高强度防撞梁热成形微观组织及力学性能变化的研究

发布时间：2017-09-19 18:28

  本文关键词：高强度防撞梁热成形微观组织及力学性能变化的研究

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【摘要】：热成形工艺是近几年来针对车用高强度钢成形技术方面发展起来的一种新的技术,热成形技术是先将高强度钢(如BR1500HS、22MnB5等高强度钢)在加热过程中奥氏体化,经一定时间的保温,使其完全奥氏体化,然后送入带有冷却系统的模具中热成形并淬火,最终材料获得完全的马氏体组织。与传统的冷成形过程相比,热成形时,材料的变形抗力小、塑性好,经快速冷却淬火,获得高甚至超高强度。材料的热成形强化过程必然导致材料内部组织和结构发生变化。观察热成形后材料的微观组织变化并去解释微观结构变化对材料力学性能变化的影响是本课题研究的主要内容。课题以针对BR 1500HS高强度钢防撞梁为例,研究材料热成形后其微观结构变化规律与力学性能之间的关系,同时对材料热成形工艺参数及影响因素等进行研究。即研究在一定淬火速率下,通过控制加热温度、保温时间、移动时间,观察材料热成形后的微观组织(形貌、晶粒尺寸大小等),测试热成形后材料的力学性能,得到热成形后材料微观结构变化与力学性能之间的关系,以及热成形加热温度、保温时间、移动时间对材料微观结构及力学性能变化的影响;根据加热保温过程中材料表面氧化现象,研究材料表层沿厚度方向微观结构变化及对力学性能的影响,如高强度汽车防撞梁热成形后,表层氧化对防撞梁抗冲击性能的影响等。课题研究表明,材料在加热至完全奥氏体化温度后进行热成形,由于急剧高温-冷却的作用,材料表层产生氧化脱碳,同时还伴有其他合金元素含量的变化,其表层由表到里形成铁素体组织、铁素体及马氏体的混合组织、完全马氏体组织的渐变微观结构,里层为均匀板条马氏体组织的微观结构。材料微观结构的变化直接影响到材料力学性能的变化,热成形后,材料的抗拉强度、硬度及抗冲击性能明显提高,延展性下降。通过响应曲面分析方法优化了热成形工艺参数。采用本课题研究成果,进行某公司生产防撞梁(BR1500HS)时生产工艺与参数的优化选取,优化后防撞梁的强度由原始的650MP a提高到1550MPa,硬度由原始的30.1HRC提高到51.3HRC,所能承受的最大冲击力提升了1.5倍,极大的提高了汽车的安全性。
【关键词】：热成形 高强度钢 微观结构 力学性能 变化规律 防撞梁
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 高强度钢在汽车领域的应用10-12
• 1.2 热成形高强度钢的应用现状12-13
• 1.3 高强度钢热成形工艺的研究13-14
• 1.4 课题研究的背景和意义14
• 1.5 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 热成形微观组织变化影响因素研究16-33
• 2.1 引言16
• 2.2 实验试样、器材及方案16-20
• 2.2.1 实验材料及试样16-18
• 2.2.2 实验器材18-20
• 2.2.3 实验方案20
• 2.3 移动时间的选择范围20-22
• 2.3.1 散热温度随滞空时间变化20-21
• 2.3.2 试样强度随移动时间变化21-22
• 2.4 成形模具压力的选择22-23
• 2.5 热成形工艺参数对高强度硼钢微观结构的影响23-29
• 2.5.1 热成形正交实验23-24
• 2.5.2 不同热成形工艺条件下的微观组织24-27
• 2.5.3 形变对微观结构变化的影响27-28
• 2.5.4 工艺参数的变化与断口形貌28-29
• 2.6 微量元素的具体作用29-31
• 2.6.1 合金元素对钢的淬透性能的影响29
• 2.6.2 碳（C）、硼（B）两重要元素在热成形中的作用29
• 2.6.3 碳（C）、硼（B）元素对材料表面的特殊作用29-30
• 2.6.4 保温时间对表面渐变层厚度的影响30-31
• 2.7 结论31-33
• 第3章 力学性能变化及优化工艺参数研究33-48
• 3.1 引言33
• 3.2 力学测试实验装备及方案33-35
• 3.2.1 拉伸实验34
• 3.2.2 硬度检测34-35
• 3.3 实验结果分析35-39
• 3.3.1 测试实验结果汇总35-36
• 3.3.2 力学性能实验结果分析36
• 3.3.3 各加热温度下保温时间对抗拉强度的影响36-37
• 3.3.4 各加热温度下保温时间对硬度的影响37-38
• 3.3.5 表层硬度值变化38-39
• 3.3.6 各加热温度下保温时间对延伸率的影响39
• 3.4 工艺参数的优化39-46
• 3.4.1 响应曲面方法原理39-41
• 3.4.2 响应曲面分析与优化41-46
• 3.5 微观结构反映力学性能46
• 3.6 结论46-48
• 第4章 防撞梁感应加热的参数选择及渐变结构提高冲击性能研究48-61
• 4.1 引言48
• 4.2 防撞梁高频感应加热过程原理及成形48-49
• 4.3 实验条件49-51
• 4.4 完全马氏体化工艺参数值的确定51-54
• 4.4.1 传送速度对热成形效果的影响51-53
• 4.4.2 感应电流对热成形效果的影响53-54
• 4.4.3 热成形加热机床的工艺参数范围54
• 4.5 力学性能检测54-58
• 4.5.1 抗拉性能测试55-56
• 4.5.2 静态弯曲测试56-57
• 4.5.3 硬度测试57-58
• 4.5.4 抗冲击性能模拟58
• 4.6 渐变结构提高防撞梁抗冲击性能58-59
• 4.7 结论59-61
• 第5章 结论与展望61-63
• 5.1 结论61
• 5.2 研究展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-67
• 在学期间科研成果情况67

【参考文献】

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本文编号：883239