随着汽车工业对节能减排和安全性能要求的日益提高,高强钢的热冲压技术被广泛的应用到汽车的结构件和安全件制造。传统热冲压工艺得到的完全马氏体零件,强度高但延伸率低,不能满足碰撞中吸收能量的安全性要求。因此,为了解决零件力学性能与车身安全性能要求相匹配的问题发展出了与车身安全性要求相适应的高强钢的热冲压TTP(Tailored Tempering Properties)工艺,即在零件的局部区域力学性能不同。对于TTP零件,其过渡区微观组织由多相组成,各相所占比例和形貌决定着零件力学性能。因此,需要定量的研究微观组织与力学性能之间的关系。基于以上背景,展开如下研究:(1)通过热膨胀相变实验,根据得到的冷却曲线和热膨胀曲线,得到不同冷速条件下的相转变温度,配合硬度测试和微观组织观察,修订了某型号热冲压用钢的CCT曲线。在均匀冷却速率条件下,冷速为10~30℃/s时,得到马氏体/贝氏体双相组织,其中,冷速从约27℃/s(喷气冷却)增大到30℃/s(临界冷却速率)时,马氏体所占比例从50%增加到90%,在该变化条件下,试样的硬度值增大较为明显,从312 HV增大到了426 HV。在冷速低于10℃/s时,出现铁素体/珠光体;冷速高于30℃/s时,为完全马氏体,随着冷却速率增大,组织转变为马氏体的程度增大。(2)进行了加热模具的热冲压模拟和试验,分析模温和保压时间对马氏体/贝氏体双相组织转变及零件力学性能的影响。其中,模温对组织转变的影响最大,能够使板料在不同温度区间转变。在30 s保压条件下,随着模温从300℃提高到450℃,贝氏体所占比例从19.6%增加到84.3%。对应的抗拉强度持续降低,从1350 MPa降低到861.1 MPa。而断后伸长率在模具温度400℃以下保持不变,约为6%;在模具温度450℃时,有明显提高,增加到9.6%。(3)建立了RVE(Representative Volume Elements)模型分析马氏体/贝氏体的双相组织的两相比例及微观形貌与力学性能的关系。以程序自动生成混合组织几何模型的方法,采用灰度共生矩阵结合k均值聚类的方法识别微观组织的SEM照片,建立RVE几何模型,提高了建模效率,减小了人为分析的主观偏差。针对所分析组织,确定了合适的模型计算区域大小,在2 k倍(50×40μm)的计算区域,单元尺寸为0.3μm,RVE模型能够有较好的计算精度。发现混合组织变形时,马氏体承受较大的应力,贝氏体发生较大的变形。在马氏体细小的两相交界区域,应力集中裂纹萌生并扩展到周围的组织发生断裂,贝氏体所占比例较多断后延伸率才有明显提高。(4)通过纳米压痕测试,分析了马氏体相变产生的对周围贝氏体产生的压应力。在假设远离马氏体区域的贝氏体不受应力的条件下,以Suresh模型计算两相界面附近的贝氏体受到-182.8 MPa的压应力。据此建立了考虑两相界面影响的RVE模型,由于靠近两相界面区域贝氏体的强度较高,在承受应力时远离马氏体的贝氏体区域先达到屈服变形,使贝氏体相的变形更均匀,更符合实际变形情况,提高了计算的精度,为TTP工艺参数制定提供依据。(5)通过分块模具局部加热的方法,开展了全尺寸的汽车纵梁TTP零件的成形实验,并对软区,冷却区和过渡区的力学性能进行分析,对过渡区的观测点建立了RVE模型分析。加热区模温为550℃,保压8 s的工艺条件下,零件软区的断后延伸率达到18%。微观组织为铁素体/珠光体和均匀分布的粒状贝氏体。过渡区的马氏体/贝氏体双相组织,以马氏体较为连续完整的形态分布时,比分块的形态分布有更好的力学性能。综上所述,本文以提高模具温度的方法获得了马氏体/贝氏体双相组织,研究了双相组织的微观结构与力学性能关系,为TTP工艺参数的制定提供依据。