硼鋼板熱沖壓過程中的變形行為及其馬氏體相變研究

硼鋼板在高溫奧氏體狀態(tài)下的變形行為及其馬氏體相變研究對掌握同步淬火熱沖壓成形核心技術(shù)及其機理具有重要意義。本項目基于硼鋼板的高溫拉伸試驗及TEM 等試驗分析其高溫變形機制，建立了高溫下硼鋼板的動態(tài)回復(fù)動力學(xué)模型及相應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系式。據(jù)此，結(jié)合金屬塑性失穩(wěn)理論對硼鋼板的熱成形極限進行理論的研究，并通過高溫成形極限試驗，獲得適用于硼鋼板高溫奧氏體狀態(tài)下的成形極限理論；深入分析了造成高溫下硼鋼板獨特塑性失穩(wěn)方式的影響機理。結(jié)合材料測試分析實驗，研究了不同變形工藝條件（加熱工藝、變形溫度、變形量、應(yīng)變率、冷卻速率等）對硼鋼板馬氏體相變溫度、馬氏體轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)、馬氏體形貌等的影響，根據(jù)馬氏體相變熱力學(xué)及動力學(xué)對其進行了深入分析。對變形后的硼鋼板試件進行常溫單拉試驗和硬度測定等試驗，研究了不同工藝條件對熱變形后的硼鋼板再變形能力、強度以及硬度等的影響規(guī)律性。項目在國內(nèi)外核心期刊發(fā)表署名本課題資助的論文11篇，其中SCI收錄7篇，單獨EI收錄4篇，出版“金屬板材熱輔助塑性成形理論”專著一本（計劃2014年上半年）。 另外，課題組申請中標(biāo)2014年國家自然基金面上項目一項：《熱沖壓硼鋼板基因的選擇性表達及其在力學(xué)性能預(yù)測中的應(yīng)用》（項目批準(zhǔn)號：51375346）。

硼鋼板在高溫奧氏體狀態(tài)下的變形行為及其馬氏體相變研究對掌握同步淬火熱沖壓成形核心技術(shù)具有重要意義。通過硼鋼板的高溫單拉試驗及TEM等試驗分析其高溫變形機制，建立高溫下硼鋼板的動態(tài)回復(fù)動力學(xué)模型及相應(yīng)的本構(gòu)關(guān)系式。據(jù)此，結(jié)合金屬塑性失穩(wěn)理論對硼鋼板的熱成形極限進行理論研究，并通過高溫成形極限試驗進行驗證，獲得適用于硼鋼板高溫奧氏體狀態(tài)下的成形極限理論；深入分析造成高溫下硼鋼板獨特塑性失穩(wěn)方式的影響機制。結(jié)合材料測試分析實驗，分析不同變形工藝條件（加熱工藝、變形溫度、變形量、應(yīng)變率、冷卻速率等）對硼鋼板馬氏體相變溫度、馬氏體轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)、馬氏體形貌等的影響，根據(jù)馬氏體相變熱力學(xué)及動力學(xué)對其進行深入分析。對變形后的硼鋼板試件再進行常溫單拉試驗和硬度測定等試驗，研究不同工藝條件對熱變形后的硼鋼板再變形能力、強度以及硬度等的影響。

本書為機械工業(yè)出版社《制造業(yè)高端技術(shù)系列》之一。本書共分為8章，主要包括緒論，超高強度硼鋼板材料性能測試方法，超高強度硼鋼板材料性能及其理論模型，超高強度硼鋼板熱成形過程中的相變、機理及控制，超高強度硼鋼板熱沖壓的數(shù)值模擬，超高強度硼鋼板的熱沖壓成型與開模變形，熱沖壓成形零件的尺寸控制，熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計。

熱沖壓作為一新興的成形技術(shù)，作為沖壓零件高強化的另一有效途徑，在汽車領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。國外越來越多的車型，包括經(jīng)濟型小車已采用熱沖壓零件；國內(nèi)，歐美引進車型也廣泛采用鋼板熱沖壓零件。適用于熱沖壓的典型車身零件主要有前、后門左右防撞桿、前、后保險杠、A柱加強板、B柱加強板、C柱加強板、地板中通道、車頂加強梁等。

但總體而言，國內(nèi)車型（特別是自主品牌車型）的碰撞性能，尤其是側(cè)碰性能，普遍欠佳，而合理采用熱沖壓零件，既能顯著提高車身的碰撞性能、減輕車身重量，又能有效控制車身的綜合制造成本。國內(nèi)一些自主品牌汽車廠，不但能以戰(zhàn)略性的眼光看待熱沖壓新技術(shù)，而且已在其新車型或改進車型中大膽加以采用，并取得了非常顯著的效果。國內(nèi)某款車型，A，B加強板采用熱沖壓零件以后，其N-NCAP（國外碰撞測試）從一星級一躍上升到三星級?？梢灶A(yù)測，鋼板熱沖壓新技術(shù)將在汽車領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，其相關(guān)裝備和核心技術(shù)的研究也將成為沖壓界新的研究熱點。

