形變溫度對Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP鋼拉伸變形行為的影響

王建亭，周榮生，王明杰,2，朱定一

(1 福州大學 材料科學與工程學院，福州 350108；2 福建工程學院 材料科學與工程學院，福州 350108)

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形變溫度對Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP鋼拉伸變形行為的影響

王建亭1，周榮生1，王明杰1,2，朱定一1

(1 福州大學 材料科學與工程學院，福州 350108；2 福建工程學院 材料科學與工程學院，福州 350108)

運用溫控拉伸實驗，分析了在-100～200℃范圍內變形時形變溫度對Fe-20Mn-3Cu-1.3C鋼力學性能和形變機理的影響。觀察分析了拉伸試樣的顯微組織，并利用熱力學經典模型，估算了溫度對孿晶誘發塑性 (TWIP)鋼層錯能的影響。結果表明：隨著形變溫度的升高，TWIP鋼的層錯能顯著增加，基體中形變孿晶的體積分數逐漸減少，抗拉強度和屈服強度呈下降趨勢，而伸長率先升高后降低，塑性變形機制也由孿生為主逐漸轉變為以滑移為主。層錯能的擬合公式為γSFE=26.73+9.38×10-2T+4.22×10-4T2-4.47×10-7T3，與滑移相比，孿生可獲得更高的應變硬化率，從而使TWIP鋼獲得高強度和高塑性。

TWIP鋼；形變溫度；應變硬化率；孿晶；層錯能

孿晶誘發塑性(Twinning Induced Plasticity，TWIP)鋼因具有高強度、高塑性、高能量吸收率以及良好的成形性能，已成為汽車用鋼的研究熱點[1]。TWIP鋼的強塑積可高達100GPa·%以上[2]，單位體積的撞擊吸收能為傳統深沖用鋼的2～3倍，且擁有比傳統鋼更低的密度，在-196～200℃之間形變時沒有低溫脆性轉變現象[3]，成為下一代汽車用鋼的發展方向。目前，國內外TWIP鋼的研究主要集中在Fe-Mn-Al-Si系、Fe-Mn-C系和Fe-Mn-Al-C系三大鋼系[4-7]，然而Al和Si分別影響鋼水的澆鑄質量和冷軋板的鍍鋅質量[8]。最近，Cu作為擴大奧氏體相區的元素添加到Fe-Mn-C鋼中的研究引起了關注。Lee等[9]研究了Cu含量對Fe-12Mn-0.7C-1Al TWIP鋼力學性能的影響，發現隨Cu含量的增加TWIP鋼的塑性會顯著增加，而強度變化不大。Kim等[10]在研究Cu對低碳相變誘發塑性(Transformation Induced Plasticity，TRIP)鋼冷軋性能的影響時，發現Cu會增加殘余奧氏體的體積分數，能夠顯著提高材料的綜合力學性能。易煒發等[11]在研究Cu含量對Fe-20Mn-1.3C系鋼的影響時發現Cu含量為3.0%(質量分數)時TWIP鋼具備最優良的綜合力學性能，抗拉強度和伸長率分別為1256MPa和77.6%。秦小梅等[12]研究形變溫度對Fe-Mn-Al-C系TWIP鋼形變機制影響時發現層錯能隨形變溫度升高而增加，然而相對于成熟的三大鋼系，關于Fe-Mn-Cu-C系TWIP鋼的研究很少，Fe-Mn-Cu-C系TWIP鋼在拉伸過程中微觀組織和力學性能隨形變溫度的變化規律尚不明確，尤其是形變溫度與層錯能和形變機制之間的關系有待深入研究。

本工作研究了Fe-20Mn-3Cu-1.3C鋼的力學性能隨溫度的變化規律，通過X射線衍射分析(XRD)、顯微組織觀察(OM)和透射電鏡(TEM)觀察了變形組織，并通過層錯能的計算，對TWIP鋼在不同溫度下的塑性變形機制和加工硬化機制進行了分析。

1　實驗材料與方法

以45#鋼、電解錳、電解純銅以及高純石墨為原料，采用ZG-25真空感應熔煉爐熔煉，其化學成分(質量分數/%)為：C 1.3，Mn 20，Cu 3.0，Fe余量。將鑄錠在1050℃下固溶處理8h，取出后水淬，然后將試樣在900℃下熱鍛成直徑為16mm的圓棒，再將直徑為16mm的圓棒在1050℃下固溶處理2h水淬，防止碳化物析出。

