發(fā)布時(shí)間：2020-02-20 15:01

【摘要】：金屬薄板熱沖壓成型技術(shù)是一種應(yīng)用廣泛的熱塑性加工工藝,其主要應(yīng)用于汽車車身,航空航天,裝備制造等零部件生產(chǎn)中。其中,熱成型零件的最終微觀組織構(gòu)成和成型尺寸精度將決定零件的宏觀使用性能,準(zhǔn)確的微觀組織演變預(yù)測和加工變形預(yù)測對成型工藝的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。微觀組織演變傳統(tǒng)的計(jì)算方法都是基于等溫轉(zhuǎn)變曲線(Time-TemperatureTransformation TTT)數(shù)據(jù)和疊加原理,這對部分材料微觀組織演變計(jì)算有效。而對于熱沖壓用高強(qiáng)硼鋼(22Mn B5),其在慢速冷卻情況下,有多種微觀組織產(chǎn)生,對應(yīng)的等溫轉(zhuǎn)變孕育期非常短,且難以測得,而相變孕育期對相變開始的判斷和相變過程計(jì)算影響很大,傳統(tǒng)的計(jì)算方法對于這類材料和加工工藝仿真計(jì)算精度不高。因此,對于熱沖壓過程仿真模擬,提高傳統(tǒng)組織演變計(jì)算方法的計(jì)算精度,尋求新型組織演變計(jì)算方法,并將組織演變計(jì)算模型運(yùn)用到熱沖壓仿真計(jì)算中去,探索組織演變對熱沖壓仿真計(jì)算的影響,對于提高熱沖壓工藝仿真計(jì)算的精度有重要的工程意義。本文立足于數(shù)值計(jì)算方法,在金屬材料組織演變數(shù)值計(jì)算方面,展開了組織演變傳統(tǒng)的計(jì)算方法研究,并在前人研究工作基礎(chǔ)上,發(fā)展了組織演變新型計(jì)算方法;在金屬材料加載下力學(xué)響應(yīng)數(shù)值計(jì)算方面,基于熱處理變形實(shí)驗(yàn)和仿真計(jì)算,展開了涉及組織演變的力學(xué)響應(yīng)模型的研究;最后,利用本文所建計(jì)算模型,分析和討論了實(shí)際的熱沖壓成型仿真計(jì)算過程。本文完成的研究內(nèi)容如下所示:(1)以熱沖壓成型用高強(qiáng)硼鋼(22Mn B5)為實(shí)驗(yàn)研究材料,基于實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果,計(jì)算得出了擴(kuò)散型相變的孕育時(shí)間;并在特殊溫度范圍,設(shè)置了鐵素體和貝氏體相變虛擬孕育時(shí)間,通過求解連續(xù)等速冷卻過程,確定了虛擬孕育時(shí)間;基于傳統(tǒng)的組織演變計(jì)算方法,在模型中考慮了相變孕育期對組織演變計(jì)算過程的影響,編寫了材料組織演變計(jì)算子程序(USDFLD),計(jì)算了高強(qiáng)硼鋼在冷卻過程中組織演變過程。最后,本文開展了高強(qiáng)硼鋼端淬實(shí)驗(yàn),對比實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果表明:孕育時(shí)間對相變過程的計(jì)算作用很大,且計(jì)算模型能很好的預(yù)測高強(qiáng)硼鋼任意冷卻路徑冷卻后的組織和硬度分布。(2)基于連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(Continuous Cooling Transformation CCT)曲線數(shù)據(jù),構(gòu)建并發(fā)展了微觀組織演變參數(shù)反求計(jì)算方法和直接求解任意冷卻過程的廣義計(jì)算方法。通過反求計(jì)算,獲得等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)參數(shù),基于所求的等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)參數(shù),能利用傳統(tǒng)的組織演變計(jì)算方法,計(jì)算任意冷卻路徑的相變過程;對于廣義計(jì)算方法,提出了相變孕育貢獻(xiàn)系數(shù)概念,其考慮了實(shí)際冷卻過程中當(dāng)前溫度和當(dāng)前冷卻速度對廣義計(jì)算的影響,提高了模型計(jì)算精度,同時(shí)建立了相變過程廣義計(jì)算方法。最后,基于單相貝氏體鋼G17GrMo9-10為實(shí)驗(yàn)材料,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述兩種計(jì)算方法,結(jié)果表明:反求計(jì)算方法所計(jì)算出的等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)所的參數(shù)吻合較好,對比前人所述計(jì)算模型,本文所述反求計(jì)算方法計(jì)算精度更高;對于廣義計(jì)算方法,相變孕育貢獻(xiàn)系數(shù)對廣義計(jì)算過程作用很大,且任意冷卻路徑下相變過程能用廣義計(jì)算方法計(jì)算獲得。(3)考慮微觀組織演變的影響,建立了涉及相變的力學(xué)響應(yīng)計(jì)算模型。利用熱處理變形實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了計(jì)算模型,并討論了四類計(jì)算參數(shù)對變形計(jì)算結(jié)果的敏感性影響。研究結(jié)果表明:熱物性參數(shù)的改變對熱處理變形計(jì)算結(jié)果影響不大;低溫范圍應(yīng)力應(yīng)變曲線對計(jì)算結(jié)果影響不大,但高溫應(yīng)力應(yīng)變曲線對熱處理變形計(jì)算結(jié)果有很高的敏感性;空冷不引起塑性變形,進(jìn)而不會(huì)導(dǎo)致熱處理變形,對于油冷和水冷,熱處理變形大,且其界面換熱系數(shù)值對計(jì)算結(jié)果敏感性很大;對于相變相關(guān)參數(shù),特別是相變塑性,對熱處理變形計(jì)算影響很大,其數(shù)值對計(jì)算結(jié)果也有很大的敏感性。(4)最后,本文所建計(jì)算模型運(yùn)用到了熱沖壓仿真計(jì)算中,一方面建立了微觀組織演變定制熱沖壓計(jì)算模型,分析了四種工藝參數(shù)對組織分布計(jì)算結(jié)果的影響;另一方,討論了相變和相變塑性對熱沖壓回彈和殘余應(yīng)力計(jì)算的影響,同時(shí)分析了熱沖壓工藝參數(shù)對上述兩種指標(biāo)計(jì)算結(jié)果的影響。研究結(jié)果表明:對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果,本文所述微觀組織演變計(jì)算方法較傳統(tǒng)組織演變計(jì)算方法精度要高;模具的溫度,界面換熱系數(shù)和相變潛熱對定制熱沖壓成型的計(jì)算有很高的敏感性;相變和相變塑性參數(shù)對熱沖壓回彈和殘余應(yīng)力計(jì)算的影響很大。
【圖文】：

汽車車身中熱沖壓成型零件的主要應(yīng)用

圖 1.2 高強(qiáng)硼鋼（22MnB5）力學(xué)屬性國外企業(yè)，，如韓國的浦項(xiàng)鋼鐵，日本的新日鐵鋼鐵等，也可以硼鋼。隨著國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)在熱沖壓用鋼研究上的積極投入（B1500HS,BR500HS），湖北武鋼(WT1300HF)，遼寧鞍鋼(AC15硼鋼，已經(jīng)開始逐步取代進(jìn)口熱沖壓用硼鋼，大大減小了國內(nèi)
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG142.1;TG306

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2581361