超高强度钢车身构件热冲压成形与相变机理研究

摘要

汽车轻量化是国家重大科技需求，也是汽车重要的发展方向。采用热冲压技术制造超高强度汽车构件是实现汽车轻量化的主要途径之一。由于超高强度钢热冲压过程涉及温度场、应力应变场、材料流动速度场、相变场等多场耦合，变形规律与机理复杂，亟需开展超高强度钢热冲压成形规律与变形机理研究，促进超高强度钢热冲压技术在轻量化车身上的应用。本文采用理论分析、有限元模拟和试验手段，建立了耦合位错密度与损伤的材料本构模型，研究了超高强度钢车身构件热冲压成形规律与相变机理。研究结果促进超高强度钢热冲压成形理论和技术发展，并为车身构件热冲压生产制造提供参考与借鉴。 本文通过等温拉伸试验研究变形温度和应变速率对超高强度钢变形行为的影响。建立耦合位错密度的粘塑性本构模型，根据等温拉伸试验数据，利用向前欧拉积分法和遗传算法确定模型材料常数，结果表明该模型可以很好地反映不同变形条件下的超高强度钢热力学行为。 在上述本构模型的基础上，引入损伤演化方程并考虑多向应力状态的影响，扩展建立耦合损伤的粘塑性成形极限模型，根据820℃等温胀形试验数据确定模型的材料常数。所开发的模型对成形极限图的左侧预测精度较高，而成形极限图的右侧尚存在一定误差。以此模型可以预测不同变形温度和应变速率下的超高强度钢成形极限曲线。 为降低模具温度、提高生产效率，提出了超高强度钢低温热冲压工艺，成形温度在500℃～650℃。对具有不同结构特征的车身构件，开展低温热冲压与常规热冲压数值模拟，研究不同热冲压工艺对车身构件组织性能的影响。结果表明，常规热冲压工艺可获得成形性较佳的零件；低温热冲压工艺则可获得马氏体含量较高的零件；具有外凸曲面底部特征和斜壁特征的零件热冲压成形充分、淬火效果好。 针对典型车身构件开展热冲压试验研究，分析超高强度钢热冲压变形量对组织转变、力学性能和元素分布的影响规律，建立多向应力状态下马氏体相变的机械驱动力理论计算模型。结果表明，热冲压形变从两个方面促进马氏体相变：降低化学驱动力；为马氏体形核提供绝佳场所。

目录

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第1章 绪论

1.1 超高强度钢热冲压技术研究背景和意义

1.2 超高强度钢热冲压技术国内外研究现状

1.3 课题来源、研究目的及意义

1.4 课题主要研究内容

第2章 耦合位错密度的超高强度钢高温本构模型

2.1 引言

2.2 超高强度钢等温拉伸试验与结果分析

2.3 耦合位错密度的粘塑性本构关系建模

2.4 本构模型材料常数的求解与优化

2.5 材料常数对本构模型的影响分析

2.6 本章小结

第3章 耦合损伤的超高强度钢高温成形极限模型

3.1 引言

3.2 超高强度钢等温胀形试验与结果分析

3.3 耦合损伤的粘塑性成形极限建模

3.4 成形极限模型材料常数的求解与优化

3.5 变形温度和应变速率对成形极限模型的影响分析

3.6 本章小结

第4章 热冲压工艺对超高强度钢车身构件组织性能的影响

4.1 引言

4.2 低温热冲压工艺介绍

4.3 低温与常规热冲压有限元建模

4.4 不同热冲压工艺对典型车身构件组织性能影响规律的比较

4.5 本章小结

第5章 典型车身构件热冲压试验与成形机理

5.1 引言

5.2 汽车B柱加强板热冲压试验

5.3 汽车B柱加强板应变分析

5.4 形变对马氏体相的影响规律和机理

5.5 形变对残余奥氏体相的影响规律和机理

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果