通過調(diào)整碳、錳和鋁含量獲得層錯(cuò)能分別為16，63 mJ·m−2的2種中錳鋼，采用1次拉-壓加載試驗(yàn)研究了不同加載工況（拉伸/壓縮應(yīng)變分別為4%/8%，6%/10%，8%/12%）下層錯(cuò)能對包辛格效應(yīng)的影響。結(jié)果表明：不同加載工況下，較大層錯(cuò)能中錳鋼的壓縮屈服強(qiáng)度降低比率（拉壓屈服強(qiáng)度差與拉伸屈服強(qiáng)度之比）和包辛格應(yīng)力參數(shù)（最大應(yīng)力與壓縮屈服強(qiáng)度差的絕對值與最大應(yīng)力之比）均較小，包辛格比（最大應(yīng)力與壓縮屈服強(qiáng)度差的絕對值和最大應(yīng)力與拉伸屈服強(qiáng)度差的絕對值之比）較大，背應(yīng)力較小，相間塑性應(yīng)變不兼容水平較低，包辛格效應(yīng)較弱；隨著拉伸/壓縮應(yīng)變增加，較小層錯(cuò)能中錳鋼的包辛格效應(yīng)增強(qiáng)，較大層錯(cuò)能中錳鋼的包辛格效應(yīng)幾乎不變，對應(yīng)變不敏感。
01研究背景
輕量化是實(shí)現(xiàn)我國汽車工業(yè)節(jié)能減排目標(biāo)、踐行“雙碳”宏偉戰(zhàn)略的重要路徑。高強(qiáng)鋼憑借其高強(qiáng)度、良好的制造可行性以及低成本等優(yōu)勢，在未來相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)，仍將是汽車輕量化最具潛力的基礎(chǔ)材料之一。作為高強(qiáng)韌第三代先進(jìn)汽車高強(qiáng)鋼的代表，中錳鋼在汽車輕量化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
成形是高強(qiáng)鋼一直以來面臨的主要問題，尤其是采用往復(fù)沖壓成形工藝時(shí)，高強(qiáng)鋼板存在較高的起皺與開裂風(fēng)險(xiǎn)。包辛格效應(yīng)是導(dǎo)致上述成形缺陷的關(guān)鍵誘因之一。包辛格效應(yīng)是金屬固有的性能特性，指金屬材料在經(jīng)歷正向塑性變形后立即進(jìn)行反向變形時(shí)，出現(xiàn)反向屈服強(qiáng)度降低的力學(xué)現(xiàn)象。包辛格效應(yīng)導(dǎo)致高強(qiáng)鋼的力學(xué)性能呈現(xiàn)方向性，顯著增加了其沖壓成形回彈量，也提高了各類缺陷分析與工藝調(diào)控的難度。此外，在高強(qiáng)鋼零件服役過程中，若零件受力方向與其制造時(shí)承受的力的方向相反，會(huì)產(chǎn)生顯著的包辛格效應(yīng)，降低
零件的服役安全性。目前，背應(yīng)力被廣泛認(rèn)為是產(chǎn)生包辛格效應(yīng)的主要因素。在變形過程中，位錯(cuò)持續(xù)運(yùn)動(dòng)，而材料基體中的晶界、第二相、相界、溶質(zhì)原子等會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，由此產(chǎn)生局部背應(yīng)力。這種局部背應(yīng)力使位錯(cuò)在反向受力時(shí)運(yùn)動(dòng)受限，進(jìn)而導(dǎo)致位錯(cuò)湮滅，最終引發(fā)材料屈服強(qiáng)度的降低。
在大多數(shù)情況下，包辛格效應(yīng)是有害的，應(yīng)采取措施予以抑制。已有研究表明，提高高強(qiáng)鋼的層錯(cuò)能可改變其變形機(jī)制，增強(qiáng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)能力，從而有助于抑制包辛格效應(yīng)。層錯(cuò)能受元素、磁場、界面能、溫度、晶粒度等多重因素影響，在室溫以上，元素對層錯(cuò)能的影響權(quán)重較大，可通過調(diào)整合金元素含量來調(diào)控層錯(cuò)能。當(dāng)前，關(guān)于元素對鋼材層錯(cuò)能影響的研究較多，但對于層錯(cuò)能改變對包辛格效應(yīng)影響方面的研究相對較少。
