孿晶誘發(fā)塑性鋼硬化行為研究孿晶誘發(fā)塑性主要是指TWIP(TwinningInducedPlasticity)鋼在塑性變形過程中奧氏體出現(xiàn)形變孿晶,促使材料強度提升、塑性增加、能量吸收能力上升、抑制裂紋擴展能力提高,它促使TWIP鋼日漸成為一種優(yōu)良的汽車減重用材。但孿晶誘發(fā)塑性過程不僅是一個孿晶與滑移、孿晶與孿晶、孿晶與基體交互作用的復(fù)雜過程,而且也是一個微觀組織的變化與宏觀力學(xué)參數(shù)密切交互作用的復(fù)雜過程。因此,對TWIP鋼成形過程中的形變誘發(fā)孿晶、孿晶誘發(fā)塑性行為機制的深入理解,準確描述其塑性硬化行為,并合理控制材料流動性能,是實現(xiàn)TWIP鋼板在車身制造中獲得安全可靠應(yīng)用的關(guān)鍵。本文針對TWIP鋼的沖壓成形,探索TWIP鋼應(yīng)變誘發(fā)孿晶機制及其對宏觀應(yīng)力應(yīng)變場的影響規(guī)律,提出TWIP鋼沖壓成形工藝優(yōu)化設(shè)計方法。首先,搭建原位觀測平臺,實現(xiàn)TWIP鋼形變孿晶過程的原位測試;其次,基于層錯能以及剪切帶理論,揭示宏觀力學(xué)參數(shù)(應(yīng)變、應(yīng)力狀態(tài)、變形溫度及應(yīng)變速率)對奧氏體孿晶過程中形核、長大機制的影響,建立形變誘發(fā)孿晶模型;再次,以位錯理論為基礎(chǔ),采用混合硬化準則,建立孿晶誘發(fā)塑性硬化模型,結(jié)合孿晶誘發(fā)塑性控制下的塑性流動規(guī)律,建立基于經(jīng)典彈塑性理論的TWIP鋼本構(gòu)關(guān)系。最后,基于形變孿晶模型及其硬化模型,構(gòu)建TWIP鋼成形失效因子,計算其成形極限曲線,研究材料參數(shù)、模具幾何參數(shù)以及成形參數(shù)對TWIP鋼成形性能的影響規(guī)律,提出TWIP鋼沖壓成形工藝參數(shù)優(yōu)化配置方法。本文研究主要內(nèi)容包括:(1)TWIP鋼形變孿晶原位觀測實驗為獲得TWIP鋼形變孿晶體積份數(shù),分析使用原位觀測方法的意義以及現(xiàn)有形變孿晶測試方法缺陷,提出搭建基于光學(xué)顯微設(shè)備的單向拉伸原位測試平臺。該平臺通過機構(gòu)保持試樣兩端等速度相向而行,實現(xiàn)試樣中間部分在變形中相對靜止,確定原位觀測區(qū)域;采用三維位置高精度控制的輔助機構(gòu)對原位觀測區(qū)域的在線跟蹤,實現(xiàn)TWIP鋼形變孿晶原位測試。通過圖像處理方法和網(wǎng)格法,計算局部孿晶區(qū)域在原位圖中所占的比例,結(jié)合孿晶厚度與孿晶間距之間的關(guān)系,計算孿晶體積份數(shù)。為研究TWIP鋼微觀組織的變化提供實驗基礎(chǔ)。實驗結(jié)果表明:隨塑性變形增加,TWIP鋼形變孿晶體積份數(shù)增加;隨Mn含量或拉伸速度增加,TWIP鋼形變孿晶體積份數(shù)降低。(2)TWIP鋼形變孿晶模型以TWIP鋼形變孿晶為主線,研究化學(xué)成分、環(huán)境溫度等因素對層錯能的影響規(guī)律,考慮形變溫升效應(yīng)對層錯能作用,分析塑性應(yīng)變對層錯能模型影響機制,建立基于化學(xué)成分、溫度、塑性變形的TWIP鋼層錯能模型;分析剪切帶交叉引起局部孿晶形核、長大的機制,基于Olson和Cohen的剪切帶理論,考慮溫度、應(yīng)力狀態(tài)、拉伸速度(應(yīng)變速率)對剪切帶形核、長大的影響規(guī)律,結(jié)合層錯能、應(yīng)力狀態(tài)對形變孿晶形核的控制機制,構(gòu)建形變誘發(fā)孿晶模型。在此基礎(chǔ)上,分析Mn元素、應(yīng)力狀態(tài)、拉伸速度(應(yīng)變速率)對形變孿晶的影響規(guī)律。為研究TWIP鋼宏觀力學(xué)特征的變化提供微觀結(jié)構(gòu)變化的理論基礎(chǔ)。(3)TWIP鋼本構(gòu)關(guān)系建立以孿晶誘發(fā)塑性對TWIP鋼宏觀力學(xué)場為目標,考慮形變孿晶對材料宏觀力學(xué)特征的影響,基于經(jīng)典位錯模型,考慮形變孿晶對位錯形成的影響,采用多相混合準則,構(gòu)建TWIP鋼應(yīng)變硬化模型;基于經(jīng)典塑性增量理論,結(jié)合孿晶誘發(fā)塑性對TWIP鋼應(yīng)變分量的影響,采用一致性原則和正交流動準則,構(gòu)建TWIP鋼本構(gòu)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,研究Mn含量、拉伸速度以及應(yīng)力狀態(tài)等參數(shù)的變化對TWIP鋼硬化特性的影響規(guī)律,分析形變孿晶對TWIP鋼硬化特性的影響機制,以及形變孿晶對TWIP鋼在單向拉伸、杯形件沖壓成形條件下失效規(guī)律的影響,揭示孿晶對TWIP鋼力學(xué)性能的影響規(guī)律。為TWIP鋼的可成形性研究提供理論依據(jù)。(4)TWIP鋼沖壓成形性能研究在沖壓成形過程中,材料的變形特征與應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)相關(guān)。如何合理的配置其工藝參數(shù)使材料的成形性能得以合理的發(fā)揮,是目前比較重要的研究難點。為此,以實現(xiàn)TWIP鋼成形性能控制為研究目標,構(gòu)建成形失效因子作為沖壓成形性能分析基礎(chǔ),計算材料成形極限,分析形變孿晶對失效因子及成形極限圖的影