热冲压用钢BR1500HS高温流变行为研究及淬火工艺优化

摘要

超高强度钢板由于其对于改善汽车碰撞安全性能和汽车轻量化的优势汽车车身重要结构件的理想材料。但又因其超高强度难以发生塑性变形，使超高强度钢板在汽车上的应用受到限制。热成形技术这一全新的工艺手段，正好可以解决超高强度钢常温下变形困难的问题，将传统冷冲压工艺与热处理技术结合为一体，既能实现车身轻量化又能提高碰撞安全性，成为是当前汽车行业的热点研究课题。
　　 本文以热冲压用超高强度钢BR1500HS为研究对象，主要通过物理实验的方法，对BR1500HS的高温流变行为和淬火工艺进行了分析和研究，获得了针对某汽车零件的热成形实际生产的应用性结论，具有一定参考价值。
　　 首先，通过热模拟高温拉伸实验，获得了温度为600℃、700℃、800℃，应变速率为1s-1、0.1s-1、0.01s-1条件下BR1500HS的真实应力-应变曲线。通过分析曲线认识了材料的应力、应变与变形温度、应变速率之间的关系：流动应力随着应变的增加而迅速上升；材料的抗拉强度随温度的降低而升高，随应变速率的提高而升高，但应变速率的影响不及温度影响的敏感度；材料在实验温度700℃以上时发生动态回复，部分抵消应变硬化效应，使真实应力-应变曲线斜率降低，后段趋于平稳。
　　 通过高温拉伸实验的结果，建立了基于Norton-Hoff模型的高温流变应力数学模型。使用该理论模型绘制的曲线与实验所得真实应力-应变曲线的相比，除873K(600℃)，应变速率为0.1和0.01s-1条件下的两条曲线差异较为明显之外，其余条件的计算值与实验值基本吻合，说明所建立的材料模型能较为真实地描述材料的高温流变行为。
　　 为了获得能够指导热成形实际生产的工艺参数，设计并完成了BR1500HS的二因子四水平淬火正交实验。通过对不同热处理条件后的试样进行力学性能测试和金相组织观察，发现材料的奥氏体化温度在850℃以上，高于850℃加热时必须经过一定的保温时间才能获得充分而均匀的奥氏体化。但随着加热温度升高和保温时间延长，将引起材料晶粒粗大，导致材料力学性能的下降。并以材料的淬后力学性能表现和生产效率为综合考虑的前提下，确定了BR1500HS的最优淬火工艺参数：加热温度900～950℃，保温时间4～8min。
　　 最后，将淬火正交实验的结论应用于某汽车左前立柱下加强件的热成形试制工艺之中，对成形后零件进行了必要的力学性能检测和金相组织观察，结果表明，零件的强度、硬度和微观组织均达到了产品的质量要求，零件采取的试制工艺方案和具体工艺参数是合理且适用的。