B1500HS超高强钢初始成形温度的实验研究

对B1500HS超高强钢进行了不同温度下的拉深实验和杯突实验,研究了初始成形温度对B1500HS钢拉深成形性能和胀形成形性能的影响规律。对钢进行不同温度下的淬火实验,研究了初始成形温度对B1500HS淬火后微观组织和力学性能的影响。结果表明:当初始成形温度为700℃时,板料具有最佳的拉深成形性能和胀形成形性能;试样淬火后获得完全马氏体组织,抗拉强度为1623 MPa,硬度为513.5 HV。综合考虑板料高温成形性能及淬火后性能,确定B1500HS超高强钢的最佳初始成形温度为700℃。

BR1500HS超高强度钢本构模型的建立及验证

在Gleeble3500热模拟实验机上,采用等温热拉伸实验对BR1500HS超高强度钢在变形温度为1 023,1 073,1 123和1 173 K,应变速率为0.01,0.10和1.00 s-1条件下的热流变行为进行研究。根据蠕变理论及实验流动应力曲线确定材料变形激活能、硬化指数等相关材料常数并引入Zener-Hollomon参数。通过位错密度演化模型描述加工硬化和动态回复对流动应力的影响,并建立包含稳态应力σss、屈服应力σ0和动态回复速率系数r这3个参数的本构模型。研究结果表明:由建立的本构模型所绘制的流动应力曲线与实验曲线具有高度一致性,所建立的本构模型能够应用于BR1500HS超高强度钢热拉伸过程的数值模拟及热成形工艺分析。通过回归分析法建立模型参数关于Z参数的表达式,获得流变应力与变形条件的关系。

高空作业车臂用BR1500HS超高强钢的热处理工艺研究

采用JMatPro软件对BR1500HS超高强钢的热物理特性进行模拟,获得高空作业车臂用钢的CCT曲线。分别在不同加热温度、保温时间、淬火转移时间下进行热处理试验,对不同热处理参数下钢的抗拉强度和伸长率进行分析,通过金相组织变化对钢力学性能影响分析钢的微观机理。结果表明:BR1500HS超高强钢的抗拉强度随加热温度升高先升高后降低,在900℃时抗拉强度最高。随淬火转移时间的增加,钢的抗拉强度明显下降,伸长率升高;当淬火转移时间超过18 s后,钢的抗拉强度低于1000 MPa。

热冲压高强钢B1500HS的淬火-碳分配试验研究

为克服现行热冲压制件塑性较差的缺点,研究将淬火-碳分配(Quenching-Partitioning)工艺与热冲压工艺结合的可行性。通过热冲压高强钢B1500HS的全马氏体转变、Q&P一步法和Q&P两步法的热模拟试验、拉伸试验、显微组织观察等方法,研究了不同Q&P热处理工艺参数对材料性能的影响。结果表明,在合适的工艺参数下,Q&P一步法能获得恰当的马氏体和残留奥氏体组织,在基本保证热冲压制件超高强度的同时有效提高其伸长率,从而提升制件的综合力学性能。试验结果显示,与代表现行热冲压工艺的全马氏体转变相比,Q&P一步法提高强塑积约24%。

B1500HS高强度钢与AA5052铝合金自冲铆接成形与力学性能分析

为研究B1500HS高强度钢与AA5052铝合金自冲铆接力学性能,进行自冲铆接试样准静态拉伸试验与轴向拉-拉疲劳试验。采用最小二乘法对疲劳试验数据进行拟合得到载荷/应力比-寿命曲线,分析了载荷水平和应力比对自冲铆接接头疲劳性能的影响。结果表明:准静态拉伸试样SAT(B1500HS+AA5052)的自冲铆接成形参数优于AST(AA5052+B1500HS)试样成形参数,基板顺序对准静态拉伸最大失效载荷影响较小,但SAT试样失效位移远大于AST试样。在不同载荷水平及应力比下,SAF(B1500HS+AA5052)试样的疲劳性能均优于ASF试样(AA5052+B1500HS)。在取值范围内,两种试样的疲劳寿命随载荷水平的增大而减小,随应力比的增大而增大。SAT试样的准静态拉伸失效形式为B1500HS基板的材料撕裂,AST试样的准静态拉伸失效为铆钉由AA5052铝合金板脱离出来。SAF试样的疲劳失效形式为铝合金板由铆接点单向延伸至基板边缘的断裂,而ASF试样铝合金板产生翼状对称宏观疲劳裂纹。