分別根據GB/T 228-2002,GB/T 13239-2006以及GB/T 4338-2006的標準，將圓棒車削加工成室溫、低溫和高溫拉伸試樣。在Instron 1185電子萬能材料試驗機上分別于-100,-50,0,25,100,150,200℃下將試樣以8.33×10-4s-1的應變速率經拉伸至斷裂。低溫時通過控制液氮的供給量調節低溫拉伸變形時的溫度，高溫則由電阻爐控制實驗的溫度。將拉伸試樣線切割成金相試樣，金相試樣經打磨、拋光后用4%硝酸酒精腐蝕，采用XJZ-6A型金相顯微鏡觀察金相組織，采用D/max Ultima Ⅲ型X射線衍射儀進行物相分析，最后采用Philips-FEI Tecnai G2 F20 S-TWIN 200KV場發射透射電鏡觀察不同條件下的金相試樣微觀組織形貌。

2　結果與分析

2.1Fe-20Mn-3Cu-1.3C鋼的原始組織

固溶處理后Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP鋼的原始組織狀態如圖1所示。由圖1(a)可知：原始組織為奧氏體等軸晶且無碳化物析出，基體內分布著大量的退火孿晶；圖1(b)為該條件下的XRD圖譜，對該圖譜線進行分析發現，衍射圖譜上除了強度較高的典型面心立方奧氏體衍射峰({111},{200},{220},{311},{222})外，在圖譜上未發現碳化物相，說明試樣組織為單相奧氏體組織，無碳化物析出。

圖1　Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP鋼固溶處理后的金相組織(a)及XRD譜圖(b)Fig.1　Metallographic microstructure (a) and XRD pattern (b) of Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP steel after solution treatment

2.2層錯能的計算

TWIP鋼的力學性能和形變機制與堆垛層錯有關，Allain等[13]指出，當層錯能在12～35mJ/m2之間時，發生TWIP效應，當層錯能小于18mJ/m2時，相變吉布斯自由能ΔGγ→ε小于0，發生應力誘發馬氏體相變。層錯能γSFE與化學成分和變形溫度有關，并隨溫度的升高而增大[14]。在fcc結構中層錯能可表示為[15]

γSFE=2ρΔGγ→ε+2σγ/ε

(1)

奧氏體向馬氏體轉變γ→ε的吉布斯自由能變化可用式(2)表示[16]

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

由式(2)～(7)可知對于Fe-Mn-Cu-C系TWIP鋼的相變自由能可表示為：

(8)

利用文獻[13～17]中的參數，結合公式(1)和(8)分別計算合金在-100，-50，0，25，100，150，200℃時的層錯能γSFE，其結果分別為21.73，23.91，26.74，28.53，40.16，48.97，58.65mJ/m2。

通過Origin擬合曲線如圖2所示，可表示為：

γSFE=26.73+9.38×10-2T+

4.22×10-4T2-4.47×10-7T3，R2=0.998

(9)

圖2　Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP鋼層錯能隨溫度的變化曲線Fig.2　Dependence of stacking fault energy on temperature for Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP steel

由圖2可知：隨著形變溫度的升高，Fe-20Mn-3Cu-1.3C鋼的層錯能顯著增加。對TWIP鋼的研究表明，層錯能等于20mJ/m2是形變誘發馬氏體的上限[17]，形變溫度為-100℃ 時，Fe-20Mn-3Cu-1.3C鋼的層錯能為21.73mJ/m2，超出了形變誘發馬氏體的上限，將該溫度下拉伸后的試樣經XRD分析發現拉伸后的物相全部為單相奧氏體；層錯能在12～35mJ/m2之間時，應變誘發形變孿晶[18]，因此在-100～25℃拉伸時，TWIP效應為主要變形機制；當層錯能大于30～40mJ/m2時，形變機制以滑移為主[19]，因此在100～200℃拉伸時，位錯滑移占主導。

