22 MnB5 钢板热冲压工艺数值模拟及试验

目的研究热冲压过程中板料的温度变化及相变情况。方法采用Abaqus软件建立了热力耦合模型,对U形件热冲压成形及冷却淬火过程进行了数值模拟,分析了板料及模具的温度分布变化,并研究了板料不同区域的冷却速率,最后进行了热冲压试验。结果研究结果表明,板料经冷却淬火后,温度分布均匀,且冷却速率均大于临界冷却速率,板料可以发生完全马氏体相变。结论板料的底部冷却速率最快,淬火后为分布均匀的、细小的马氏体组织,最终通过热冲压试验验证了模拟结果的准确性。     

车用高强钢厚板模内淬火组织演变研究

目的 揭示高强钢厚板在热冲压模内淬火过程中的马氏体组织演变特征和规律。方法 建立了6 mm厚硼钢板热冲压模内淬火过程马氏体相变有限元预测模型,分析了马氏体分布情况及演变特征,阐明了保压力等关键淬火参数对组织演变的影响规律。结果 沿板面方向,马氏体从角部开始转化,逐渐由边缘向内部扩展,呈现出“边缘高、中部低”的分布特征。沿板厚方向,马氏体呈现出“表层高、心部低”的分布特征;随淬火过程的进行,这种厚向梯度分布特征逐渐弱化。与薄板相比,厚板的马氏体相变启动和结束时刻均较晚,且马氏体转化率明显较低,马氏体沿厚向分布的不均匀性也更明显。随保压力的增大,马氏体转化结束时刻前移,马氏体转化率增大且沿厚向分布更均匀,抗拉强度增大,延伸率减小;当保压力超过40 MPa时,上述影响逐渐减弱。结论 与薄板相比,厚板组织沿板面和板厚方向均呈现更明显的梯度分布特征。保压力对厚板组织演变和力学性能有较大影响,但这种影响随保压力的增大而逐渐减弱。     

可淬火硼钢板热冲压成形实验研究

为研究淬火加热温度、保温时间及冷却水流速等热冲压工艺参数对热冲压零件力学性能及微观组织的影响规律,通过在不同工艺参数条件下进行弯曲件热冲压工艺试验,测量弯曲件的力学性能并观察其金相组织.结果表明,在所设计的模具上可实现高强硼钢热成形零件的有效淬火,热冲压弯曲件的抗拉强度可达到1500MPa以上,主要形成均匀细小的马氏体组织.确定了热冲压工艺参数的选择范围.     

工艺参数对热冲压成型钢组织性能及硼偏聚的影响

通过Gleeble1500热/力模拟实验机对轧后含硼钢板进行了热冲压过程模拟,分析了各种热处理条件对含硼钢组织性能的影响,并采用X射线衍射技术和径迹照相技术分析了硼的偏聚和硼相析出情况。研究结果表明:提高加热温度或延长保温时间,可促进钢的奥氏体化和硼的偏聚。通过偏聚合适含量的硼,能够很好地起到提高淬透性作用,使材料得到全部马氏体组织。热冲压成型过程中的变形破碎了奥氏体组织,促进相变,更易获得细小的马氏体组织。当冷却速度不高时,钢中"硼相"会沿晶界连续析出,从而降低了硼钢的淬透性。     

热冲压过程中冷速对高强塑积硼钢性能的影响

通过对比通有保护气、无保护气、仿工业化热冲压的热冲压件的性能,研究了热冲压过程中冷速对硼钢22MnB5组织性能的影响规律。结果表明,在三种工艺条件下实验件的冷却速度均大于马氏转变的临界冷却速度,组织均为板条状马氏体,抗拉强度在1500 MPa以上。冲压模具的温度升高,板料表面存在氧化皮,都会使板料的冷却速度减小,马氏体片层变粗,性能下降。通过降低模具温度,增加板料加热时的起保护,可使得板料冷速增加,马氏体组织细小,获得强度为1600 MPa以上,强塑积接近20,000 MPa·%的热冲压硼钢件。     

