Преодоление силы

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 15411 (2022) Цитировать эту статью

996 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Высокопрочные стали становятся все более важными, чем когда-либо прежде, для автомобильной промышленности, поскольку они позволяют снизить вес автомобилей и обеспечить безопасность пассажиров. Однако, поскольку повышенная прочность обычно приводит к ухудшению формуемости, холодная формовка высокопрочных сталей с приданием им окончательной формы остается проблемой как для производителей, так и для поставщиков автомобилей. Здесь мы сообщаем о новых концепциях проектирования сплавов и обработки, которые могут придать высокую прочность холоднодеформируемым сталям, что отличается от традиционного подхода к улучшению формуемости высокопрочных сталей. Такая разработанная сталь, подвергнутая заданному маршруту обработки, демонстрирует превосходное сочетание формуемости и прочности, а также ударопрочности, что имеет решающее значение для безопасности пассажиров в автомобилях. Концепции проектирования сплавов и обработки, использованные в настоящем исследовании, основаны на использовании термически индуцированного превращения аустенита в мартенсит, что придает высокую прочность холодноформуемому аустениту путем криогенной обработки.

Усовершенствованные высокопрочные стали (AHSS) играют важную роль в автомобилестроении, поскольку они могут удовлетворить все более строгие требования автомобильной промышленности к безопасности и облегчению транспортных средств1,2. Хотя существует несколько вариантов легких материалов, таких как сплавы Al и Mg, которые можно использовать для изготовления конструкционных компонентов автомобилей, характеристики AHSS, такие как их высокая прочность и низкая стоимость производства, делают их предпочтительными материалами по сравнению с другими материалами3,4,5. Среди нескольких марок AHSS большое внимание получили стали горячего прессования (HPF), также называемые сталями для закалки под давлением, поскольку они обеспечивают превосходные свойства на растяжение наряду с хорошей точностью размеров благодаря своему уникальному маршруту обработки, включающему высокотемпературную формовку внутри аустенитная область с последующим охлаждением в матрице с образованием низкотемпературных твердых фаз, таких как мартенсит или бейнит6,7,8. Однако такой способ обработки имеет низкую производственную эффективность, и, более того, эти стали HPF обычно страдают от охрупчивания жидким металлом (LME) или микротрещин из-за взаимодействия между покрытием и подложкой во время высокотемпературной формовки9,10,11,12,13,14. Следовательно, необходим новый тип высокопрочных сталей, которым можно было бы придать окончательную форму при низких температурах и которые не страдают от LME или микротрещин, связанных с высокотемпературной формовкой.

Выполнение требования по сочетанию высокой прочности и высокой формуемости является сложной задачей, поскольку традиционные подходы, улучшающие формуемость, оказывают неблагоприятное воздействие на прочность или наоборот. В этом отношении использование метастабильного аустенита в качестве основной составляющей фазы было бы жизнеспособным подходом, поскольку аустенит, будучи гранецентрированной кубической (ГЦК) фазой, может обеспечить хорошую формуемость при комнатной температуре, а также может обеспечить высокую прочность при превращении переход аустенита в мартенсит усиливается за счет охлаждения ниже температуры начала мартенсита (Ms)15,16,17,18,19 после формирования. Стабилизация аустенита при комнатной температуре традиционно достигалась путем добавления довольно большого количества стабилизирующих аустенит элементов, например, в случае сталей с классической пластичностью, вызванной превращением (TRIP)20 и сталей с высоким содержанием Mn15,16,21, которые обычно подвергаются аустенитизации. с последующей закалкой в ​​воде (WQ). Учитывая, что стабильность аустенита в доэвтектоидных сталях будет повышена при отжиге в межкритической области (феррит + аустенит) по сравнению с аустенитизационной обработкой, достаточно большое количество аустенита может сохраняться в сталях с более бедным составом сплава после последующего межкритического отжига (IA). путем закалки в воде, что является основной концепцией проектирования сплавов для TRIP-сталей со средним содержанием Mn22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33. Эти TRIP-стали со средним содержанием Mn обычно содержат 30–70 об.% аустенита в зависимости от состава сплава и демонстрируют хорошую формуемость; однако их предел текучести значительно ниже, чем у сталей HPF. Предел текучести сталей со средним содержанием Mn, как упоминалось ранее, может быть значительно увеличен, если превращению аустенита в мартенсит способствовать охлаждение до низкой температуры, т. е. криогенная обработка. Здесь критическая проблема заключается в том, что, хотя превращение аустенита в мартенсит должно происходить в результате криогенной обработки для достижения высокой прочности, значительное количество аустенита также должно сохраняться после криогенной обработки, чтобы обеспечить ударопрочность конечных компонентов.