B1500HS钢低冷速形变下的力学性能与Hall-Petch关系

采用Gleeble热模拟试验,结合光学显微镜观察、硬度测试及计算分析方法,研究了超高强钢冷轧钢板B1500HS在低冷速(不大于40℃/s)变形下的微观组织和力学性能,并归纳总结了B1500HS钢的显微硬度与晶粒尺寸之间的Hall-Petch关系。结果表明,在热模拟试验中,变形温度的降低、冷却速度的增加或应变速率的增加,都可以细化铁素体晶粒,提高材料力学性能;B1500HS钢的显微硬度HV和晶粒尺寸d之间的Hall-Petch关系可表达为:HV=-290.8+0.987 d-1/2,经验证,对晶粒尺寸在3.3~4.7μm范围的超高强钢B1500HS钢板材,其显微硬度的计算值与测量值偏差较小,Hall-Petch关系具有很好的适用性。

保温时间对镀锌B1500HS钢镀层组织和成分的影响

利用扫描电镜和能谱仪研究了不同保温时间对镀锌B1500HS钢镀层组织演变规律的影响,采用X射线衍射仪验证了基体元素扩散对镀层组织的影响。结果表明:镀层厚度随保温时间的延长逐渐增加,但当保温时间延长到7 min时,镀层厚度增幅变小。Г相与α-Fe(Zn)含量随保温时间的增加而发生变化,保温时间为3 min时,镀层表面由Г相、α-Fe(Zn)相和ZnO组成,保温时间为7 min时,Г相消失。Mn元素由基体扩散至镀层表面,在不同的保温时间下分别形成了MnO2和ZnMn2O4。Al元素在保温时间为7 min时聚集于混合氧化层与α-Fe(Zn)相之间,形成Al2O3。

超高强钢QP980液压成形B柱仿真及试验研究

目的研究超高强钢QP980液压成形汽车B柱的可成形性。方法基于Autoform有限元模拟软件,仿真对比了宝钢第三代超高强钢QP980及当前广泛应用的DP980超高强钢液压成形B柱的可成形性,通过试验试制了QP980液压成形B柱,并与仿真结果进行对比。结果在相同工艺条件下,QP980具有较高安全裕度,DP980具有开裂风险,采用2种材料模拟壁厚减薄率及回弹趋势一致,DP980壁厚减薄率大于QP980,QP980回弹大于DP980;QP980液压成形B柱模拟及试验对比显示,壁厚减薄率和回弹变化趋势一致,试验壁厚减薄率大于模拟,样件实际回弹小于模拟,QP980液压成形B柱实测最大壁厚减薄率7.6%,一端施加约束,另一端回弹约6 mm。结论超高强钢QP980液压成形B柱成形性良好,满足零件性能要求。

B1500HS热成形钢与DP钢的点焊接头拉剪性能

文中以3种强度级别的双相钢(DP780,DP980,DP1180)和B1500HS热成形钢的电阻点焊接头为研究对象,研究了DP钢强度对点焊接头拉剪性能的影响,分别观察和分析了接头宏观形貌和微观组织,测试和分析了接头的硬度分布及接头的断裂模式。结果表明,DP钢强度对接头的拉剪强度影响很小,但会影响其断裂模式。B1500HS/DP780的断裂是焊核从DP钢侧拔出,另2种的则是焊核从B1500HS侧拔出,但它们的初始起裂位置均位于亚临界热影响区。B1500HS侧亚临界热影响区软化严重,较基体硬度下降约29%~36%,而DP780无明显软化现象,DP980和DP1180侧的亚临界热影响区软化率分别为17%和25%。说明在异种材料电阻点焊过程中其热影响区的软化程度会影响点焊接头的断裂模式。

1500MPa超高强马氏体钢回弹影响因素分析

为了研究1500MPa超高强钢的弯曲回弹性能,提升超高强钢的冷弯成型、冲压等回弹控制精度,本文对1500 MPa冷轧酸洗的超高强马氏体钢进行了三点弯曲试验,评价了超高强钢的弯曲回弹性能。基于三点弯曲试验装置的几何原理,设计了可在线测量样件弯曲角度的仿真模型,实现了对样件弯曲角度的精准测量。通过对比弯曲和回弹角度,分别分析了压下速度、厚度、弯曲半径和相对弯曲半径对材料的弯曲回弹性能的影响。结果表明,1500 MPa超高强马氏体钢随着压下速度的增加,回弹角度略有增大,速度为20 mm/min时回弹最稳定;厚度增加,回弹减小;弯曲半径增大,回弹增大;相对弯曲半径为定值时,回弹程度不同。对比各因素对材料弯曲回弹性能的影响,板厚与弯曲半径同样变化60%的前提下,材料的弯曲回弹改变比例相差36%,板厚是影响超高强钢回弹的最主要因素。

