高强钢板热成形局部硬化的数值模拟与实验研究

【摘要】近年来，随着汽车的销量的逐渐增大，人们对汽车的安全性能以及环保性的关注度逐渐提高。在保证汽车安全性的前提下，降低车身质量能够节省能源，减少尾气排放，提高环保性。高强钢板热冲压技术是将奥氏体化的薄板在冲压过程中对其进行快速冷却，得到马氏体组织，因此高强钢的强度、硬度较好，在车身上应用高强钢板可以在满足安全性的前提下降低零件质量，达到节能减排的效果。车身上某些零部件，要求其不同位置强度不同。对于这样的零部件可以通过局部硬化技术来获得。通过调节模具不同位置的冷却速度来实现高强钢零件的局部硬化。本文主要针对高强钢板热冲压技术的保压时间以及模具内的水流速度进行研究。通过数值模拟、实验对比的方法考察保压时间以及水流速度的关系，并且分析了保压时间以及水流速度对局部硬化技术的影响。得出以下结论：（1）由马氏体转化曲线可知，若要得到高强钢板，保压时间必须在10s内。为了加快生产周期，提高企业效益，对U型零件成形过程的保压时间进行分析，得到最佳保压时间为5s。在高强高前钢板热冲压时，保压时间需最低为5s，不超过10s。（2）由马氏体转化曲线可知，若要得到高强钢板，需要保证一定的冷却速度才能实现奥氏体向马氏体的转化。根据零件的实际生产节拍，在一定的水流速度下才能保证冷却速度满足零件组织转化要求。通过数值模拟分析可知U型零件满足组织转化要求的最佳水流速度为0.3m/s。（3）在局部硬化技术中，保压时间与水流速度间存在密不可分可分的关系。可以通过提高保压时间或者增大水流速度来实现局部硬化技术，二者有各自的优点。提高保压时间可以降低水流速度，对设备的要求较低，降低生产成本；增大水流速度可以适当降低保压时间，缩短生产周期，提高生产率。（4）开展了U型零件的热成形实验，并与模拟所得结果进行对比分析。水流速度分别为0.3m/s、1.0m/s时模拟结果与实验结果能够很好吻合，由于实验环境和加工节拍等条件限制，水流速度为0.1m/s时模拟结果与实验结果有一定差别，但模拟结果总体趋势与实验保持一致。
【作者】刘冰琪；
【导师】李湘吉；谭富星；
【作者基本信息】吉林大学，材料工程，2014，硕士
【关键词】高强钢；水流速度；保压时间；温度场；局部硬化；

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