2.3形變溫度對Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP鋼顯微組織和力學性能的影響

圖3(a)，(b)分別為Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP鋼在不同形變溫度下拉伸時的工程應力-應變曲線及局部放大圖。由圖3可知：在實驗溫度范圍內，Fe-20Mn-3Cu-1.3C鋼拉伸過程中均表現出連續屈服現象[20]，在0～100℃ 之間拉伸時，當合金變形到一定程度后，曲線均出現鋸齒形流變，且隨著應變量的增大，鋸齒起伏越來越明顯，起伏間隙越來越大；研究表明，鋸齒形流變主要由以下兩方面引起：一是孿晶的形核驅動力遠高于孿晶擴展驅動力，故形變孿晶出現時會出現應力松弛；同時形變孿晶改變了晶體取向，促使滑移繼續進行，滑移與孿生交替進行[21]，宏觀曲線上表現為鋸齒流；二是可動位錯與林位錯以及溶質原子間交互作用產生動態應變時效的結果[22]，位錯在滑移過程中會受到林位錯、沉淀相等障礙的阻攔，而C,Mn,Cu等溶質原子以擴散形式向被阻攔的可動位錯偏聚，形成溶質原子氣團，釘扎位錯運動，拉力增加可動位錯因被激活而“脫釘”，“釘扎”與“脫釘”交替進行，宏觀上表現為鋸齒形流變[23]。TWIP鋼在25℃以下拉伸時，溶質原子的擴散性弱，動態應變時效受到抑制，因此該溫度下的鋸齒流是孿生滑移交替進行的結果；TWIP鋼在100℃拉伸時層錯能為40.16mJ/m2，此時TWIP效應受到抑制，但溶質原子的擴散性增強，產生動態應變時效。由圖3(a)可知，100℃的拉伸曲線剛開始屈服時就出現了鋸齒形流變，此時位錯滑移不可能受阻，故該溫度下鋸齒流變是動態應變時效的結果；形變溫度為150℃和200℃時，Fe-20Mn-3Cu-1.3C鋼的層錯能分別為48.90,58.65mJ/m2，此時滑移為主要的塑性變形機制，由于溫度較高，位錯滑移難以被釘扎，動態應變時效作用也較弱，因此拉伸曲線上未出現鋸齒流。

圖4為該TWIP鋼的屈服強度、抗拉強度以及伸長率隨形變溫度的變化曲線。由該曲線可知：在實驗溫度范圍內，隨著形變溫度的升高，抗拉強度和屈服強度總體呈下降趨勢，溫度從-100℃升高到200℃時，抗拉強度和屈服強度分別由1227.1MPa和619.0MPa降低到1049.5MPa和423.3MPa；斷后伸長率表現出先升高后降低的趨勢，在25℃時出現最大值，最大值為85.41%。

圖3　Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP鋼在不同溫度拉伸變形時的工程應力-應變曲線(a)及放大圖(b)Fig.3　Tensile engineering stress-strain curves (a) and enlarged figure (b) of Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP steel at different temperatures

圖4　Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP鋼的屈服強度、抗拉強度以及伸長率隨變形溫度的變化曲線Fig.4　Variations of yield strength,tensile strength and elongation of Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP steel with deformation temperatures

圖5為Fe-20Mn-3Cu-1.3C鋼在不同溫度下拉伸變形后的金相組織。由圖5(a)，(b)，(c)可知，變形溫度在-100～25℃時，拉伸變形后的金相組織中出現大量的形變孿晶，晶界變得有些模糊，且隨形變溫度升高，孿晶體積分數降低，形變孿晶相互阻滯或截割，阻礙位錯運動使位錯在孿晶界處堆積，從而提高了材料的抗拉強度和屈服強度。由圖5(d)可知，200℃拉伸變形后，孿晶體積分數明顯減小，同一晶粒內孿晶的孿生方向基本相同，在200℃下合金層錯能較高，形變孿晶較難形成，滑移為主要塑性變形機制，同時隨溫度升高，C-C，C-Mn溶質氣團的近程運動能力越來越強，動態應變時效作用減弱，從而使材料的抗拉強度和屈服強度降低。

