超高强度钢汽车B柱热冲压成形规律与组织性能研究

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汽车轻量化是当前世界各国为缓解环境污染、资源短缺问题而共同提出的一大举措,超高强度汽车零件热冲压技术是实现汽车轻量化的主要途径之一。然而,目前国内有关超高强度钢汽车零件热冲压的基础理论、有限元建模和试验研究还不成熟,热冲压规律和机理认识不够深刻,这限制了热冲压硼钢板在汽车特别是自主品牌汽车中的应用。因此,开展硼钢板热冲压理论与试验研究,具有十分重要的理论价值和实际意义。本文建立了B1500HS硼钢板的热拉伸本构方程和热成形极限方程,揭示了材料热变形过程中组织性能变化规律,优化了汽车 B柱热冲压工艺,仿真分析了模具冷却系统冷却效果,研究结果能为热冲压生产实践提供一定的参考依据。  (1)测量了 B1500HS硼钢板在不同温度、不同应变速率下的真实应力-真实应变曲线,建立了其本构模型,该模型能够准确地表征材料的热力学行为。分析了热拉伸试样断口形貌,研究发现,高温下拉伸断口皆呈韧窝断裂,且变形温度为600℃时韧窝最明显,随着变形温度的升高,断口韧窝逐渐减少;当变形温度为750℃时,材料塑性最好。通过对断裂区微观组织观察,发现将试样以30℃/s的冷却速度降温到800℃以下并进行等温拉伸试验,试样断裂区微观组织并不是完全的马氏体相。  (2)测得了B1500HS硼钢板820℃的热成形极限曲线,通过拟合试验数据获得了成形极限预测方程。通过 Hill-Swift失稳判据和 S-R尖点理论推导了B1500HS硼钢板的热成形极限方程,对比发现,Hill-Swift失稳判据和S-R尖点理论的计算结果均在FLD左侧更接近试验值。Hill-Swift失稳判据的计算结果在FLD右侧略低于试验值,而S-R尖点理论的计算结果在FLD右侧与试验值差距很大。通过 EBSD试验分析了原始坯料与胀形件近破裂区的晶体尺寸与织构。研究表明,利用大塑性变形下的动态再结晶可以细化铁素体晶粒,温度越高,晶粒细化越明显。在750℃下胀形的试样γ-纤维织构密度水平最高,说明在750℃时B1500HS硼钢板塑性最好。  (3)针对汽车B柱,建立了热-力-相变耦合热冲压模型,研究了B柱成形性、减薄率以及相变等。结果表明,B柱加强筋与封闭的盒形位置处较难成形,容易产生开裂、起皱和马氏体转变不充分等缺点。通过分析冲压速度、保压力、保压时间及模具间隙四种工艺参数对 B柱成形性、减薄率以及最低马氏体含量的影响规律,确定了汽车B柱热冲压技术合理的工艺参数。  (4)建立了汽车B柱热冲压模具冷却系统仿真模型,研究了冷却水流速、保压力、保压时间、模具初始温度对模具与 B柱温度场分布的影响规律。分析了工艺循环次数对模具、冷却水与 B柱温度场分布的影响规律。结果表明,第九个工艺循环后,模具、冷却水与 B柱温度场趋于动态平衡。第十七个工艺循环后,模具、冷却水与B柱温度场基本上不再发生变化,并且出模前B柱温度低于马氏体转变的终止温度(284℃),模具冷却系统满足连续生产中对B柱的冷却要求。
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