TRIP鋼板成形性能和回彈特性研究.pdf_第1頁(yè)
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1、利用變形過(guò)程中相變誘發(fā)塑性(TRIP)現(xiàn)象研制的TRIP鋼兼具強(qiáng)度高、塑性好的特點(diǎn),在汽車(chē)輕量化過(guò)程中顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。作為一種新型鋼板,特殊的化學(xué)成分設(shè)計(jì)和軋制工藝使TRIP鋼在室溫下含有亞穩(wěn)態(tài)奧氏體組織,在塑性變形過(guò)程中會(huì)發(fā)生向馬氏體的轉(zhuǎn)變,產(chǎn)生局部硬化,從而帶來(lái)材料塑性的提高。相變誘發(fā)塑性效應(yīng)賦予TRIP鋼良好力學(xué)性能,改善了TRIP鋼的成形性能,然而TRIP鋼具有良好成形性能的同時(shí)回彈也很?chē)?yán)重,且由于相變的影響導(dǎo)致用傳統(tǒng)的

2、線性彈性卸載預(yù)測(cè)TRIP鋼的回彈精度不高,因此研究TRIP鋼在塑性變形過(guò)程中的相變行為,弄清TRIP效應(yīng)改善成形的機(jī)理,提高TRIP鋼回彈的預(yù)測(cè)精度,對(duì)推廣TRIP鋼板的工程應(yīng)用、縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期有著重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。 本文在借鑒和吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)成果的基礎(chǔ)上針對(duì)TRIP鋼的相變行為、硬化特性、成形性能和回彈特性等進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。首先是建立基于應(yīng)變路徑的TRIP鋼相變動(dòng)力學(xué)模型,使其更適應(yīng)于在板料成形中的應(yīng)用;在此

3、基礎(chǔ)上利用平均場(chǎng)理論建立TRIP鋼流動(dòng)力學(xué)模型,分析殘余奧氏體體積含量和穩(wěn)定性對(duì)硬化特性的影響;然后實(shí)現(xiàn)沖壓過(guò)程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變量分布的計(jì)算機(jī)預(yù)報(bào),揭示TRIP鋼具有良好成形性能的機(jī)理,并針對(duì)TRIP鋼的成形工藝進(jìn)行了優(yōu)化;最后考慮TRIP鋼變形中由于相變導(dǎo)致彈性模量的變化,建立彈性模量演化模型以實(shí)現(xiàn)TRIP鋼的非線性彈性卸載,提高了TRIP鋼回彈的預(yù)測(cè)精度,并通過(guò)穩(wěn)健設(shè)計(jì)制定合適工藝,降低TRIP鋼回彈對(duì)外部噪聲因素的敏感性。主要研究

4、內(nèi)容如下: (1)基于應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)變路徑的馬氏體動(dòng)力學(xué)模型。遵循從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的科學(xué)研究方法,選擇典型的單調(diào)加載模式實(shí)驗(yàn),獲得殘余奧氏體體積含量與應(yīng)變量的定量關(guān)系,通過(guò)應(yīng)力三軸水平參數(shù)來(lái)表征應(yīng)力狀態(tài),建立了基于應(yīng)力狀態(tài)的馬氏體相變動(dòng)力學(xué)模型;并推導(dǎo)了應(yīng)力三軸水平和應(yīng)變路徑的關(guān)系,建立了基于應(yīng)變路徑的馬氏體動(dòng)力學(xué)模型。馬氏體動(dòng)力學(xué)模型是后續(xù)力學(xué)模型的基礎(chǔ)。 (2)TRIP鋼的流動(dòng)力學(xué)模型和力學(xué)特性研究。結(jié)合建立的TRIP鋼相

5、變動(dòng)力學(xué)模型,在分析TRIP鋼各微觀相的彈塑性變形行為基礎(chǔ)上,利用Hill自洽理論和平均場(chǎng)理論推導(dǎo)了TRIP鋼的流動(dòng)力學(xué)模型,并依據(jù)所建立的力學(xué)模型研究TRIP效應(yīng)影響下的TRIP鋼的特殊硬化行為,分析TRIP鋼中殘余奧氏體初始體積含量和穩(wěn)定性對(duì)TRIP鋼硬化特性的影響規(guī)律。該模型是進(jìn)行TRIP鋼成形性能仿真研究的基礎(chǔ)。 (3)TRIP鋼成形性能和工藝優(yōu)化研究。通過(guò)實(shí)現(xiàn)相變?cè)赥RIP鋼沖壓零件中分布的計(jì)算機(jī)預(yù)報(bào),指出在零件危險(xiǎn)部

6、位由于相變量多而降低材料層錯(cuò)密度,降低了材料發(fā)生破裂的概率,而且由于相變強(qiáng)化作用,零件危險(xiǎn)部位產(chǎn)生局部硬化而減小TRIP鋼的局部減薄率,揭示了TRIP鋼具有良好成形性能的機(jī)理;在可描述相變誘發(fā)塑性特點(diǎn)的成形極限預(yù)測(cè)準(zhǔn)則基礎(chǔ)上,計(jì)算TRIP型多相鋼的最大拉深高度,與無(wú)TRIP效應(yīng)時(shí)的最大拉深高度進(jìn)行對(duì)比研究TRIP效應(yīng)影響成形性能的程度;接著分析沖壓工藝條件對(duì)TRIP鋼相變的影響,找出決定TRIP效應(yīng)大小的工藝因素,為工藝優(yōu)化提供鋪墊;最

7、后針對(duì)杯形件拉深進(jìn)行隨時(shí)間變壓邊力優(yōu)化和毛坯尺寸優(yōu)化,針對(duì)盒形件拉深的隨位置變化的壓邊力優(yōu)化和毛坯形狀優(yōu)化,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明優(yōu)化解不僅可以避免零件成形缺陷還可以保留足夠的殘余奧氏體來(lái)提高零件的后續(xù)變形能力,可以指導(dǎo)TRIP鋼的成形工藝。 (4)基于非線性彈性卸載的TRIP鋼回彈預(yù)測(cè)和穩(wěn)健控制。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)的有限元法(認(rèn)為彈性模量不變)對(duì)TRIP鋼回彈預(yù)測(cè)精度低的不足,首先研究了TRIP鋼彈性模量隨新生相體積份數(shù)變化的規(guī)律,建立TRI

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