超高强度钢板热冲压同步淬火阶段材料模型的构建与实验分析

实验材料为超高强度钢板BR1500HS,利用Gleeble-1500D热模拟实验机,对该材料在300~600℃温度区间内分别以0.03,0.3,0.6和1 s-1的应变速度进行高温拉伸变形实验,获得了该实验条件下流变应力的变化规律。结果表明,变形温度的降低和应变速率的增大都会使流变应力增大,但流变应力随变形量的增加达到峰值后逐渐趋于稳定。基于应力-应变数据构建BR1500HS同步淬火阶段Johson-Cook材料模型,依据此模型对热成形同步淬火阶段进行数值模拟,分析成形件及模具温度场的变化。在实验生产中,模具冷却系统使成形件在保压的同时温度迅速下降,实现其淬火过程,使材料发生马氏体相变,提高成形件的强度。为了实现超高强度钢的热成形同步淬火过程,采用同步冷却热成形系统,通过水流速度及保压时间,使零件马氏体分布均匀化。     

马氏体相变研究的新进展

综述作者近年对马氏体相交理论及应用研究的结果,包括:马氏体相变中间隙原子的扩散,铁基合金中马氏体相变热力学及其应用,即道理论及其在热弹性马氏体相变中的应用,奥氏体状态——淬火温度即淬火空位与位错的交互作用有序化及固溶强化对马氏体相变的影响,应用马氏体相变晶体学表象理论及群论于Cu—Zn—Al合金,淬火GC_(rl5)钢中等温马氏体形成的动力学、机制及其提高残余奥氏体稳定性的作用。评述马氏体回火致脆的机制,并在热力学和动力学研究基础上提出一个新的机制,以及低碳马氏体应用上应注意之处。     

超高强度钢板的梯度控温相变强化模式

零件的阶梯式变强度分区设计是实现汽车轻量化结构设计中零件兼具高强度和高塑性的前提,然而不同分区交界处存在的力学性能突变成了难以突破的技术瓶颈。为寻求超高强度钢板的梯度控温相变强化的理想模式,借助数值模拟技术研究了梯度控温相变强化模式实现热成形零件不同区域组织性能平稳过渡的热冲压方法。基于开发的自动控温梯度相变强化试验平台,进行了系列梯度控温相变热冲压试验,建立了在热成形过程中超高强硼钢板不同梯度冷却条件与最终板料力学性能(硬度、强度、延伸率)的映射关系模型。结果表明,梯度控温相变强化模式可使热成形零件兼具高强度和高塑性,且能够实现组织性能平稳过渡。随着模具加热温度升高、初始成形温度降低、保压时间延长,则贝氏体含量增加、板料抗拉强度和维氏硬度降低,而断裂延伸率则增加。     

高强度热冲压钢板强韧性工艺优化研究

为改善强韧性,本文基于热冲压高强度钢板强度、塑性和韧性指标,选取加热温度、保温时间和开始淬火温度为设计因子,引入Kahn试验获得高强度热冲压硼钢撕裂强度和单位面积裂纹形核功来表征材料断裂韧性,进行多指标综合评分的L9(34)正交试验设计,以研究不同淬火工艺参数对热冲压高强钢强韧性的影响规律.结果表明:在加热温度为920~950℃、保温时间1 min、开始淬火温度为650~700℃条件下,热冲压硼钢SPFH具有优良的成形性能和强韧化指标.采用优化后工艺进行典型车身结构件热冲压试验,其撕裂强度、单位面积裂纹形核功和强韧比分别提升10.91%、20.32%和22.17%,在保证强度的基础上韧性得到了大幅度提高.     