富Cu析出强化贝氏体超高强钢的组织特征及强韧化机制

由于传统超高强钢高的碳含量导致其焊接性严重恶化,低碳含量的含Cu超高强钢因具有优异的焊接性而受到广泛关注,在高载荷焊接结构中具有较好的应用前景。为了获得更为优异的强韧性,将铁素体低碳纳米富Cu超高强钢的基体组织优化为板条贝氏体,分析了优化后试验钢的微观组织及纳米富Cu析出相晶体结构的特征,并基于常温拉伸试验及示波冲击试验探究了试验钢的强韧化机制。结果表明:该板条贝氏体低碳纳米富Cu析出强化超高强钢的强韧性能匹配优异,其屈服强度为1334 MPa,-40℃冲击吸收能量为63.5 J。该试验钢贝氏体基体中含有大量1~5 nm尺寸的B_(2)型富Cu析出相。纳米富Cu相的析出强化是主要强化的机制,对屈服强度的贡献约700 MPa;而且细小的晶粒尺寸(3.11μm)、较高的位错密度(8.2×10^(13)m^(-2))也有效地提高了试验钢的屈服强度,细晶强化和位错强化增量分别约305和215 MPa。试验钢中的贝氏体板条束亚结构对裂纹扩展起到阻碍作用,使其在提高强度的同时仍具有良好的冲击韧性。

基于复相组织精细调控的硼钢高强韧热冲压工艺

为解决强韧性协调困难问题,以B1500HS硼钢为研究对象,开展基于复相组织精细调控的硼钢高强韧热冲压工艺研究。以加热温度、保温时间和成形温度为设计因素,进行多指标综合评分的正交试验设计,开展平模强韧化热冲压试验;通过单向拉伸试验、Kahn试验和夏比摆锤冲击试验获得成形后构件的强度、塑性和韧性指标,采用OM、SEM对试样微观组织、形貌分布及断口形貌进行表征,揭示了微观组织对热冲压构件强韧性的影响规律,获得了高强韧性热冲压构件的相组成和形貌的最佳匹配。结果表明:加热温度900℃、保温时间1 min和成形温度750℃时,试样抗拉强度、断后伸长率、撕裂强度、单位面积裂纹形核功和冲击韧性值相较于常规热冲压试样分别提升8.42%、57.00%、5.31%、14.75%和27.87%。此时复相组织中粒状贝氏体(约8%)及块状铁素体(约10%)提升了构件韧性;而细小致密的板条马氏体(约82%)及贝氏体中的细小、均匀分布的球状M-A岛提升了组织强度。

超高强钢管件热气胀成形特性与A柱样件开发

1.5 GPa超高强钢结合新型成形工艺,可以获得轻量化及性能优异的零部件。以B1500HS超高强钢为对象,研究了其热气胀成形特性,并采用实验手段获得了该超高强钢的热态拉伸性能及最大胀形率,为该材料在零件设计和开发中的应用提供了指导和依据。进一步以典型A柱为对象,完成了冲压件优化为管件的零件设计,并基于B1500HS超高强钢的成形特性,完成了热气胀成形工艺设计、仿真分析和优化,并加工获得了满足强度要求、轻量化效果超过10%的合格A柱样件。研究成果为汽车行业采用1.5 GPa超高强钢热气胀成形零件提供了可行性示范。

基于Dynaform的SUV汽车B柱热冲压成形仿真分析与工艺研究

研究了采用B1500HS钢制成的某款SUV汽车B柱加强板的热冲压变形过程,利用中心差分法得到热冲压硼钢变形时单元体的温度公式,通过有限元模拟软件Dynaform建立B柱热-力-相耦合模型,研究B柱典型U形截面受力情况和温度场分布,同时分析B柱厚度、减薄率、屈服应力、硬度变化情况。有限元分析表明,B柱热冲压变形时,凸模圆角区和直壁区受到较大的拉应力及厚压应变的作用,易发生减薄。进行了B柱热冲压成形试验,结果表明,热冲压B柱的微观组织均为板条状马氏体,维氏硬度达到457 HV以上,屈服强度达到1200 MPa以上,满足热冲压零件淬火强化性能要求,验证了热冲压数值模拟的可靠性。

车门防撞梁热成形工艺优化仿真与试验

基于DYNAFORM软件热冲压模块,研究了由B1500HS钢制成的某型轿车车门防撞梁热成形过程。通过引入H13模具钢热物性参数,并将相变潜热因素考虑在内,利用多步差分法得到了温度场单元体变分公式;依据车门防撞梁结构特征进行工艺分析,建立了车门防撞梁的两种热力相耦合模型。通过对比分析两种方案下整体及典型M形截面应力场、温度场和厚度分布结果发现:带压料板式方案所得产品热成形及淬火后应力场、温度场及厚度分布均匀,更适合热冲压成形。最后依据压料板式方案进行了成形试制,得到车门防撞梁的显微组织均为马氏体,底部与顶部的马氏体板条更为细小,维氏硬度超过450HV,符合热冲压零件性能标准。