汽車超高強鋼熱成形零件力學性能梯度分布的研究

《汽車超高強鋼熱成形零件力學性能梯度分布的研究》是依託華中科技大學，由張宜生擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：汽車超高強鋼熱成形零件力學性能梯度分布的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張宜生
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

為滿足汽車超高強鋼熱成形零件力學性能與車身安全性相匹配的要求，即對強度要求高的區域生成馬氏體以提高抗衝擊能力，對塑性和延伸率要求高的區域生成珠光體或貝氏體以吸收能量，提出熱成形選擇性冷卻工藝，實現零件力學性能梯度分布。研究成形過程中板料與模具間接觸換熱規律，採用接觸熱阻表征接觸界面的換熱特性，建立求解接觸導熱係數的正則化泛函；探索不同溫變速率下組織演變的規律，建立過冷奧氏體相變動力學模型，為冷卻路徑的選擇提供依據；考慮應力誘導相變、相變塑性、相變潛熱問題引起的材料非線性，建立適用於超高強度鋼熱成形的材料模型，實現成形過程溫度場-組織場-應力應變場耦合計算,跟蹤局部溫度場的變化及其對冷卻路徑的影響；開發實現零件非均勻冷卻的模具和溫度控制系統，分析影響零件力學性能梯度分布的主要因素；探究目標零件的力學性能梯度分布與碰撞回響的關係，為汽車輕量化及提高耐撞性提供新方法和理論基礎。

結題摘要

隨著對汽車輕量化、節能減排和安全性要求的日益提高，高強鋼越來越多地被用於車體的重要結構件和安全零部件的製造。熱成形技術由於其具有成形性能好、成形載荷小、回彈小和淬火後零件強度高等優勢而得以在汽車工程廣泛套用，而零部件力學性能與車身安全性能要求相匹配的問題使得高強鋼熱成形零件TTP（Tailored Tempering Properties）技術應運而生，也即同一零件的不同區域具有不同的力學性能。本項目根據微觀組織演變規律，選擇高強鋼的冷卻速率或相變路徑，通過不同溫度的分塊模具、差異化的初始坯料溫度和局部回火等方法獲得高強鋼TTP熱成形零件。研究了模具與板料間的接觸熱阻與壓強、間隙和板料表面狀況的關係，獲得了板料與模具的熱互動條件對傳熱效果的影響。針對熱成形過程中板料的熱傳遞狀態，考慮相變潛熱影響，建立了熱成形全過程傳熱模型，修正Li相變模型，結合數值模擬最佳化方法準確預測不同冷卻路徑下的各相含量以及力學性能。利用DIC技術從全應變域角度建立了馬氏體、貝氏體和鐵素體/珠光體組織的彈塑性本構模型，結合物理實驗與數值模擬方法獲得單純試驗方法難以確定的斷裂模型參數，最終利用線性法則和RVE模型確定混合組織的本構模型和斷裂模型。數值模擬分析整車側面碰撞過程，比較不同強度材料的B柱零件各監測點的侵入量和侵入速度，證明了高強鋼材料以及 TTP 工藝對於整車側面碰撞性能的提升效果。研究了過渡區域位置、軟化區材料、過渡區域長度和過渡區域劃分數量對於乘客頭部和肩部的侵入量及侵入速度大小的影響。基於自主研發的高強鋼板高溫摩擦磨損試驗機，研究熱成形過程中坯料與模具之間的摩擦磨損機理，針對TTP工藝改進傳統高溫摩擦試驗機，研究了在不同初始坯料溫度、不同模具溫度以及不同冷卻速率條件下的摩擦磨損行為。本項目的研究成果對於高強鋼TTP熱成形零件在汽車行業的套用具有重要意義。