制造用于汽车应用的轻量化结构一直是人们的追求，实现这一目标的有效方法是采用先进高强度钢（AHSS）。除了高强度外，断裂韧性对于结构材料也是必不可少的。然而，这两种理想的性能对于大多数结构材料（如钢）来说是相互排斥的，这种与生俱来的冲突是众所周知的强度-韧性权衡。这种矛盾可以通过考虑钢的强化旨在阻止或抑制各种缺陷的位错滑行来理解，这将不可避免地诱发应变定位甚至引发微裂纹。因此，这些加固方法不适用于抗断裂性至关重要的应用。另一方面，对钢断裂韧性的主要贡献来自裂纹尖端附近的位错活动。这种机制导致了一个普遍但不幸的结论：具有较高强度的钢将具有更有限的位错运动，因此断裂韧性较低。

来自香港大学黄明欣团队研究了通过两种热机械工艺（即临界退火 (IA) 和室温淬火和配分 (RT Q&P)）制造的中锰钢的拉伸和断裂行为。IA 钢由超细晶粒、完全再结晶的铁素体和奥氏体组成，而 RT Q&P 钢由马氏体基体和残余奥氏体组成。IA 钢中的奥氏体由于其较低的碳含量而不太稳定。高分辨率显微数字图像相关(micro-DIC) 结果显示 RT Q&P 钢边界处的适度应变局部化。相反，应变高度集中在 IA 钢的奥氏体中，使奥氏体迅速转变为新鲜马氏体，促进加工硬化率，即转化诱导可塑性(TRIP) 效应。然而，这种密集的 TRIP 会导致边界处的过早脱粘和没有后伸长的突然断裂。还测量了两种钢的基于 J 积分的电阻曲线（J-R 曲线）。由于其频繁的马氏体开裂和晶间剥离，IA 钢的裂纹起始韧性降低了 22%。相比之下，RT Q&P 钢中的分级微观结构抑制了脆性断裂并使裂纹尖端显着钝化，从而获得了高断裂韧性。目前的工作说明了 TRIP 对延展性和断裂韧性的双重作用，即强化 TRIP 对拉伸强度和均匀伸长率有用，但对断裂韧性有害，这与 TRIP 对延展性和韧性均有益的普遍看法相矛盾。相关文章以“The dual role of TRIP effect on ductility and toughness of a medium Mn steel”标题发表在Acta Materialia。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118629

图 1.（a）RT Q&P钢和（b）IA钢的加工路线

图 2.RT Q&P（a-c）和IA钢（d-f）的初始微观结构。（a）奥氏体和BC图的IPF。（b）HAADF图像，SAED在蓝色圆圈中，区域轴是奥氏体的[011]。（c）RT Q&P钢，奥氏体和马氏体的白色矩形内的放大TEM图像分别用蓝色和红色箭头表示。（d） 奥氏体的IPF和BC图。（e）HAADF图像。

图 3.IA和RT Q&P钢的拉伸行为，（a）工程应力 - 应变曲线，DIC结果在插图中应变。（b）真实应力 - 应变和加工硬化速率曲线。（c）奥氏体部分和（d）拉伸期间的维氏硬度演变。

图 4 RT Q&P钢的 Micro-DIC 结果：(a) 相图，马氏体为红色，奥氏体为蓝色；(b) 测试前平面法线的 IPF 图；(c)至 (e) 局部全局应变为 3%、7% 和 10% 时的单轴应变分布；(f)局部应变随全局应变的演化；(g) 沿 (e)、(h) 断裂面中白色实线的应变局部化。

图 5.RT Q&P钢的断续裂纹萌生测试.（a）初始相图，（b1）IPF和（b2）第一个选定区域的SEM.（c1）IPF和（c2）第二个选定区域的SEM.（d）显示裂纹路径的断裂样品的SEM.（e）DIC计算的Von-Mises应变.

图 6.IA和RT Q&P钢的裂纹增长行为.（a）IPF，（b）RT Q&P C（T）样品的相图.（c）IPF和（d）IA C（T）样品的相图。

图7.两种钢的断裂机理的统计结果和说明.（a）和（b）是RT Q&P钢，虚线代表裂纹路径，红线是沿边界开裂，蓝线是跨晶断裂.（c）和（d）是IA钢，铁素体晶粒是红色，新鲜马氏体晶粒是蓝色，虚线表示裂纹路径，绿线表示马氏体开裂，黄线表示边界脱裂，灰线表示铁氧体开裂。

在目前的工作中，通过 IA 和 RT Q&P 路线处理 MMS，并测试和比较它们的拉伸和断裂性能。IA 钢由再结晶、超细晶粒铁素体和奥氏体组成，屈服应力相对较低。然而，由于大量的TRIP 效应，其加工硬化率和均匀伸长率相当可观。相比之下，RT Q&P 钢由于其具有密集位错的马氏体基体而具有更高的屈服应力。它的加工硬化率单调下降，导致较低的均匀伸长率。

拉伸试验期间的高分辨率显微 DIC 结果表明两种钢都发生了应变局部化。对于 RT Q&P 钢，较高的应变位于 PAGB、包和块边界。在IA钢中，应变主要集中在奥氏体区，这种优先的应变分配导致马氏体相变丰富而快速。

与 RT Q&P 钢相比，IA 钢尽管具有较低的屈服应力，但出人意料地具有更差的裂纹起始韧性。 RT Q&P 钢中的裂纹可以延展方式扩展，并涉及显着的塑性变形。另一方面，由于大量的新鲜马氏体和晶粒间显着的应变梯度，马氏体开裂和晶间分离主导了 IA 钢的断裂过程。

对于IA钢，更多的TRIP效应显着提高了加工硬化率和拉伸塑性。然而，尽管其裂纹扩展韧性相当高，但考虑到其低屈服应力，它也会导致过早断裂和裂纹萌生韧性不足。相比之下，TRIP 效应较弱的 RT Q&P 钢具有更好的屈服应力和裂纹萌生韧性的协同作用。 IA 和 RT Q&P 钢的比较表明，强烈的 TRIP 效应有利于抗拉强度和均匀伸长率，但不利于裂纹引发断裂韧性。