br1500hs超高强度钢热变形行为的研究

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1、BR1500HS超高强度钢热变形行为的研究1绪论1.1引言随着工业和社会的发展，人民的物质生活和精神生活都有了很大的改善，汽车越来越多的出现在人们的视野中成为重要的交通工具。自21世纪以来，我国的汽车产量一直保持着增长的趋势，年度增长值均不低于百万辆，我国汽车在2013年的生产量已达22116800辆。汽车工业是我国近几年来国民经济中增长速度最快、最有生气的行业之一。随之而来的能源、环境、交通安全等相关问题的形势也更加严峻，提高汽车的安全性、车身轻量化、降低油耗成为全球汽车工业界共同关注的话题。有关研究表明，汽车重量与燃油消耗有直接关系

2、，如图1.1所示，汽车自身总重量每减少100Kg，耗油量减少0.7L/Km[1]。其中，冲压件是所有汽车零部件的重要组成部分，因此汽车冲压件的轻量化程度对整辆车的耗油量有着直接的影响。一般来说，可以通过三种方式达到汽车的轻量化：第一是车辆结构的改进，采用CAD、CAM和有限元技术优化车辆结构，在保证安全性能和基本功能的前提下，通过减小零部件厚度、简化零部件形状结构等尽量减少所需要原材料的重量；第二是零部件生产中，尽可能采用轻量化的金属代替大量低强度钢材，如铝合金或镁合金、复合材料、先进超高强度钢板等，基于轻量化结构用材，发展相应的制造工

3、艺，以达到汽车轻量化的目标；第三是改进零件成形工艺及连接工艺，减少所需的零件数目[2,3]。由于铝合金件和镁合金件的原材料较贵而且成形工艺比较复杂，提高了汽车的生产成本，很难在价格竞争激烈的汽车行业中占有一席之地。超高强度钢板的强度密度比很大，实现车身轻量化目标的同时可以确保汽车的安全性。相关研究认为，可以用0.7~0.8mm厚的超高强度钢板代替1~1.2mm厚的普通车身钢板，进而可以使车身整体质量降低15%~20%，节约耗油8%~15%[4,5]。近几年来，超高强度钢板越来越多的应用于汽车零部件中，尤其体现在车身钢板中。目前超高强度钢

4、已广泛应用于汽车的车门防撞梁、前后保险杠、中通道和A/B柱内板等车身冲压件[6-8]。然而，在超高强度钢板强度提高的同时，材料的延伸率等塑性加工性能也开始随之恶化，一方面采用传统冷冲压的成形方法需要很大的成形载荷，另一方面采用冷冲压成形的方法很容易出现裂纹、成形不足、起皱、成形后回弹严重等质量问题，图1.2显示了不同钢种的延伸率和屈服强度。........1.2热冲压成形工艺概述热冲压技术与室温下的冷冲压在很多方面都不相同。冷冲压是在常温下通过模具使板料发生塑性变形，目前其成形工艺已经比较完善。而热冲压需要先将超高强度钢板升温到奥氏体化

5、以上温度，使其内部组织变成均匀的奥氏体，然后进行热成形，在成形同时借助于通有冷却液的模具将其快速冷却以实现淬火，使奥氏体充分转变为马氏体组织，进而得到薄壁的高强度车身零件，其抗拉强度可达到1500MPa。热冲压过程比较复杂，是塑性成形、传热和热处理三个过程相互作用的综合[10]。热冲压工艺包括直接工艺和间接工艺两种：直接成形工艺是先将板料以一定速度增温到奥氏体化温度1173~1223K，并保温一段时间，使板料充分奥氏体化，然后快速地把板料转移到模具工作面上进行高温成形，板料成形后保压一定时间并对钢板进行冷却淬火，从而获得力学性能良好、形

6、貌完整、尺寸精度高的热冲压零件。图1.4(a)所示为热冲压直接工艺的流程，这种方法加工效率高，能源消耗低，广泛地应用于制造几何形状较简单的车身安全件；间接成形工艺，板料在加热之前先根据热冲压件的形状，以冷冲压的方式进行预成形，使预成形件达到所需要零件形状尺寸的90%~95%。然后再将板料进行加热、成形、冷却及后续的处理，如图1.4(b)所示[11]。间接成形工艺由于进行了附加的预成形工序，需要更多的人员、设备、空间，使得零件的加工效率降低，成本增加，但是间接成形工艺能够生产出形状相对复杂的热冲压零部件。与冷冲压相比，热冲压成形的优点是零

7、件尺寸精度高、成形性好、最大成形载荷小、表面硬度及耐磨性高和抗冲击性能好。其不足之处在于成形后冷却速度和保压时间较难控制、生产效率低、模具复杂、后续加工难度大和工作环境相对较差等。..........2热冲压成形理论2.1塑性力学基本理论材料在单向拉伸或压缩的外力作用下，材料内部质点处于单应力状态，当所受到的应力等于屈服强度时，材料的变形方式会由弹性变形转变为塑性变形。当材料受力比较复杂，即材料内部质点处于多应力状态时，就需要综合分析质点各个不同应力分量才能判别材料是否开始发生塑性变形。材料开始发生塑性变形所必须具备的条件就是屈服条件，

8、一般情况下，材料常用的屈服准则包括：Tresca屈服准则、Mises屈服准则[28-30]。法国工程师屈雷斯加认为材料是否进入塑性变形状态取决于材料内部质点所受到的最大切应力，当材料内部质点所受到的最大切应