超高强钢板导电加热工艺及装备的研究

发布时间：2018-04-24 12:34

本文选题：热冲压成形 + 超高强钢　；参考：《华中科技大学》2016年博士论文

【摘要】：随着能源与环境危机的日益严峻,节能减排是汽车行业未来发展的方向,实现节能减排的有效途径是在不损失汽车结构强度的前提下实现轻量化,超高强钢板的热成形零件满足了汽车轻量化及结构强度的要求。热成形工艺始于超高强钢的奥氏体化及碳扩散的均匀化,传统热成形采用辐射加热(辊底式加热炉或者多层箱式炉)来完成该过程,该方法具有坯料温度均匀性好的优点,但是加热速率慢、能量利用率低、占据空间大、灵活性差,影响了热成形的生产节拍,增加了投资与维护成本,同时也提高了单件零件的成本。导电加热具有加热速率快、能量利用率高、灵活性好的优点,解决了辐射加热的不足。快速加热能细化超高强钢的奥氏体晶粒,缩短奥氏体化时间,提高热成形零件的强塑积。本文对快速导电加热超高强钢的奥氏体化机理和加热规范,超高强钢Al-Si镀层微观形貌、组织和表面三维形貌的变化规律以及全尺寸汽车安全件的快速导电加热试验线的关键技术等方面进行了系统研究,具体研究工作如下：(1)根据相变动力学原理和试验测得的热膨胀曲线,建立了快速加热奥氏体相变扩展动力学模型;基于超高强钢奥氏体生长的元胞自动机计算模型,考虑加热速率对奥氏体化开始温度与结束温度以及奥氏体形核与长大的影响,探索了加热速率和最高加热温度对超高强钢奥氏体化过程的影响规律,分析在奥氏体化过程中,碳浓度和奥氏体晶粒的变化规律：并对计算结果进行了论证,最后制定了快速加热的加热规范。(2)根据Fe-Al-Si反应扩散动力学的原理,研究了快速加热的加热速率、加热温度和保温时间对Al-Si镀层微观形貌、组织和表面三维形貌的影响规律,针对导电加热加热速率可调控的特性,提出了适合于镀层板加热的分步加热工艺,为实现导电加热技术在镀层板中的推广应用提供理论基础。(3)基于机械、电气和控制工程学以及传热学的原理,设计和开发了导电加热试验装置,实现了坯料在模上加热和成形淬火过程的闭环伺服控制；结合试验装置与热成形试验线,在解决温度控制、热膨胀及温度均匀性等关键技术的基础上,开发了仝尺寸汽车安全件导电加热试验线,实现了坯料快速加热、输送和冲压成形的联动控制。(4)根据电热学理论,在导电加热试验装置上探索了不同保温策略对等截面矩形件电加热特性和温度均匀性的影响规律;研究了坯料形状、孔、缝、槽对电加热特性及最终温度分布的影响规律。针对导电加热加热区域可以选择的特性,探究了通过局部导电加热的方法在坯料上实现非加热区、加热区与非加热区的组合,最终实现了热成形试件力学性能的变强度分布。结果表明,快速导电加热获得的热成形制件高强区的强塑积高于辐射加热。(5)在导电加热及热成形试验线上分别开展了汽车前保险杠坯料的加热及成形试验研究。结果表明,不均等辐射传热技术实现坯料整体温度的均匀化,获得的前保险杠零件成形精度在+0.59-0.84mm,均温区的维氏硬度达到了480HV以上,均温区的抗拉强度、伸长率和强塑积分别超过了1490MPa、6.8%和11.1GPa·%。
[Abstract]:The effects of heating rate and maximum heating temperature on austenite grain size , microstructure and surface three - dimensional morphology of ultra - high strength steel have been studied . The effect of heating rate and maximum heating temperature on austenite grain size , microstructure and surface three - dimensional morphology of ultra - high strength steel is discussed .
Based on the key technologies such as temperature control , thermal expansion , temperature uniformity and so on , the influence law of heat and temperature uniformity of the blank is studied .

【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U466;TG142.1

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