双相钢温拉伸试验及微观组织研究3.1试验材料

  本文中的温单拉试验和盒形件温拉深试验所用材料均为宝钢生产的DP590/B340双相钢，是抗拉强度为590MPa级先进高强度钢，主要应用在汽车和航空领域。其化学成分如表所示。DP590双相钢的基本力学性能参数如表所示。双相钢的综合力学性能主要取决于马氏体在铁索体中的位置、马氏体体积分数、晶粒大小、马氏体相的形貌与分布。原始微观组织如图所示。从图可以看出，双相钢原始组织主要是在铁素体基体上均匀分布一定量的马氏体，铁素体在光镜中呈白色，基本为等轴状，马氏体为深灰色，分布在铁素体的晶界上．在图上，在扫描电镜下铁素体呈深色，晶粒尺寸约为6-8pm；在扫描电镜下马氏体呈亮白色，一般为板条状（一般当钢的含碳量小于0.3%时，钢的马氏体形态几乎全为板条马氏体），长度约在1~3微米．

一、温单拉试样及设备

1. 温单拉试样

    参照国家标准金属材料高温拉伸试验方法，双相钢板沿纵向取样，形状及尺寸采用统一的标准，其中标距长度为36mm，试样的变形宽度为9mm，厚度为1mm。双相钢板拉伸试样形状和尺寸如图所示，双相钢板试样实物图如图所示。利用数控线切割将板料按照图的形状和尺寸切割，试样切割完后用丙酮清洁表面油渍，然后用于温单拉试验。

2. 温单拉试验设备

    浙江至德钢业有限公司利用CMT5205微机控制电子万能试验机进行拉伸试验。CMT5205试验机主要应用于金属、非金属及复合材料的拉伸、压缩、弯曲，也可以增配相应附件完成剪切、剥离、撕裂、松弛、蠕变、往复、保载等力学性能试验。该万能试验机附带加热炉，可对0~900℃的试样进行拉伸试验。测量控制系统采用全数字化三闭环电路，具有变形速率、恒定试验力、恒定变形、恒定速度控制功能及自动调零、自动标定功能，并具有全程分辨率不变特点。加热采用三段式加热，温度误差为±1℃。计算机可以实时显示试验力一位移、试验力一时间、试验力一变形、应力一应变等曲线，并能自动编辑，还可以对试验曲线再分析。

3. 温单拉试验方案

    对双相钢板试样在不同变形温度和应变速率下进行单向拉伸试验，试样通过高温夹具加紧后置于加热炉内，加热速度为5℃／s，加热至预定温度后保温10min，然后在加热炉内进行拉伸试验，拉伸用量程为25mm引伸计，切换点为0.3，拉伸后的试样立即用水冷却，以保留变形后的组织。温拉伸前先将试验参数输入计算机，载荷、位移、温度、速度等变形条件由计算机系统自动控制，并采集载荷、位移等数据，然后通过计算得到真实应力和真实应变。双相钢板温单拉工艺参数条件如表所示。为研究双相钢板在温变形中微观组织动、静态转变过程，选用相对较低的拉伸速率和大范围的温度区间进行拉伸试验。

4. 试验结果

    对厚度为1.0mm的双相钢在同一变形速率不同变形温度条件下进行拉仲试验，拉伸后低温段（室温~500℃）试样如图所示。可以看出，从宏观拉伸来看，在低温段不同应变速率下，变化并不大，变形长度均在8mm左右，变形温度为500℃的试样变形长度稍长，达到11mm。从宏观来看，断口均为延性断裂。断裂可分为脆性断裂和延性断裂。延性断裂是在较大的塑性变形之后发生的断裂。它是由于裂纹的缓慢扩展而造成的，而这种裂纹扩展又起源于孔穴的形成和合并。从图中可观察到，双相钢拉伸试样的断口形式随着温度的升高，有着较大的变化。其温度变化分为两个部分：20℃~400℃和500℃。在200℃~400℃范围内，试样断口大部分沿45℃方向断裂，为典型的韧性断裂，和常温下的断裂形式相同；而当变形温度为500℃时，试样经过较大的塑性变形后才发生断裂，与20℃~400℃之间有明显的区别。