热弹性马氏体相变热力学

阐明了热弹性马氏体相变的热力学性质、相变临界温度的特点及相变驱动力与温度和应力的函数关系。讨论了有序度和应变能对相变温度影响的热力学处理。简介 Landau-Devonshire-Grinzberg 理论及其对马氏体相变的应用。以 Landau 表达式解释热弹性马氏体相变的弹性、伪弹性和铁弹性。评述母相有序化影响M(?)的 Landau 处理,提出了母相及马氏体内有序化时近邻原子的交互作用及相对大小影响 M(?)的模型。引述以 Landau 式求应力场下的热滞。     

THERMODYNAMICS OF THE THERMAL ELASTIC MARTENSITIC TRANSFORMATIONS

阐明了热弹性马氏体相变的热力学性质、相变临界温度的特点及相变驱动力与温度和应力的函数关系。讨论了有序度和应变能对相变温度影响的热力学处理。简介Landau-Devonshire-Grinzberg 理论及其对马氏体相变的应用。以Landau 表达式解释热弹性马氏体相变的弹性、伪弹性和铁弹性。评述母相有序化影响M(?)的Landau 处理,提出了母相及马氏体内有序化时近邻原子的交互作用及相对大小影响M(?)的模型。引述以Landau 式求应力场下的热滞。     

铁基合金中马氏体均匀形核热力学探讨

根据马氏体相变的经典形核理论,重新对铁基合金中马氏体相变的形核过程进行了热力学估算.结果表明,均匀形核的临界形核功比热能低一个数量级.这意味着铁基合金中的马氏体相变形核可由热起伏来促发.对早期的小颗粒实验以及铁基体材料中马氏体相变的相关实验结果进行了分析讨论,表明均匀形核机制和这些实验结果相一致.     

外加载荷对热弹性马氏体正-逆相变影响机制的相场模拟研究

本工作建立了一种新的马氏体逆相变的相场模型,以Cu-Al-Ni合金为例,研究了热弹性马氏体正相变和逆相变的演化规律,揭示了热弹性马氏体的形状记忆效应。同时模拟了拉伸释放弹性应变能这种机制对热弹性马氏体相变和热弹性马氏体逆相变的作用,研究了外加载荷对马氏体逆相变温度As的影响。模拟结果表明：应变能是形状记忆合金马氏体相变的阻力,是其逆相变的驱动力。在马氏体正相变过程中,拉伸载荷释放了应变能,降低了相变阻力,从而对马氏体相变起促进作用;在马氏体的逆相变过程中,由于拉伸载荷降低了马氏体所储存的应变能,因而降低了逆相变过程的驱动力,使合金逆相变As温度升高,进而提高了热弹性马氏体的低温稳定性。模拟结果与实验结果相一致。     

高强韧钢淬火-配分工艺中碳配分计算模型的研究进展

淬火-配分(QP)钢作为第三代先进高强钢,为汽车轻量化、能源使用效率提升及更早地实现“碳达峰、碳中和”的目标提供了重要保障。在淬火-配分(QP)工艺中,淬火过程形成初始组织(残余奥氏体+马氏体),配分过程则是保留和稳定残余奥氏体的关键环节。QP钢配分时除了会发生碳配分,还常常伴有置换原子短程扩散、奥氏体/马氏体界面迁移、奥氏体/马氏体间相变、奥氏体/贝氏体间相变及碳化物析出等现象,使得对配分过程组织演化和碳浓度分布的研究变得十分困难。国内外学者以相关实验为基础,针对具体配分过程提出了许多计算模型,以达到对最终组织相组成的准确预测,并揭示配分过程中多现象同时发生的潜在机制。本文从以下两方面对QP钢碳配分过程的计算模型进行了综述：(1)基于热力学和动力学建立的计算模型,主要包括理想化的CCE模型、考虑界面移动性的QP-PE模型和QP-LE模型、考虑碳化物析出的CCEθ模型和QPT-LE模型、考虑贝氏体相变的耦合模型以及考虑多现象同时发生的耦合模型;(2)利用相场手段进行的相关计算模拟。最后,对今后碳配分过程的模拟计算研究前景做出展望。     

