高强度防撞梁热成形微观组织及力学性能变化的研究

摘要

热成形工艺是近几年来针对车用高强度钢成形技术方面发展起来的一种新的技术，热成形技术是先将高强度钢（如BR1500HS、22MnB5等高强度钢）在加热过程中奥氏体化，经一定时间的保温，使其完全奥氏体化，然后送入带有冷却系统的模具中热成形并淬火，最终材料获得完全的马氏体组织。与传统的冷成形过程相比，热成形时，材料的变形抗力小、塑性好，经快速冷却淬火，获得高甚至超高强度。
　　材料的热成形强化过程必然导致材料内部组织和结构发生变化。观察热成形后材料的微观组织变化并去解释微观结构变化对材料力学性能变化的影响是本课题研究的主要内容。课题以针对BR1500HS高强度钢防撞梁为例，研究材料热成形后其微观结构变化规律与力学性能之间的关系，同时对材料热成形工艺参数及影响因素等进行研究。即研究在一定淬火速率下，通过控制加热温度、保温时间、移动时间，观察材料热成形后的微观组织（形貌、晶粒尺寸大小等），测试热成形后材料的力学性能，得到热成形后材料微观结构变化与力学性能之间的关系，以及热成形加热温度、保温时间、移动时间对材料微观结构及力学性能变化的影响；根据加热保温过程中材料表面氧化现象，研究材料表层沿厚度方向微观结构变化及对力学性能的影响，如高强度汽车防撞梁热成形后，表层氧化对防撞梁抗冲击性能的影响等。
　　课题研究表明，材料在加热至完全奥氏体化温度后进行热成形,由于急剧高温-冷却的作用，材料表层产生氧化脱碳，同时还伴有其他合金元素含量的变化，其表层由表到里形成铁素体组织、铁素体及马氏体的混合组织、完全马氏体组织的渐变微观结构，里层为均匀板条马氏体组织的微观结构。材料微观结构的变化直接影响到材料力学性能的变化，热成形后，材料的抗拉强度、硬度及抗冲击性能明显提高，延展性下降。通过响应曲面分析方法优化了热成形工艺参数。采用本课题研究成果，进行某公司生产防撞梁（BR1500HS）时生产工艺与参数的优化选取，优化后防撞梁的强度由原始的650MPa提高到1550MPa，硬度由原始的30.1HRC提高到51.3HRC，所能承受的最大冲击力提升了1.5倍，极大的提高了汽车的安全性。

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第1章 绪论

1.1 高强度钢在汽车领域的应用

1.2 热成形高强度钢的应用现状

1.3 高强度钢热成形工艺的研究

1.4 课题研究的背景和意义

1.5 本文的主要研究内容

第2章 热成形微观组织变化影响因素研究

2.1 引言

2.2 实验试样、器材及方案

2.3 移动时间的选择范围

2.4 成形模具压力的选择

2.5 热成形工艺参数对高强度硼钢微观结构的影响

2.6 微量元素的具体作用

2.7 结论

第3章 力学性能变化及优化工艺参数研究

3.1 引言

3.2 力学测试实验装备及方案

3.3 实验结果分析

3.4 工艺参数的优化

3.5 微观结构反映力学性能

3.6 结论

第4章 防撞梁感应加热的参数选择及渐变结构提高冲击性能研究

4.1 引言

4.2 防撞梁高频感应加热过程原理及成形

4.3 实验条件

4.4 完全马氏体化工艺参数值的确定

4.5 力学性能检测

4.6 渐变结构提高防撞梁抗冲击性能

4.7 结论

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 研究展望

致谢

参考文献

在学期间科研成果情况