TWIP效應的發揮是孿生和滑移共同作用的結果， 在室溫以下拉伸時，溫度升高雖然降低了孿晶的體積分數，卻促進了滑移的進行，使孿生滑移協調性增加，因此隨著溫度升高，TWIP鋼的伸長率逐漸升高；在100℃以上拉伸變形時，形變組織中有孿晶產生但數量較少，不足以引發TWIP效應，此時塑性變形以滑移為主導，孿晶在塑性變形中所起的作用隨溫度的升高逐漸減小，因此TWIP鋼的伸長率逐漸降低。

2.4變形機理分析

圖6是TWIP鋼在不同溫度下變形時加工硬化速率(dσ/dε)隨真應變的變化曲線。圖7是在不同條件下變形時TWIP鋼的TEM組織。由圖6可知：在-100℃和25℃進行拉伸時應變硬化率隨真應變的變化趨勢基本相同，可分5個階段。第1階段，應變硬化率隨真應變的增加迅速降低，該階段應變量較小，觀察圖7(a)發現基體中存在大量的位錯，在位錯密度高的區域位錯開始纏結，應變硬化主要依賴位錯的滑移與位錯間的相互作用，滑移是該階段塑性變形的主導機制[24]；第2階段，應變硬化率隨真應變的增加緩慢增加，其原因是滑移過程中位錯塞積產生應力集中，達到了孿生的臨界切應力，在退火孿晶的基礎上產生了少量形變孿晶如圖7(b)所示，位錯的增殖，以及孿晶與位錯之間的相互作用使應變硬化率緩慢增加[25]，-100℃與25℃的硬化曲線趨勢相同，但-100℃的第2階段明顯更長，這是-100℃層錯能較低，產生較多孿晶的結果；第3階段，應變硬化速率(dσ/dε)隨真應變的增加緩慢下降，隨著應變的增加滑移嚴重受阻，產生大量的形變孿晶如圖7(c)所示，孿晶界阻礙了位錯的滑移，位錯大量塞積，使材料強度升高應變硬化速率減小[26]，與25℃的形變相比，-100℃變形具有更高的加工硬化率，這是第2階段-100℃產生較多孿晶使更多的滑移系重新開動滑移的結果；第4階段，應變硬化率(dσ/dε)隨真應變的增加緩慢上升，由圖7(d)可以看出TWIP鋼基體中存在大量相互交割的形變孿晶，晶粒被嚴重分割細化。孿晶數量急劇增加，使應力在一定程度上得到松弛，同時孿晶的產生促進了滑移的進行，使應變硬化率緩慢增大，由此可見該階段應變硬化率的升高是形變孿晶釋放局部應力，使滑移重新開動的結果[27]，兩個形變溫度在這一階段的最大區別是，與-100℃形變相比，25℃的硬化曲線上升階段開始得早，在真應變為0.38～0.6之間時出現了屈服平臺，主要是位錯的運動在低溫階段(-100℃)被抑制，動態回復作用大幅減弱，不利于TWIP效應的發揮，這也使得TWIP鋼的伸長率在一定形變溫度范圍內隨溫度的升高而升高(由圖4可知)[28]；第5階段，如圖7(e)所示，孿晶和晶界周圍布滿了高密度位錯，孿晶與位錯、孿晶之間的相互作用使孿晶和晶界變得模糊不清，高密度位錯運動嚴重受阻產生應力集中最終導致材料斷裂。

圖5　Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP鋼在不同溫度下拉伸變形后的金相組織　(a)-100℃;(b)0℃;(c)25℃;(d)200℃Fig.5　OM microstructure of Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP steel after tensile deformation at different temperatures (a)-100℃;(b)0℃;(c)25℃;(d)200℃

圖6　Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP鋼在不同溫度下變形時應變硬化速率(dσ/dε)隨真應變的變化曲線Fig.6　Variations of strain hardening rate with true strain of Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP steel at different deformation temperatures

TWIP鋼在200℃變形時應變硬化曲線總體呈下降趨勢(如圖6所示)，可分兩個階段。第Ⅰ階段，應變硬化曲線迅速下降，這與25℃變形時的第一階段相同；第Ⅱ階段，應變硬化曲線緩慢降低直至試樣斷裂，由圖7(f)可知，TWIP鋼的微觀組織中含有大量通過位錯相互作用而形成的位錯胞[29]，形變孿晶量很少，且被高密度的位錯所覆蓋，位錯胞阻礙了滑移的進行，使應變硬化率一直下降至材料斷裂。這與以滑移為塑性變形機制的合金的應變硬化曲線吻合[30]。

