【摘要】：一直以來汽車工業(yè)始終面臨著安全、節(jié)能、環(huán)保等問題。高強鋼的使用成為汽車行業(yè)的一個重大轉(zhuǎn)折點。目前汽車行業(yè)的發(fā)展強調(diào)輕質(zhì)高強,這不僅意味著某些零部件需要減厚,而且還需要保證零部件符合碰撞吸能要求,最大化保護乘客安全。高強鋼沖壓零件在汽車中的應用比例越來越大,市場對高強鋼熱成形局部硬化的需求越來越迫切,研究者對這方面的研究主要涉及在成形模具內(nèi)部設置不同冷卻形式來控制板料成形過程中的冷卻速度。板料與模具型面接觸,在成形和保壓階段進行熱量的傳遞,實現(xiàn)淬火,因此我們可以依據(jù)高強鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線,通過控制模具的溫度,來間接控制板料的冷卻速度,實現(xiàn)局部硬化。本文采用冷軋B1500HS鋼板作為原始沖壓材料,成形模具材料選用H13熱作模具鋼,設計了一套局部硬化成形模具,通過熱成形實驗及有限元模擬進行分析驗證。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)通過對熱成形局部硬化實驗模具的不斷優(yōu)化,確定局部硬化成形實驗模型,依據(jù)現(xiàn)有實驗條件完成模具裝配及實驗設備的選擇,記錄實驗過程中模具溫度值并繪制曲線,結(jié)合高強鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線分析得出結(jié)論:通過加熱模具降低板料冷卻速度能夠降低板料的馬氏體轉(zhuǎn)變程度,獲得韌性較好的貝氏體組織;通過空氣冷卻方式可以控制模具升溫速率,獲得強度較高的馬氏體組織;通過模具預制間隙方法可以減小冷卻區(qū)模具溫度和加熱區(qū)模具溫度的相互影響,提高板料局部強度的可控性。(2)通過不同實驗條件得到?jīng)_壓件,在特定位置處取樣進行力學性能及微觀組織測試,對比分析強度、硬度及組織成分含量,得出結(jié)論:局部硬化成形板料在冷卻區(qū)及過渡區(qū)得到大部分馬氏體組織,冷卻區(qū)材料斷裂方式為脆性斷裂,斷口齊平,抗拉強度達1400Mpa,硬度達460HV;隨著加熱溫度的升高,加熱區(qū)板料馬氏體含量逐漸減少,貝氏體與鐵素體含量逐漸增多,材料以韌性斷裂方式斷裂,斷口呈杯錐狀,抗拉強度由1185.98Mpa減少至620.44Mpa,硬度由397HV降低至210HV,減少47%,成形件U型底部與側(cè)壁性能均布,局部硬化成形板料冷卻區(qū)、過渡區(qū)、加熱區(qū)力學性能及微觀組織含量均呈梯度性變化。(3)針對加熱區(qū),在ABAQUS中建立二維平面U型沖壓模型,分析不同保壓時間、模具加熱溫度對熱沖壓成形板料的影響,得到模具溫度場、板料溫度場及應力場;針對冷卻區(qū),在Fluent中建立三維U型沖壓模型,分析空氣流動速度對熱成形板料的影響,得到模具及板料的溫度場,以高強鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線為分析依據(jù),得到以下結(jié)論:熱沖壓過程中最佳保壓時間為10s,加熱模具可以降低板料的馬氏體轉(zhuǎn)變程度,模具內(nèi)通入的空氣流速高于一定流速時即可使板料得到完全馬氏體組織,最佳空氣流動速度為6m/s。
[Abstract]:The automobile industry has always been faced with safety, energy-saving, environmental protection and other issues. The use of high-strength steel has become a major turning point in the automotive industry. At present, the development of automobile industry emphasizes light weight and high strength, which not only means that some parts need to be thickened, but also need to ensure that the parts meet the requirements of collision energy absorption and maximize the safety of passengers. The proportion of high strength steel stamping parts used in automobile is increasing, and the demand for local hardening of hot forming of high strength steel is becoming more and more urgent. The research involves setting different cooling forms inside the forming die to control the cooling rate in sheet metal forming process. The sheet metal is in contact with the die surface, and the heat transfer is carried out during the forming and holding stage, so we can indirectly control the cooling rate of the sheet metal according to the continuous cooling transformation curve of the high strength steel and by controlling the temperature of the die. Local hardening is realized. In this paper, the cold-rolled B1500HS steel sheet is used as the original stamping material and the forming die material is H13 hot working die steel. A set of local hardening forming die is designed and verified by hot forming experiment and finite element simulation. The main contents of this paper are as follows: (1) through the continuous optimization of the hot forming local hardening experimental die, the experimental model of the local hardening forming is determined, and the assembly of the die and the selection of the experimental equipment are completed according to the existing experimental conditions. The temperature of the die was recorded and the curve was drawn. The conclusion was drawn by analyzing the continuous cooling transformation curve of high strength steel that the martensite transformation degree of the sheet metal could be reduced by heating the mould to reduce the cooling rate of the sheet metal. The bainite structure with good toughness can be obtained and the martensite structure with high strength can be obtained by controlling the heating rate of the mould by air cooling. The influence of die temperature in cooling zone and mold temperature in heating zone can be reduced by the method of mould prefabrication clearance, and the controllability of local strength of sheet metal can be improved. (2) stamping parts can be obtained by different experimental conditions. The mechanical properties and microstructure were measured by sampling at a specific position, and the strength, hardness and content of microstructure were compared and analyzed. It was concluded that most martensite structures were obtained in the cooling zone and transition zone. The fracture mode of the cooling zone is brittle fracture, the fracture surface is even, the tensile strength is up to 1 400 Mpaand the hardness is up to 460 HV.The content of martensite in the heating zone decreases gradually with the increase of heating temperature, and the content of bainite and ferrite increases gradually. The fracture surface is cup cone, tensile strength is reduced from 1185.98Mpa to 620.44MPA, hardness is reduced from 397HV to 210HVH, hardness is reduced by 47mm, the properties of U-shaped bottom and side wall are distributed, local hardening forming sheet metal cooling zone, transition zone, and so on, the material is broken in ductile fracture mode, and the tensile strength is reduced from 1185.98Mpa to 620.44 MPA, and the hardness is reduced from 397HV to 210 HVV. The mechanical properties and microstructure content of the heating zone are gradient. (3) for the heating zone, a two-dimensional plane U-shaped stamping model is established in ABAQUS, and the effects of different holding time and die heating temperature on the hot stamping sheet metal are analyzed. The mold temperature field, sheet metal temperature field and stress field are obtained. For the cooling zone, a three-dimensional U-shaped stamping model is established in Fluent to analyze the effect of air flow velocity on the hot forming sheet, and the temperature field of the die and sheet metal is obtained. On the basis of continuous cooling transformation curve of high strength steel, the following conclusions are obtained: the best holding time is 10 s during hot stamping, and the degree of martensite transformation can be reduced by heating die. When the air velocity in the mould is higher than a certain velocity, the perfect martensite structure can be obtained, and the optimum air flow velocity is 6 m / s.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG306

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10 王辰m，

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