超高强钢温热成形数值模拟研究

发布时间：2017-10-27 03:36

  本文关键词：超高强钢温热成形数值模拟研究

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【摘要】：当今社会快速发展，对汽车需求越来越大，对汽车的轻量化、安全性要求越来越高，因此高强度钢的应用越发广泛，这就要求冲压件在有较高的强度的同时具有较高的塑性变形能力。尽管马氏体钢强度很高，但有时同一汽车零件的不同部位强塑性不同，为了减少焊接工序，可以采用降低加热温度或差温成形的方法进行热冲压成形，从而得到不同性能梯度的零件，这样可以有效提高零件的吸收撞击能量的能力并提高零件的抗断裂性。因此，具有优良综合力学性能的冲压件具有更加广阔的发展空间和应用前景，而温热成形技术则能获得兼备抗拉强度高与塑性良好的成形件。 本文以2mm厚的22MnB5钢为研究对象，利用有限元仿真软件PAM-STAMP建立U形件模型，分析了不同的加热温度、模具温度和冷却速率对温热冲压成形后温度场、应力应变场及显微组织演变的影响，并对其进行以下数值模拟研究： 1）在相同冷却条件下，设置板材初始加热温度分别为950℃、800℃及650℃，研究板材不同初始加热温度下对其综合机械性能的影响，得出板材初始温度越高，成形阻力越小，成形结束后发生的塑性应变越大，内应力越小；此外，随着板材初始温度的升高，淬火结束后马氏体含量越高，硬度越大，塑性会越小。950℃时会产生马氏体含量很高、硬度及强度很高的马氏体钢；800℃时会产生综合机械性能良好的由马氏体和铁素体组成的双相钢；650℃时产生由铁素体和珠光体组成的碳素钢，且二者含量相差不大，该条件下产生的成形件除具有非常好的塑性之外还具有一定的强度。 2）板材初始加热温度950℃下，，分别设置模具初始温度为25℃、300℃及450℃进行研究不同模具初始温度对综合机械性能的影响，得出模具初始温度越高，淬火结束所需温度越长，板材冷却速率越低，且淬火结束后板材马氏体含量越低，贝氏体含量增高，硬度也越低，塑性变大。 3）通过在冷却管道中通入液氮，得出板材在快速冷却下，在成形阶段即发生马氏体相变，且板材在4s时即完成淬火，并得到硬度极高抗拉强度很大的100%马氏体组织，但快速冷却也导致板材淬火结束后产生很大的内应力。
【关键词】：高强钢 温热成形 相变 数值模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10-12
• 1.2 课题的研究背景及意义12-16
• 1.2.1 超高强钢12-14
• 1.2.2 热成形简介14-15
• 1.2.3 温热成形简介15-16
• 1.3 温热成形的国内外研究现状16-18
• 1.4 研究内容及研究方法18-20
• 1.4.1 研究内容18
• 1.4.2 研究方法18-20
• 第2章 热成形基本原理及热-力耦合有限元分析基本理论20-30
• 2.1 传热学基本概念20-23
• 2.2 金属成形塑性力学基本理论23-24
• 2.3 热-力耦合有限元分析的基本理论24-27
• 2.4 热-力耦合分析主要求解步骤27-30
• 第3章 U 形件的热-力耦合有限元数值模拟30-44
• 3.1 有限元模型的建立30-42
• 3.1.1 U 形件模型及模具尺寸设计30-33
• 3.1.2 板材单元类型33
• 3.1.3 网格划分33-34
• 3.1.4 边界条件设置34-38
• 3.1.5 材料模型及力学性能38-41
• 3.1.6 热冲压数值模拟步骤41-42
• 3.2 有限元计算方法选定42-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第4章 温-热成形的数值模拟结果分析44-58
• 4.1 板料不同初始温度对板材成形的影响44-49
• 4.1.1 温度场分布44-47
• 4.1.2 等效应力应变47-49
• 4.3 模具初始温度对板材成形的影响49-54
• 4.3.1 温度场分布49-53
• 4.3.2 模具初始温度对板材应力应变的影响53-54
• 4.4 快速冷却对板材成形的影响54-57
• 4.4.1 液氮冷却下板材温度场分布54-55
• 4.4.2 快速冷却对板材塑性应力应变的影响55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 温-热成形对板材微观组织变化的影响58-68
• 5.1 马氏体相变基本理论58-59
• 5.2 板材不同初始温度对微观组织的影响59-62
• 5.3 模具不同初始温度对板材微观组织影响62-64
• 5.4 快速冷却对马氏体转变的影响64-66
• 5.5 本章小结66-68
• 第6章 结论与展望68-70
• 6.1 结论68-69
• 6.2 温-热成形技术研究展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74

【共引文献】

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本文编号：1101775