通過上述分析可知Fe-20Mn-3Cu-1.3C鋼在100℃以下拉伸變形時，形變機制為孿生，形變孿晶的產生阻礙了位錯運動，產生動態Hall-Petch效應，即發生TWIP效應，從而獲得高的應變硬化率和高的伸長率；低溫有利于形變孿晶的產生但會抑制位錯運動。綜合圖3與圖7可知：25℃變形時最有利于TWIP效應的發揮，TWIP鋼可以獲得最優良的綜合性能；100℃以上變形時，形變機制以滑移為主，滑移所獲得的應變硬化率低于TWIP效應所產生的應變硬化率。

圖7　不同條件下Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP鋼的TEM組織　(a)ε=5%,25℃；(b)ε=15%,25℃；(c)ε=30%,25℃；(d)ε=55%,25℃；(e)25℃下拉伸至斷裂;(f)ε=50%,200℃Fig.7　TEM microstructure of Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP steel under different conditions(a)5% at 25℃；(b)15% at 25℃；(c)30% at 25℃；(d)55% at 25℃；(e)break at 25℃；(f)50% at 200℃

3　結論

(1)TWIP鋼的層錯能隨形變溫度的升高而增加，其擬合公式為γSFE=26.73+9.38×10-2T+4.22×10-4T2-4.47×10-7T3，形變溫度通過層錯能影響形變機制，在-100～25℃之間變形時，孿生為主要塑性變形機制；形變溫度高于100℃時，滑移為主要塑性變形機制。

(2)Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP鋼，在-100～200℃之間變形時，隨形變溫度的升高，其抗拉強度、屈服強度和形變孿晶的體積分數逐漸減小，而伸長率先增大后減小，在25℃時出現最大值。

(3)TWIP鋼在-100℃和25℃變形時，產生TWIP效應，使Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP鋼獲得優良的塑性和高的應變硬化率；200℃變形時，滑移是主要的塑性變形機制，滑移產生的應變硬化率低于孿晶，從而降低了材料的塑性。

[1]GRSSEL O, KRGER L, FROMMEYER G, et al. High strength Fe-Mn-(Al, Si) TRIP/TWIP steels development properties application[J]. International Journal of Plasticity, 2000, 16(10-11):1391-1409.

[2]彭仙，朱定一，胡真明，等. 碳含量對Fe-Mn-Cu-C系TWIP鋼組織和力學性能的影響[J]. 鋼鐵，2013, 48(5):55-61.

PENG Xian, ZHU Ding-yi, HU Zhen-ming, et al. Effect of carbon content on microstructure and mechanical properties of Fe-Mn-Cu-C TWIP steels[J]. Iron and Steel, 2013, 48(5):55-61.

[3]FROMMEYER G, BRUX U, NEUMANN P. Supra-ductile and high-strength manganese-TRIP/TWIP steels for high energy absorption purposes[J]. Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan, 2003, 43(3):438-446.

[4]GRSSEL O, FROMMEYER G. Effect of martensitic phase transformation and deformation twinning on mechanical properties of Fe-Mn-Si-Al steels[J]. Materials Science and Technology, 1998, 14(12):1213-1217.

[5]代永娟，唐荻，米振莉，等. 錳元素對TWIP鋼層錯能和變形機制的影響[J]. 材料工程，2009, (7):39-42.

DAI Yong-juan, TANG Di, MI Zhen-li, et al. The influence of manganese on the stacking fault energy and deformation mechanisms of the TWIP steel[J]. Journal of Materials Engineering, 2009, (7):39-42.

[6]ALLAIN S, CHATEAU J P, BOUAZIZ O. A physical model of the twinning-induced plasticity effect in a high manganese austenitic steel[J]. Materials Science and Engineering: A, 2004, 143-147: 387-389.

[7]FROMMEYER G, BRüX U. Microstructures and mechanical properties of high-strength Fe-Mn-Al-C light-weight TRIPLEX steels[J]. Steel Research International, 2006, 77(9-10):627-633.

[8]代永娟，米振莉，唐荻，等. Fe-Mn-C系TWIP鋼的組織和性能[J]. 上海金屬，2007, 29(5):132-136.

