中锰第三代汽车钢温热成形中换热系数的求解分析

发布时间：2017-08-01 02:19

  本文关键词：中锰第三代汽车钢温热成形中换热系数的求解分析

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【摘要】：高强钢板的温热成形技术能够实现汽车轻量化以及安全性的要求,因此备受汽车厂商的青睐,第三代汽车用高强钢在保持高强度的前提下,具有更优越的塑性,有望替代传统汽车用热成形高强钢。高强钢的热成形是复杂的热交换过程,包括样件转运过程、钢板与空气进行热对流换热；在热成形界面接触过程中,钢板样件与模具之间接触传热,样件温度场的变化影响其马氏体相变过程,进而影响成形件的力学性能,并且换热系数对于热成形模拟仿真的准确求解至关重。本文通过设置自适应圆台实验模型,建立反传热法求解换热系数的数学模型,研究在整个热成形过程中模具界面的换热系数,并探究冲压压强、涂层、模具材料等因素对换热系数的影响,具体研究内容如下：(1)样件发生热交换时,若毕渥数小于0.1,可利用集中参数法求解样件在转移过程中的换热系数；若毕渥数大于0.1,利用Beck反算法求解样件在模具淬火过程中的换热系数。(2)探究压强分别为1MPa、5MPa、10MPa、15a、20MPa下的换热系数随温度变化的规律,冲压压强越大,实际接触面积越大,样件与模具界面的换热系数也越大,且存在幂函数的关系,表示IHTC=1459.8*P^0.3651(W/m2·K)；相同压强下,界面换热系数随温度的降低呈现先升高后下降趋势。(3)探究防氧化涂层对界面换热系数的影响,研究发现,氧化涂层越厚,换热系数越小,近似满足一定的函数关系,表示为：(4)钢板样件在高温加热时会产生氧化皮,由于氧化皮的导热系数比钢板基体的导热系数小,因此氧化皮越厚,样件与模具之间的界面换热系数越小。研究发现加热温度为850℃,保温时间为9min时,氧化失重百分比仅为2.8%,说明中锰钢具有较好的抗氧化能力；探究加热温度分别为800℃、830℃、860℃下的换热系数,研究发现,相同冲压压强下,加热温度越高的,氧化失重量越大,换热系数越小。(5)不同的模具材料具有不同的比热容、热导率,综合比较两种模具材料在冲压压强为15MPa时的界面换热系数,研究发现,45#钢是H13钢的1.3倍左右,达到热平衡的时间45#钢也远低于H13钢。
【关键词】：热成形 中锰钢 界面换热系数 压强
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U466
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 引言9-11
• 1.2 汽车用高强钢的发展及中锰钢(TG钢)的优势11-14
• 1.3 车用高强钢板热成形技术及研究现状14-16
• 1.3.1 高强钢板热成形工艺14-15
• 1.3.2 热成形技术国内外研究现状15-16
• 1.4 界面换热系数研究现状以及意义16-18
• 1.5 本文研究的主要内容18-19
• 2 传热学的理论应用和界面接触模型19-27
• 2.1 热量交换方式19-21
• 2.2 导热问题的数学描述21-22
• 2.2.1 导热微分方程21
• 2.2.2 导热问题边界条件分类21-22
• 2.3 换热系数求解方法22-24
• 2.3.1 集中参数法22-23
• 2.3.2 Beck反传热法23-24
• 2.4 界面接触模型24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 实验方案和换热系数求解模型27-40
• 3.1 试验方案27-31
• 3.1.1 实验装置27-29
• 3.1.2 实验过程29-31
• 3.2 求解换热系数的数学模型31-39
• 3.2.1 圆台模型一维传热验证32-34
• 3.2.2 求解换热系数的数学模型34-39
• 3.3 本章小结39-40
• 4 换热系数的影响因素分析40-61
• 4.1 压强对换热的影响40-47
• 4.1.1 不同压强下样件的冷却速率42-43
• 4.1.2 不同压强下样件的换热系数43-45
• 4.1.3 换热系数与压强的函数关系45-46
• 4.1.4 样件热成形后的微观组织46-47
• 4.2 涂层对换热的影响47-50
• 4.3 中锰钢氧化皮对换热的影响50-57
• 4.3.1 高强钢的氧化50-52
• 4.3.2 影响钢材高温氧化的主要因素52-53
• 4.3.3 中锰钢氧化失重量53-55
• 4.3.4 中锰钢表面氧化皮对换热的影响55-57
• 4.4 模具材料对中锰钢界面换热系数的影响57-59
• 4.5 本章小结59-61
• 5 中锰钢热成形温度场仿真验证61-66
• 5.1 有限元模型的建立61-64
• 5.1.1 建立圆台几何模型并设置材料61-63
• 5.1.2 网格划分63
• 5.1.3 定义接触关系并设定分析步63-64
• 5.2 仿真结果分析64-65
• 5.3 本章小结65-66
• 6 结论66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

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本文编号：602125