【摘要】：通過熱成形高溫平板分區(qū)冷卻系列試驗,以淬火前后熱成形材料力學性能為評價指標,結合正交試驗分析方法研究了熱成形工藝條件下保壓時間、壓強和板料厚度對熱成形零件硬度強度的影響規(guī)律。采用統(tǒng)計學"3σ法則"對優(yōu)化工藝下熱成形零件力學性能進行分析,建立了基于柔性指數(shù)模型的熱成形鋼板強度硬度非線性回歸方程和熱成形鋼板強度-硬度等級評估區(qū)間圖。并基于優(yōu)化條件下的U型熱沖壓實驗驗證了該模型的正確性。結果表明:建立的性能評價標準可為熱成形零件的力學性能預測和在線質(zhì)量檢測控制提供重要指導依據(jù)。
【圖文】：

ǎ噻剿魅瘸尚胃咔慷雀職辶ρ綆?能評估標準，建立了適用于熱成形產(chǎn)品工業(yè)質(zhì)量評測的等級評估區(qū)間圖，為熱沖壓生產(chǎn)線的在線質(zhì)量檢測控制提供重要指導依據(jù)。1熱成形鋼板強度-硬度試驗試驗材料采用熱成形低碳硼合金熱軋鋼22MnB5，該鋼板的原始強度為500～600MPa，維氏硬度210HV左右，化學成分如表1所示。表1低碳硼合金22MnB5的化學成分(質(zhì)量分數(shù)，%)Table1Chemicalcompositionof22MnB5steel(massfraction，%)CSiMnPSCrTiBNFe0.240.271.140.0150.0010.170.0360.0030.004Bal．試驗所用裝置為高溫分區(qū)冷卻平板模具，如圖1所示。模具的上下模均分為冷區(qū)和熱區(qū)兩部分，熱區(qū)安裝有由控溫系統(tǒng)控制的電阻加熱棒，可將模具溫度控制在常溫25℃到500℃之間［7-10］。試驗時，先將板料加熱到900℃，保溫3min，使板料均勻奧氏體化，然后將板料取出迅速轉移到已加熱至預定溫度的平板模具上。當板料降溫至最佳成形溫度750℃時［11］合模保壓淬火。試驗變量為保壓壓強和模具溫度，保壓壓強為:5MPa、10MPa、15MPa;熱區(qū)所用溫度分別為100、300、330、370、400和500℃，冷區(qū)保持室溫。試驗后，在板料冷熱區(qū)A、B、C、D位置分別測取強度和硬度［12］，為獲得200～550HV全域覆蓋的硬度值，輔以空冷、風冷水冷等工況。將測試結果匯總分析，發(fā)現(xiàn)該熱成形鋼板的強度、硬度呈現(xiàn)非線性增長特性。強度隨硬度增大而增大，且強度的增長速率也隨之增大，采用柔性指數(shù)函數(shù)模型來描述其關系，建立非線性回歸方程:S=a+b×exp(H/c)(1)式中，S為抗拉強度，H為維氏硬度，a、b、c為常系數(shù)。采用非線性回歸方程對強度硬度關系進行擬合，擬合后常系數(shù)的數(shù)值分別為:a=48.91，b=353.85，圖1高溫平板分區(qū)冷卻實驗裝置Fig．1Theexperimentalapparatusofthe

，輔以空冷、風冷水冷等工況。將測試結果匯總分析，發(fā)現(xiàn)該熱成形鋼板的強度、硬度呈現(xiàn)非線性增長特性。強度隨硬度增大而增大，且強度的增長速率也隨之增大，采用柔性指數(shù)函數(shù)模型來描述其關系，建立非線性回歸方程:S=a+b×exp(H/c)(1)式中，S為抗拉強度，H為維氏硬度，a、b、c為常系數(shù)。采用非線性回歸方程對強度硬度關系進行擬合，擬合后常系數(shù)的數(shù)值分別為:a=48.91，b=353.85，圖1高溫平板分區(qū)冷卻實驗裝置Fig．1Theexperimentalapparatusofthethermalflatsub-regionalcoolingtestc=350.01。數(shù)據(jù)點及擬合曲線如圖2所示。圖2熱成形鋼板強度-硬度指數(shù)曲線Fig．2Curveofstrengthvs．hardnessforthehotformingsteel通過可靠性系數(shù)Ｒ2對擬合方程進行可靠性檢驗，Ｒ2定義如下:Ｒ2=1－∑(yi－y^i)2∑(yi－ys薸)2(2)且Ｒ2越接近于1，曲線擬合效果越好。代入試驗數(shù)據(jù)，求得Ｒ2=0.9662，接近于1，研究結果表明:柔性指數(shù)模型對擬合熱成形鋼板淬火后強度硬度關系理想，可很好描述相關強度-硬度規(guī)律關系。2熱成形工藝對硬度-強度的影響分別設置不同的保壓壓力，保壓時間，板料厚度等成形因素，采用典型U形熱成形模型對不同工藝因素下熱成形零件強度硬度性能進行研究，試驗模具如圖3所示。試驗時，保持水道通水，，先將板料加熱到900℃，保溫3min，然后轉移到帶有托料裝置的U形模具上，降溫至750℃時迅速沖壓成形，并保壓淬火。試驗研究因素如表2所示。2.1強度-硬度指數(shù)預測模型驗證本試驗中采用特征位置硬度法研究不同工藝參206
【作者單位】： 大連理工大學工業(yè)裝備與結構分析國家重點實驗室;大連理工大學汽車工程學院;大連理工大學材料科學與工程學院;
【基金】：國家科技支撐計劃項目(2013BAG05B01) 中國博士后科學基金(2014M561223) 中央高校基本科研業(yè)務費專項資金(DUT14RC(3)032)
【分類號】：TG142.1

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本文編號：2517014