基于此，作者通過調(diào)整碳、錳、鋁含量獲得具有不同層錯(cuò)能的中錳鋼，采用1次拉-壓加載試驗(yàn)研究了層錯(cuò)能對包辛格效應(yīng)的影響，并分析了影響機(jī)理，以期為拓展中錳鋼在汽車制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。
02研究亮點(diǎn)
1 試樣制備與試驗(yàn)方法
本章節(jié)重點(diǎn)：
1. 試驗(yàn)材料：兩種不同層錯(cuò)能的中錳鋼（16mJ·m²和63mJ·m²），通過調(diào)整碳、錳、鋁含量實(shí)現(xiàn)。
2. 制備工藝：真空感應(yīng)熔煉500kg鋼錠，1200℃保溫2小時(shí)后熱軋（6道次，總壓下量80%），650-700℃退火1小時(shí)獲得鐵素體+奧氏體雙相組織。
3. 測試方法：包辛格效應(yīng)測試：預(yù)拉伸（4-8%）后壓縮（8-12%），顯微組織觀察：OM和TEM分析 ，納米硬度測試（15000mN載荷），拉伸試驗(yàn)（10-35%應(yīng)變）配合EBSD分析。
4. 評價(jià)參數(shù)：包辛格應(yīng)力參數(shù)，包辛格比，局部取向差（KAM）分布表征相間應(yīng)力。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
本章節(jié)重點(diǎn)研究了層錯(cuò)能對中錳鋼包辛格效應(yīng)的影響機(jī)制。
試驗(yàn)結(jié)果表明：
1.包辛格效應(yīng)表征：較小層錯(cuò)能鋼的壓縮屈服強(qiáng)度降低比率、永久軟化參量及背應(yīng)力更大，包辛格效應(yīng)更強(qiáng)；該效應(yīng)隨應(yīng)變增加而增強(qiáng)，而高層錯(cuò)能鋼對應(yīng)變不敏感。
2. 微觀組織演變：小層錯(cuò)能鋼在變形中發(fā)生顯著奧氏體→馬氏體相變，形成硬質(zhì)點(diǎn)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)包辛格效應(yīng)；大層錯(cuò)能鋼以位錯(cuò)滑移為主，相變抑制，效應(yīng)較弱。
3. 背應(yīng)力機(jī)制：相間塑性應(yīng)變不兼容（尤其是鐵素體/馬氏體、奧氏體/馬氏體界面位錯(cuò)塞積）是背應(yīng)力主因。小層錯(cuò)能鋼因馬氏體相變導(dǎo)致背應(yīng)力顯著升高，而大層錯(cuò)能鋼相間應(yīng)力始終較低。
4. 應(yīng)變依賴性：拉伸初期（0-8%應(yīng)變）小層錯(cuò)能鋼包辛格效應(yīng)持續(xù)增強(qiáng)；應(yīng)變達(dá)25%時(shí)奧氏體與馬氏體強(qiáng)度趨同，效應(yīng)最弱；更高應(yīng)變下鐵素體位錯(cuò)塞積主導(dǎo)，效應(yīng)再次增強(qiáng)。
不同應(yīng)變預(yù)拉伸后不同層錯(cuò)能中錳鋼的顯微組織
03結(jié)束語
（1）不同加載工況下，較大層錯(cuò)能中錳鋼的壓縮屈服強(qiáng)度降低比率（拉壓屈服強(qiáng)度差與拉伸屈服強(qiáng)度之比）和包辛格應(yīng)力參數(shù)（最大應(yīng)力與壓縮屈服強(qiáng)度差的絕對值與最大應(yīng)力之比）均較小，包辛格比（最大應(yīng)力與壓縮屈服強(qiáng)度差的絕對值和最大應(yīng)力與拉伸屈服強(qiáng)度差的絕對值之比）較大，包辛格效應(yīng)較弱；隨著拉/壓應(yīng)變增加，較小層錯(cuò)能中錳鋼的包辛格效應(yīng)增強(qiáng)，較大層錯(cuò)能中錳鋼的包辛格效應(yīng)幾乎不變，對應(yīng)變不敏感。
（2）在預(yù)拉伸過程中，較小層錯(cuò)能中錳鋼的主要變形機(jī)制為相變誘導(dǎo)塑性轉(zhuǎn)變，形成的高硬馬氏體組織增強(qiáng)了對位錯(cuò)的阻礙作用，產(chǎn)生了更大的背應(yīng)力，增強(qiáng)了包辛格效應(yīng)；較大層錯(cuò)能中錳鋼的主要變形機(jī)制為位錯(cuò)滑移，背應(yīng)力小，包辛格效應(yīng)弱。
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