  同一温度、不同变形速率下双相钢拉伸后的试样如图所示。由图可以看出：

   a. 在一定的变形速率下，试样拉伸后的总长度随着温度的升高而增加，特别是在较高的温度下（如700℃），这种趋势更加明显。因此可以认为材料的塑性随着变形温度的增加而提高，变形抗力随着变形温度的上升而减小。

   b. 在一定的变形温度下，试样拉伸后的总长度随着变形速率的降低而增加，特别是在较高的温度条件下，这种现象更加明显。因此可以认为，变形速率越大，塑性越差，而且随着温度的升高，塑性对变形速率更加敏感。造成上述现象的原因是很复杂的，需要根据金相组织照片来进行分析。

4. 金相试样的制备

    一般来说，要想观察材料的微观组织，尤其是细小的板材件，必须将这些板材件做成金相试样，其优点主要有两点：第一，方便抛光腐蚀。一般的材料观察其微观组织，必须做抛光腐蚀处理，直接线切割好的试样太小，则在抛光腐蚀时不宣操作。而将试样镶嵌在圆柱状镶嵌料后，则方便拿捏，容易抛光腐蚀；第二，底面面积较大，平整光滑。若将直接线切割好的线切割试样放在显微镜下，由于底面积较小，不易放稳，因此不宜观察。但将试样镶嵌在圆柱状镶嵌料后，则底面积较大，在显微镜载物台上能平稳放置。

 金相镶嵌式样的主要制作方法如下：

 a.切割试样 

  首先选取要切割的试件取样。取样应选择合适的、有代表性的试样进行金相显微分析，同时也应在完好的别的部位取样，以便对比。

 b.磨制试样 

  金相试样的磨光目的主要有两个，一是使表面光滑平整，二是每道打磨工序必须除去前一道工序造成的变形层。

    选用牌号为240#、320#、600tt、800#、1000#五种砂纸，按牌号的从小到大，沙粒从粗到细，依次对金相试样进行打磨。磨制试样的最大注意点是一定要让磨制平面平整，不能出现角度、坡度。磨制时将砂纸平铺在平整桌面，稍用力将试样向前推磨，用力均匀平稳，试样退回时不能与砂纸接触，将这样的单程单向磨制反复进行，直至磨面上旧的磨痕被去掉，新的磨痕均匀一致。在这要注意的是，在调换下一号更细的砂纸时，应将试样上磨屑和沙粒清除干净，并转动900使新、旧磨痕垂直。

c. 试样抛光

  抛光的目的在于去除磨面上的细磨痕和形变扰动层，以获得光滑的镜面。

 将尼龙固定在抛光机的转盘上，启动电源，待抛光盘转速稳定后，将抛光液（抛光剂与水混合）滴注在转盘中央，然后将试样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上．并沿盘的边缘到中心不断作径向往复运动。抛光完成标准为，其磨面应光亮无痕。抛光完成后将试样用水冲洗干净。

d.试样浸蚀

  经抛光后的试样若直接放在显微镜下观察，其组织组成的反光能力差别大于10%者才能明显区分开来，例如，钢中的非金属夹杂物、铸铁中的石墨等。否则只能看到一片亮光，无法辨别出各种组成物及其形态特征，必须使用浸蚀剂对试样表面进行处理，才能清楚地看到显微组织的真实情况。低碳钢较为常用的侵蚀剂为3%-40%的酸酒精溶液或4%苦味酸酒精溶液，双相钢浸蚀选用前者。

  浸蚀时将试样磨面浸入浸蚀剂中，经过多次检验，约10秒钟即可，浸蚀到试样磨面发暗，有凹凸感即可。如果浸蚀不足，可重复浸蚀。浸蚀完毕后，立即用清水冲洗，接着用酒精冲洗，最后用吹风机吹干。制成的试样即可在显微镜下观察。一旦侵蚀过度，试样需要重新抛光，严重的需要重新用砂纸打磨，再抛光。