DAI Yong-juan, MI Zhen-li,TANG Di, et al. Microstructure and mechanical properties of the Fe-Mn-C TWIP steel[J]. Shanghai Metals, 2007, 29(5):132-136.

[9]LEE S, KIM J, LEE S-J, et al. Effect of Cu addition on the mechanical behavior of austenitic twinning-induced plasticity steel[J]. Scripta Materialia, 2011, 65(12):1073-1076.

[10]KIM S-J, CHANG G-L, LEE T-H, et al. Effect of Cu, Cr and Ni on mechanical properties of 0.15wt.% C TRIP-aided cold rolled steels[J]. Scripta Materialia, 2003, 48(5):539-544.

[11]易煒發，朱定一，楊澤斌，等. 銅含量對高碳TWIP鋼組織和力學性能的影響[J]. 鋼鐵，2011, 46(11):71-76.

YI Wei-fa, ZHU Ding-yi, YANG Ze-bin, et al. Effect of copper content on microstructure and mechanical properties of high carbon TWIP steel[J]. Iron and Steel, 2011, 46(11):71-76.

[12]秦小梅,陳禮清，邸洪雙，等. 變形溫度對Fe-23Mn-2Al-0.2C TWIP鋼變形機制的影響[J]. 金屬學報，2011, 47(9):1117-1122.

QIN Xiao-mei, CHEN Li-qing, DI Hong-shuang, et al. Effect of deformation temperature on tensile deformation mechanism of Fe-23Mn-2Al-0.2C TWIP steel[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2011, 47(9):1117-1122.

[13]ALLAIN S, CHATEAU J P, BOUAZIZ O, et al. Correlations between the calculated stacking fault energy and the plasticity mechanisms in Fe-Mn-C alloys[J]. Materials Science and Engineering:A, 2004, 387-389:158-162.

[14]CURTZE S, KUOKKALA V T. Dependence of tensile deformation behavior of TWIP steels on stacking fault energy, temperature and strain rate[J]. Acta Materialia, 2010, 58(15):5129-5141.

[15]DUMAY A, CHATEAU J P, ALLAIN S, et al. Influence of addition elements on the stacking-fault energy and mechanical properties of an austenitic Fe-Mn-C steel[J]. Materials Science and Engineering: A, 2008, 483-484:184-187.

[16]CURTZE S, KUOKKALA V T, OIKARI A, et al. Thermodynamic modeling of the stacking fault energy of austenitic steels[J]. Acta Materialia, 2011, 59(3):1068-1076.

[17]GRASSEL O, FROMMEYER G, DERDER C, et al. Phase transformations and mechanical properties of Fe-Mn-Si-Al TRIP-steels[J]. Le Journal de Physique, 1997, 7(5):383-388.

[18]ZHENG C, XIAO N, LI D, et al. Microstructure prediction of the austenite recrystallization during multi-pass steel strip hot rolling: a cellular automaton modeling[J]. Computational Materials Science, 2008, 44(2):507-514.

[19]魯法云，劉彤妍，楊平，等. 形變溫度對高錳TRIP/TWIP鋼拉伸性能和組織的影響[J]. 武漢科技大學學報，2012, 35(4):281-288.

LU Fa-yun, LIU Tong-yan, YANG Ping, et al. Influence of deformation temperature on the microstructure and properties of a high manganese TRIP/TWIP steel[J]. Journal of Wuhan University of Science and Technology, 2012, 35(4):281-288.

[20]王雷, 李玉龍, 索濤, 等. 航空常用鋁合金動態拉伸力學性能探究[J]. 航空材料學報, 2013, 33(4):71-77.

WANG Lei, LI Yu-long, SUO Tao, et al. Mechanical behavior of commonly used aeronautical aluminum alloys under dynamic tension[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2013, 33(4):71-77.

[21]BARBIER D, GEY N, ALLAIN S, et al. Analysis of the tensile behavior of a TWIP steel based on the texture and microstructure evolutions[J]. Materials Science and Engineering:A, 2009, 500(1-2):196-206.

[22]郭鵬程，錢立和，孟江英，等. 高錳奧氏體TWIP鋼的單向拉伸與拉壓循環變形行為[J].金屬學報, 2014, 50(4):415-422.