另外，鋼板熱沖壓新技術(shù)在農(nóng)業(yè)、礦山機械領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景，可以顯著提高相關(guān)器具的強度、硬度和耐磨性 。

前言第1章緒論11.1引言11.2超高強度硼鋼板及其應(yīng)用31.3超高強度硼鋼板沖壓成形工藝4第2章超高強度硼鋼板材料性能測試62.1超高強度硼鋼板熱力學(xué)性能測試62.1.1測試裝置62.1.2測試步驟72.2超高強度硼鋼板成形性能測試82.2.1測試裝置82.2.2測試方法82.3超高強度硼鋼板相變測試102.3.1測試方法102.3.2相變判斷11第3章超高強度硼鋼板材料性能及其理論模型143.1超高強度硼鋼板的物理性能143.1.1常溫物理性能143.1.2高溫物理性能143.2超高強度硼鋼板的力學(xué)性能163.2.1常溫力學(xué)性能163.2.2高溫力學(xué)性能173.3超高強度硼鋼板的本構(gòu)模型193.3.1基于井上勝郎模型的本構(gòu)模型203.3.2基于動態(tài)回復(fù)的本構(gòu)模型233.4超高強度硼鋼板的成形性能283.4.1常溫成形性能283.4.2高溫成形性能283.4.3超高強度硼鋼板熱沖壓成形極限預(yù)測模型303.5超高強度硼鋼板的焊接性能363.5.1焊接接頭的力學(xué)性能分析373.5.2焊接接頭宏觀形貌分析373.5.3焊點的金相分析383.6本章小結(jié)39第4章超高強度硼鋼板熱成形過程中的相變、機理及控制414.1形變奧氏體的擴散相變熱力學(xué)分析414.2鐵素體相變分析454.2.1變形溫度對形變誘導(dǎo)鐵素體相變的影響494.2.2應(yīng)變速率對形變誘導(dǎo)鐵素體相變的影響504.2.3變形后冷卻速率對形變誘導(dǎo)鐵素體相變的影響504.2.4應(yīng)變量對形變誘導(dǎo)鐵素體相變的影響504.3貝氏體相變分析534.4馬氏體相變分析564.4.1馬氏體相變形核功564.4.2馬氏體相變動力學(xué)模型584.5熱沖壓工藝參數(shù)對硼鋼板相變的影響614.5.1冷卻速率對硼鋼板相變的影響614.5.2保溫溫度對硼鋼板相變的影響634.6本章小結(jié)72第5章超高強度硼鋼板熱沖壓的數(shù)值模擬745.1熱沖壓常用數(shù)值模擬軟件概述745.2考慮開模溫度場分布的熱沖壓開模變形仿真755.2.1熱沖壓工藝的耦合分析方法概述765.2.2考慮開模溫度場分布的熱沖壓開模變形仿真方法775.2.3回彈變形的熱力耦合分析流程795.2.4基于Dynaform的B柱的熱沖壓成形過程仿真815.2.5帶有溫度歷程的開模變形仿真方法875.3熱沖壓開模變形仿真模型的驗證955.4本章小結(jié)97第6章超高強度硼鋼板的熱沖壓成形與開模變形986.1成形工藝參數(shù)對熱沖壓工藝的影響986.1.1板料成形初始溫度對熱沖壓工藝的影響996.1.2沖壓速度對熱沖壓工藝的影響1006.1.3板料厚度對熱沖壓工藝的影響1026.1.4保壓條件對熱沖壓工藝的影響1026.2熱成形開模變形的原因及規(guī)律1036.2.1熱脹冷縮及相變膨脹對變形影響分析1036.2.2熱沖壓B柱開模變形的原因及規(guī)律1056.3本章小結(jié)111第7章熱沖壓成形零件的尺寸控制112Ⅴ7.1熱沖壓成形零件的尺寸控制技術(shù)1127.1.1零件接觸壓力的影響1127.1.2模具溫度分布的影響1157.1.3模具型面補償?shù)挠绊?217.2本章小結(jié)123第8章熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計1248.1熱沖壓模具簡介1248.2熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計方法1268.2.1熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計要求1268.2.2熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)1268.2.3熱沖壓模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計及其優(yōu)化1278.3熱沖壓模具熱平衡設(shè)計1358.3.1熱沖壓模具熱平衡分析1358.3.2熱沖壓成形工藝傳熱數(shù)學(xué)模型的建立方法1368.3.3熱沖壓成形工藝傳熱數(shù)值分析方法1398.4本章小結(jié)144參考文獻146后記1512100433B