knowledge及国内三大文献检索工具分别对“TWIP”和“High Manganese Steel”关键词进行检索得出：高锰TWIP钢的研究主要集中在成分设计、显微结构和性能、作用机理、影响性能的因素等方面。 1.4 TWIP钢的特点及TWIP效应TWIP钢的最大特点是
10、：在保持高抗拉强度的同时，具有极高的均匀延伸性，很高的能量吸收能力及优良的成形性；此外，它几乎没有低温脆性现象，直到-196-200，仍然未出现低温脆性转变。TWIP钢优异的力学性能来自其孪生诱导塑性，所以被称为是“孪生诱发塑性钢”。这种孪生在形变中的作用与传统的概念完全不同。经典的理论认为，孪晶通常是在晶体结构对称性比较低、滑移系比较少的材料中发生。当形变速度较大或在不利于滑移取向的情况下，在某些应力集中的地方产生孪晶。面心立方金属则不易产生孪晶。孪生对形变的贡献通常很小，仅在滑移困难时起调整取向的作用，使滑移得以继续进行。但在TWIP钢中，孪晶可在形变温度为-70以
11、下的面心立方奥氏体中形成，形变速率可低至10-4/s。在形变过程中，高应变区孪晶的形成，其孪晶界阻止了该区域滑移的进行，促使其它应变较低的区域通过滑移进行形变，直至那些区域也形成孪晶，由此造成试样的均匀形变，显著推迟缩颈的产生。微观机理研究表明，TWIP效应可分为以下几步：（1）拉伸变形最大的部位首先诱发孪晶。孪晶界阻止该区域滑移的进行，导致位错的塞积，使得局部变形难以继续进行，并使变形向其他应变较低的区域转移，从而推迟颈缩的形成，极大提高了延伸率。（2）拉伸后的奥氏体晶粒内包含大量的形变孪晶。粗大的透镜状形变孪晶从奥氏体晶界处向晶内贯穿，分割奥氏体晶粒。接着，更细小的形变孪晶呈交织状分布于奥
12、氏体晶粒内。这种分割晶粒的孪晶实际上起到了亚晶界的作用，阻碍了位错的滑移，起到了加工硬化的作用，使得TWIP钢获得很高的抗拉强度。（3）由于孪晶与奥氏体基体的共格作用，可阻碍裂纹的扩展。在宏观上表现为推迟断裂的发生，提高伸长率，特别是均匀伸长率。 汽车行业逐步成为许多国家支柱产业之一，原材料的发展逐渐受到极大的关注，据德国联邦统计，生产一辆汽车的费用为“原材料占53%、制造占30%、设计开发为 5%、其它占 12%”。由此可见原材料之重要。而汽车用钢占汽车原材料的 70%左右，钢材中用量最大的是薄板，一辆轿车约使用薄钢板 600-800kg，薄板成型件500-600件。
13、减重、节能、防腐、防污染、防噪声和安全舒适是现代汽车的发展趋势。为适应这一发展的需要，对汽车用钢板提出了新的要求，其中包括：（1）优良的成型性能，即高的塑性应变比r值，高的均匀延伸率 ，高的总延伸率 ，低的屈服强度 ，低的时效指数AI和低的屈服伸长，只有具备以上性能的钢板才能够用于冲制复杂的汽车覆盖件。（2）良好的抗凹陷能力和足够的结构刚度，以避免在制造和使用中产生凹陷，特别是在突发的冲撞事故中能最大限度地吸收能量，保护驾驶员的安全。(3)良好的焊接性能，保证零件有效地连接及焊点和焊点周边区域的强度和性能不发生突变。(4)优良的表面形貌和光洁度，良好的喷涂性能和对油漆镀层的附着能力，高的耐蚀性
14、能。汽车钢板的发展经历了一个逐步优化和改善的过程，并且强化机制也各有不同，最早出现在美国的是1934年的低合金高强度钢。从强化机制来看，低合金高强度钢先后经历了固溶强化为主、沉淀强化为主、显微组织强化为主和高延展性的完美结合。而 TRIP 钢是在双相钢的基础上进一步发展而来的。这种钢的一大特点是强度升高，塑性并不降低。TRIP 钢的出现，无疑是汽车用钢的一大进步。这种新材料利用相变诱发塑性原理，其中的残余奥氏体向马氏体转变，诱发塑性；同时，马氏体的生成又起到相变强化的作用，再加上加工硬化效果，使这种钢具有低的屈服强度、高的应变硬化率及高延伸率、高的成型后强度等特点。TRIP 钢板具有高的屈服强
15、度和抗拉强度，延展性强，冲压成形能力高， 用作汽车钢板可减轻车重，降低油耗，同时能量吸收的能力强，能够抵御撞击时的塑性变形，显著提高了汽车的安全等级，因此，在乘客的安全保护方面和环境保护方面都是汽车行业最有前途的一种钢材。 用MacLaurin级数表述的活度相互作用系数式被广泛的用于表述稀溶液特别是金属稀溶液的热力学性质。然而，由于精度的要求，几乎不可能用试验的方法来确定高于二阶活度相互作用系数。至今，高浓度溶液中溶剂的活度系数还是用一阶活度相互作用系数来计算（即用最简单的截断式MacLaurin级数）。任何截断式MacLaurin级数都要降低多元体系中溶剂活度系数表达式的精度，并且这种截断导致的热力学不一致性在高浓度区域内会引起较大的误差。鉴于此，人们一直努力想建立一种方法使其能够延伸到高浓度区域。Darken早在60年代就提出了满足热力学一致性的二次型公式，但是，该式未得到普遍应用。其主要原因是：1.广泛建立的热力学试验数据均表述成相互作用系数；2.Darken二次型公式对强相互作用的三元和多元体系的适用性需要进一步的论证。基于类化学模型的三元和多元稀溶液的热力学表述式首次由Lupis通过繁琐的数学过程推导出来，且与Darken的二次型公式很相似。最近，Pelton和Bale提出了统一相互作用系数