GUO Peng-cheng, QIAN Li-he, MENG Jiang-ying, et al. Monotonic tension and tension-compression cyclic deformation behaviors of high manganese austenitic TWIP steel[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2014, 50(4):415-422.

[23]MIGUEL M C, VESPINGANI A, ZAPPERI S, et al. Intermittent dislocation flow in viscoplastic deformation[J]. Nature, 2001, 410(6829):667-671.

[24]EL-DANAF E, KALIDINDI S R, DOHERTY R D. Influence of grain size and stacking-fault energy on deformation twinning in fcc metals[J]. Metall Mater Trans A, 1999, 30(5):1223-1233.

[25]EL-DANAF E, KALIDINDI S R, DOHERTY R D. Influence of deformation path on the strain hardening behavior and microstructure evolution in low SFE FCC metals[J]. International Journal of Plasticity, 2001, 17(9):1245-1265.

[26]米振莉，靖海濤，江海濤，等. Fe-Mn-Si-Al系和Fe-Mn-C系TWIP鋼加工硬化行為[J]. 北京科技大學學報,2013, 35(4):465-473.

MI Zhen-li, JING Hai-tao, JIANG Hai-tao, et al. Work hardening behavior of Fe-Mn-Si-Al and Fe-Mn-C TWIP steels[J]. Journal of University of Science and Technology Beijing, 2013, 35(4):465-473.

[27]GUTIERREZ-URRUTIA I, RAABE D. Grain size effect on strain hardening in twinning-induced plasticity steels[J]. Scripta Materialia, 2012, 66(12):992-996.

[28]JIN J E, LEE Y K. Strain hardening behavior of a Fe-18Mn-0.6C-1.5Al TWIP steel[J]. Materials Science and Engineering: A, 2009, 527(1-2):157-161.

[29]閆世興，董世運，徐濱士，等. 預熱溫度對灰鑄鐵表面激光熔覆鎳基涂層組織與性能的影響[J].材料工程, 2015, 43(1):30-36.

YAN Shi-xing, DONG Shi-yun, XU Bin-shi, et al. Effect of preheating temperature on microstructure and property of laser clad Ni-based alloy coating on gray cast iron substrate[J]. Journal of Materials Engineering, 2015, 43(1):30-36.

[30]KALIDINDI S R. Modeling the strain hardening response of low SFE FCC alloys[J]. International Journal of Plasticity, 1998, 14(12):1265-1277.

Effect of Deformation Temperature on Tensile Deformation Behavior of Fe-20Mn-3Cu-1.3C TWIP Steel

WANG Jian-ting1，ZHOU Rong-sheng1，WANG Ming-jie1,2，ZHU Ding-yi1

(1 College of Materials Science and Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350108,China;2 School of Materials Science and Engineering,Fujian University of Technology,Fuzhou 350108,China)

The effect of deformation temperature on the mechanical properties and deformation mechanism of Fe-20Mn-3Cu-1.3C twinning induced plasticity (TWIP) steel when deformed at -100-200℃ was analysed by temperature controlled tensile tests.The microstructure of tensile samples was observed and analysed, and then the effect between stacking fault energy of TWIP steels and deformation temperature was calculated by thermodynamic model. The results show that with the deformation temperature increasing from -100℃ to 200℃, the stacking fault energy of this steel gradually increases, but the volume fraction of twins gradually decreases. The tensile strength and yield strength will gradually decline, while the elongation of this steel firstly increases, then decreases. Furthermore, in this process, the plastic strain mechanism is transformed from twinning to slipping. The stacking fault energy γSFEis calculated by the equationγSFE=26.73+9.38×10-2T+4.22×10-4T2-4.47×10-7T3. As compared with slipping, the twinning can obtain higher strain hardening rate, which leads to high strength and plasticity of the TWIP steel.

TWIP steel;deformation temperature;strain hardening rate;twins;stacking fault energy

國家自然科學基金資助項目(51471155)；中航工業技術創新基金(2014E62149R)

2015-11-12；

2015-12-03

弭光寶(1981-)，男，博士，高級工程師，主要從事高溫鈦合金及阻燃性能評價等方面研究，聯系地址：北京市81信箱15分箱(100095)，E-mail:miguangbao@163.com

10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.002

TG142.1

A

1001-4381(2016)01-0011-08