热处理对Ni50.3Mn24.5Ga25.2单晶预相变特性的影响

用提拉法生长的Ni50.3Mn24.5Ga25.2单晶样品,在真空中进行多种形式的热处理。通过测量交流磁化率曲线,研究了退火和淬火对Ni50.3Mn24.5Ga25.2单晶预马氏体和马氏体相变温度的影响。实验表明退火会明显降低预马氏体相变的温度,而对马氏体相变影响较小。还发现在1023K以下,预马氏体相变会随淬火温度的升高而逐步变得明显,而在1023K以上,则呈相反的趋势。另外,实验还表明,经过高温淬火后的样品,再次通过一定的退火处理,样品将恢复明显的预马氏体相变征候。分析表明,热处理是通过改变晶体的内应力来影响预马氏体相变征候的。     

铁基合金中以氏体均匀形核热力学探讨

根据马氏体相变的经典形核理论,重新对铁基合金是马氏体相变的形核过程进行了热力学估算,结果表明,均匀形核的临界形核功比热能低一个数量级。这意味着铁基合金中的马氏体相变形核可由热起伏来促发。对早期的小颗粒实验以及铁基体材料中马氏体相变的相关实验结果进行了分析讨论,表明均匀形核机制和这些实验结果相一致。     

Cu-Zn 合金马氏体相变热力学

假定 Cu-Zn 合金马氏体相变中新、旧原子存在 Bain 机制所示的对应关系,则沿用已知的热力学数据,以 BWG 模型处理 Cu-Zn 合金的有序问题,推导出相变驱动力ΔG~(β′→α′)的普遍表达式。以该式计算了Cu-Zn 合金马氏体相变的平衡温度 T(?)及马氏体相变点 M_s,其中 M_s 与实验结果很好吻合。计算证明,母相有序化是 Cu-Zn 合金发生热弹性马氏体相变的必要条件,有序度对 M_s 有显著的影响。     

钢的马氏体转变开始温度预测研究进展

钢的马氏体转变开始温度(MS点)对分析马氏体相变过程、指导合金成分设计、制定热处理工艺和焊接工艺等方面具有重要意义。本文着重介绍了MS点的预测方法,主要分为经验回归模型、热力学模型和神经网络模型,并对三种模型的研究进展和优缺点进行详细评述。     

7075-H18铝合金板材的淬火敏感性与等温转变行为EI北大核心CSCD

以2 mm厚的7075-H18高强度铝合金板材为研究对象,采用微观组织分析、显微硬度测试、动力学建模与计算相结合的方法,对板材的淬火敏感性、等温相变行为及转变动力学进行系统研究,构建"时间-温度-性能"关系图。结果表明:7075-H18板材具有较高的淬火敏感性。"时间-温度-性能"关系图的鼻尖温度约为350℃,孕育期仅为0.23 s,淬火敏感温度区间为271~404℃,转变量为0.5%的曲线对应的临界线性冷却速率为969.7℃/s,超过了冷模淬火所能达到的冷却速率。板材在等温淬火过程中主要形成粗大的η平衡相,等温时间越长,晶内与晶界的η相尺寸越大,晶界η相越趋于连续分布,且无沉淀析出带变宽。基于实验数据构建的等温转变动力学模型,对7075-H18板材的等温相变过程进行准确预测,板材在350℃等温过程中沉淀相的析出速率最大,等温相变类型为"形核-长大"型相变,相变过程为层片状沉淀相的长大、增厚及互相吞并。理论计算结果与透射电子显微镜下观测到的η相特征以及"时间-温度-性能"关系图相一致。     

磁场对Ni51.5Mn24Ga24.5单晶马氏体相变的影响

分析了Ni51.5Mn24Ga24.5单晶样品在不同磁场下的马氏体相变温度和热滞后温度,并基于相界摩擦理论计算了样品在不同磁场下马氏体相变过程中相界摩擦所产生的能耗(FHr).结果表明,对于不同磁场下相界推移所产生的能耗与实验观察到的热滞后温度变化规律基本一致,说明了相界摩擦理论较好地解释了Ni-Mn-Ga合金在外加磁场情况下相变过程中的热力学问题.