应力状态调控下淬火配分钢（Q&P）的断裂机制转变：从韧性延展到解理脆性

本文系统研究了Q&P 1000钢在不同应力状态下的断裂行为，揭示了其在高应力三轴度下从韧性（微孔聚集）向解理断裂的转变机制。通过结合宏观力学测试与微观表征（SEM、EBSD），首次在Q&P钢中观察到伴随塑性变形的穿晶解理特征，并提出了基于临界应力三轴度的断裂判据，为第三代先进高强钢（AHSS）在成形与碰撞安全应用提供了重要理论依据。

　　

Highlight

材料选择

本研究选用的材料为第三代先进高强汽车用淬火配分钢（Q&P 1000），厚度约为1.5 mm。其化学成分通过BELEC LAB 3000s光学发射光谱仪测定，结果列于表1。Q&P钢的微观结构复杂，受淬火温度（T_Q）、淬火时间（t_Q）、配分温度（T_P）和配分时间（t_P）等多种因素影响。这些参数的不同组合……

微观结构表征

本节旨在开发一种分离Q&P钢中各相的工作流程，以精确量化各相的体积分数。这一直是一个长期存在的挑战，主要原因是多种BCC相混合共存。本研究中的Q&P 1000钢包含五相：铁素体(F)、回火马氏体(TM)、贝氏体(B)、新鲜马氏体(FM)和残余奥氏体(RA)。图4(a–d)展示了使用SE2探测器获取的未变形试样微观结构的SEM观测结果……

应力三轴度对失效模式的影响

通过断口分析发现，Q&P 1000钢的断裂模式明显依赖于应力状态，尤其是应力三轴度。图8展示了经历剪切(SH, η ≈ 0)、单轴拉伸(CH, η ≈ 0.33)和平面应变拉伸(NDB-R6, η ≈ 0.5; NDB-R2, η > 0.5)载荷的试样中观察到的这种转变。

(1) 在低应力三轴度区域(SH)，断裂表面以剪切唇为主，边缘附近有局部韧窝。剪切形貌……

结论

本研究通过结合力学测试、微观结构表征和基于微观力学的分析，系统研究了Q&P 1000钢在广泛应力状态下的断裂行为。主要结论总结如下：

(1) 观察到随着应力三轴度的增加，断裂模式从基于孔洞的（剪切和韧窝）到解理主导的模式发生了清晰且渐进的转变。虽然剪切和单轴拉伸通过孔洞成核和聚集促进了经典的韧性失效……