TWIP從鐵的晶體結(jié)構(gòu)開始
純鐵通常以兩種主要的晶體結(jié)構(gòu)存在：具有體心立方（bcc）晶格的α-鐵，形成鐵素體和具有面心立方（fcc）晶格的γ-鐵，形成奧氏體-見圖1。
鐵素體立方結(jié)構(gòu)（BCC-晶格）與奧氏體立方結(jié)構(gòu)（FCC-晶格）
圖1.純鐵可以呈現(xiàn)兩種晶體結(jié)構(gòu)
在室溫下，純鐵作為鐵素體存在。在高于911°C的溫度下它會(huì)轉(zhuǎn)變成奧氏體。但是，稱為奧氏體形成劑的特殊合金元素（如鎳，錳，鈷或氮）可使奧氏體在室溫下存在。由于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，奧氏體鋼表現(xiàn)出與鐵素體鋼不同的性能。
還有一種更進(jìn)一步的晶體結(jié)構(gòu)-馬氏體，對(duì)鋼的性能很重要。高溫下存在的奧氏體的fcc結(jié)構(gòu)使碳原子易于嵌入鐵原子之間的空間。相反，bcc鐵素體結(jié)構(gòu)中的碳原子空間要少得多。如果將熱的鋼快速冷卻（淬火），碳原子將被困在鐵素體中。結(jié)果是形成馬氏體的扭曲晶體結(jié)構(gòu)。這很重要，因?yàn)轳R氏體非常堅(jiān)硬，并且是強(qiáng)化鋼的重要因素。
影響奧氏體鋼硬化機(jī)理的主要因素之一是堆垛層錯(cuò)能（SFE），這是原子級(jí)的材料性質(zhì)。SFE被定義為在晶面上產(chǎn)生作為二維晶格缺陷的堆垛層錯(cuò)的必要能量。SFE低于20 mJ /m2的材料在變形過程中會(huì)形成馬氏體-這就是TRIP效應(yīng)（相變誘導(dǎo)塑性）。另一方面，SFE在20 mJ /m2和30 mJ /m2之間的鋼具有大量孿生效應(yīng)特性，稱為TWIP（孿生誘導(dǎo)塑性）。
TWIP硬化是由于在奧氏體顯微組織中形成越來越多的變形孿晶而產(chǎn)生，越來越多的孿晶邊界通過與晶界相同的作用方式來強(qiáng)化鋼材。隨著顯微組織變得越來越細(xì)，TWIP效應(yīng)還使鋼材具有較高的瞬時(shí)硬化率。
TWIP鋼的優(yōu)勢
奧托昆普生產(chǎn)的TWIP奧氏體不銹鋼主要用錳（Mn）和鉻（Cr）合金化。Forta H系列包括Forta H500，H800和H1000牌號(hào)-根據(jù)它們的屈服強(qiáng)度命名。這些牌號(hào)的特性如圖2和3所示。
圖2. Forta H系列的機(jī)械性能
嚴(yán)格控制的奧氏體形成元素的添加使TWIP鋼具有完全的奧氏體組織。這意味著從初始狀態(tài)的奧氏體微觀結(jié)構(gòu)在整個(gè)成形和金屬切削過程，變形（例如碰撞沖擊）或焊接過程中保持穩(wěn)定，而不會(huì)轉(zhuǎn)變成馬氏體。
奧氏體鋼的關(guān)鍵特性是它們不具有磁性。TWIP鋼在鉆孔，車削和銑削等成形和加工過程中仍保持完全奧氏體狀態(tài)。因此，它們非常適合必須使用非磁性材料以確保最大效率的電動(dòng)機(jī)應(yīng)用。
Forta H系列與其他汽車材料的比較
圖3. Forta H系列與其他汽車材料的比較
在碰撞時(shí)，F(xiàn)orta H系列具有完全的奧氏體微觀結(jié)構(gòu)和TWIP硬化作用，顯示出其全部益處：該材料受到?jīng)_擊力而硬化，對(duì)沖擊具有高抵抗力，同時(shí)吸收了沖擊能。其結(jié)構(gòu)元件（例如B柱）的仿真試驗(yàn)顯示，與22MnB5等沖壓硬化鋼相比，直接的輕量化潛力為35％，而不會(huì)發(fā)生脆性破壞。
圖4.在以高于30 km / h的速度進(jìn)行的碰撞測試中，F(xiàn)orta H1000（右側(cè)）可以吸收沖擊能量而不會(huì)失效。該測試將Forta H系列與左側(cè)的熱成型鋼型材（22MnB5）進(jìn)行了比較，該型材無法承受沖擊并發(fā)生脆性破壞
TWIP未來汽車用鋼
除了直接減輕現(xiàn)有設(shè)計(jì)重量的可能性外，F(xiàn)orta H系列還為設(shè)計(jì)新組件提供了更多優(yōu)勢，例如：顯著減小厚度的可能。此外，這種新材料可以利用創(chuàng)新的幾何學(xué)設(shè)計(jì)和成型工藝來應(yīng)對(duì)重量和尺寸的挑戰(zhàn)，同時(shí)還可以增加組件的剛度。
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