超高強(qiáng)鋼板導(dǎo)電加熱工藝及裝備的研究.pdf

1、隨著能源與環(huán)境危機(jī)的日益嚴(yán)峻，節(jié)能減排是汽車行業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑是在不損失汽車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下實(shí)現(xiàn)輕量化，超高強(qiáng)鋼板的熱成形零件滿足了汽車輕量化及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求。
　　熱成形工藝始于超高強(qiáng)鋼的奧氏體化及碳擴(kuò)散的均勻化，傳統(tǒng)熱成形采用輻射加熱（輥底式加熱爐或者多層箱式爐）來(lái)完成該過(guò)程，該方法具有坯料溫度均勻性好的優(yōu)點(diǎn)，但是加熱速率慢、能量利用率低、占據(jù)空間大、靈活性差，影響了熱成形的生產(chǎn)節(jié)拍，增加了投資與維護(hù)成

2、本，同時(shí)也提高了單件零件的成本。導(dǎo)電加熱具有加熱速率快、能量利用率高、靈活性好的優(yōu)點(diǎn)，解決了輻射加熱的不足?？焖偌訜崮芗?xì)化超高強(qiáng)鋼的奧氏體晶粒，縮短奧氏體化時(shí)間，提高熱成形零件的強(qiáng)塑積。本文對(duì)快速導(dǎo)電加熱超高強(qiáng)鋼的奧氏體化機(jī)理和加熱規(guī)范，超高強(qiáng)鋼Al-Si鍍層微觀形貌、組織和表面三維形貌的變化規(guī)律以及全尺寸汽車安全件的快速導(dǎo)電加熱試驗(yàn)線的關(guān)鍵技術(shù)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，具體研究工作如下：
　?。?）根據(jù)相變動(dòng)力學(xué)原理和試驗(yàn)測(cè)得的熱膨

3、脹曲線，建立了快速加熱奧氏體相變擴(kuò)展動(dòng)力學(xué)模型；基于超高強(qiáng)鋼奧氏體生長(zhǎng)的元胞自動(dòng)機(jī)計(jì)算模型，考慮加熱速率對(duì)奧氏體化開(kāi)始溫度與結(jié)束溫度以及奧氏體形核與長(zhǎng)大的影響，探索了加熱速率和最高加熱溫度對(duì)超高強(qiáng)鋼奧氏體化過(guò)程的影響規(guī)律，分析在奧氏體化過(guò)程中，碳濃度和奧氏體晶粒的變化規(guī)律；并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了論證，最后制定了快速加熱的加熱規(guī)范。
　?。?）根據(jù) Fe-Al-Si反應(yīng)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的原理，研究了快速加熱的加熱速率、加熱溫度和保溫時(shí)間對(duì)Al

4、-Si鍍層微觀形貌、組織和表面三維形貌的影響規(guī)律，針對(duì)導(dǎo)電加熱加熱速率可調(diào)控的特性，提出了適合于鍍層板加熱的分步加熱工藝，為實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電加熱技術(shù)在鍍層板中的推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。
　?。?）基于機(jī)械、電氣和控制工程學(xué)以及傳熱學(xué)的原理，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了導(dǎo)電加熱試驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了坯料在模上加熱和成形淬火過(guò)程的閉環(huán)伺服控制；結(jié)合試驗(yàn)裝置與熱成形試驗(yàn)線，在解決溫度控制、熱膨脹及溫度均勻性等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了全尺寸汽車安全件導(dǎo)電加熱試驗(yàn)線，實(shí)現(xiàn)

5、了坯料快速加熱、輸送和沖壓成形的聯(lián)動(dòng)控制。
　?。?）根據(jù)電熱學(xué)理論，在導(dǎo)電加熱試驗(yàn)裝置上探索了不同保溫策略對(duì)等截面矩形件電加熱特性和溫度均勻性的影響規(guī)律；研究了坯料形狀、孔、縫、槽對(duì)電加熱特性及最終溫度分布的影響規(guī)律。針對(duì)導(dǎo)電加熱加熱區(qū)域可以選擇的特性，探究了通過(guò)局部導(dǎo)電加熱的方法在坯料上實(shí)現(xiàn)非加熱區(qū)、加熱區(qū)與非加熱區(qū)的組合，最終實(shí)現(xiàn)了熱成形試件力學(xué)性能的變強(qiáng)度分布。結(jié)果表明，快速導(dǎo)電加熱獲得的熱成形制件高強(qiáng)區(qū)的強(qiáng)塑積高于輻射加