热冲压钢B1500HS的淬后综合力学性能研究

通过开展单向拉伸试验、三点弯曲试验和夏比冲击试验,对硼钢B1500HS热冲压后的拉伸、弯曲、冲击韧性等综合力学性能进行了系统研究,并讨论了不同淬火速度对B1500HS综合力学性能的影响。结果表明:B1500HS热冲压后具有强度高、塑性较差的特点;当B1500HS在高于临界全马氏体转变的淬火冷速冷却时,淬火速度对B1500HS的综合力学性能仍有一定影响。淬火冷速越快,其抗拉强度越高,吸能性越好;但冷弯性能越差,延伸率越低。     

B1500HS钢低冷速形变下的力学性能与Hall-Petch关系

采用Gleeble热模拟试验,结合光学显微镜观察、硬度测试及计算分析方法,研究了超高强钢冷轧钢板B1500HS在低冷速(不大于40℃/s)变形下的微观组织和力学性能,并归纳总结了B1500HS钢的显微硬度与晶粒尺寸之间的Hall-Petch关系。结果表明,在热模拟试验中,变形温度的降低、冷却速度的增加或应变速率的增加,都可以细化铁素体晶粒,提高材料力学性能;B1500HS钢的显微硬度HV和晶粒尺寸d之间的Hall-Petch关系可表达为:HV=-290.8+0.987 d-1/2,经验证,对晶粒尺寸在3.3~4.7μm范围的超高强钢B1500HS钢板材,其显微硬度的计算值与测量值偏差较小,Hall-Petch关系具有很好的适用性。     

热冲压钢B1500HS的氢脆现象试验研究

基于电化学充氢原理搭建氢脆试验平台,开展渗氢热冲压钢的慢应变速率拉伸试验,研究热冲压钢B1500HS的氢脆现象。对比分析了含氢热冲压钢与原始热冲压钢的力学性能、断裂形式及断口形貌等差异,并讨论了充氢时间、电流密度参数对热冲压钢氢脆现象的影响。结果表明,热冲压钢充氢后力学性能显著下降,强度最高下降65. 6%,塑性损失达95. 1%;原始热冲压钢拉伸断口成韧窝状,而渗氢热冲压钢断口成准解理状,渗氢后热冲压钢的断裂形式发生了由韧性到脆性断裂的转变;随着充氢时间的增加,热冲压钢的力学性能先降低,随后略有增加;而随着电流密度的增大,热冲压钢的强度和伸长率逐渐降低,在一定时间后趋于稳定。     

BR1500HS高强度钢板热冲压数值模拟及回弹分析

以BR1500HS高强度钢板为研究对象,基于Dynaform软件对某汽车左前立柱加强件(A柱)进行了热冲压模拟。通过优化坯料尺寸避免了零件拉裂、起皱缺陷,并确定了合理的压边力范围;基于正交试验分析了工艺参数对零件回弹的影响。结果表明,各因素对回弹量的影响程度由高到低依次为板料初始温度、压边力、凸凹模间隙;得到了最优参数组合,并进行了试验验证,模拟结果与试验结果吻合。     

高强钢B1500HS热成形后的显微组织和力学性能研究

研究了热成形后海面建筑高强钢B1500HS在热成形后的组织和力学性能。结果表明,奥氏体化加热温度910℃,保温5 min,初始成形温度800℃以上,冷却速度50℃/s条件下,B1500HS钢组织为细小均匀的板条状马氏体,晶粒细化和位错密度大,抗拉强度达到了1 625 MPa,显微硬度在50 HRC以上,抗冲击性能显著提升,力学性能完全满足海面建筑平台需求。     

热冲压用硼钢B1500HS的高温热力学性能实验

采用Gleeble 3500热/力模拟实验机,对宝钢生产的冷轧硼钢B1500HS进行热冲压过程的模拟;通过不同的工艺参数,包括加热温度、保温时间和冷却速率对B1500HS试样最终力学性能的影响进行测试,提出了合理的工艺参数取值建议。获得了B1500HS在不同温度和不同应变速率下的流动应力曲线。结果表明,温度和应变速率对B1500HS高温流动性能有显著影响,并就其中的一些典型特点与22MnB5进行了对比。实验结果可为利用B1500HS开展热冲压生产与研究提供参考。     

B1500HS高强钢板热成形极限研究及应用

建立了高强钢板B1500HS等温成形极限有限元模型。采用最大凸模力法结合应变路径转变法的综合集中缩颈失效判据,分别建立了成形温度为650、700、800、900℃时的成形极限曲线。在此基础上,利用ABAQUS有限元模拟软件对高强钢板B1500HS进行了等温Swift拉深试验(冲杯试验)破裂失效的预测,并在相应条件下对试验结果进行了验证。结果表明,高强钢板B1500HS成形极限随温度的增加而增大;并在650、700℃时钢具有最大等温极限拉深比,而在900℃时钢的等温极限拉深比最小。     

BR1500HS硼钢热冲压表面涂层研究

超高强度硼钢板热冲压是加热、冲压和淬火相结合的新型成形工艺。但是硼钢板在加热后容易生成氧化皮,耐腐性能降低,影响零件的使用性能。为了解决这个问题,研制了BR1500HS硼钢耐高温防氧化的保护涂层。并在加热950℃保温6 min的热冲压工艺条件下,分析了有无涂层试件的表面形态和组织变化。结果表明:该光滑涂层均匀覆盖在基体表面,对其无影响,满足硼钢板热冲压过程中的高温防氧化要求。     

热冲压用硼钢B1500HS高温非等温变形性能研究

由于非等温高温变形流程与实际的直接热冲压过程相似,利用Gleeble 3500热/力模拟试验平台,对硼钢B1500HS的高温非等温变形性能进行了研究,获得了B1500HS在不同变形温度和应变速率下的流动应力曲线。研究结果显示:硼钢B1500HS高温非等温变形时的峰值应力明显高于等温变形时的峰值应力。随着变形温度的升高和应变速率的减小,B1500HS的高温流动性能增强。当变形温度高于800℃时,材料成形时的加工硬化率降低,成形性较好;应变速率高于10 s-1时,材料成形时的加工硬化率也降低。     

热冲压高强钢B1500HS的淬火-碳分配试验研究

为克服现行热冲压制件塑性较差的缺点,研究将淬火-碳分配(Quenching-Partitioning)工艺与热冲压工艺结合的可行性。通过热冲压高强钢B1500HS的全马氏体转变、QP一步法和QP两步法的热模拟试验、拉伸试验、显微组织观察等方法,研究了不同QP热处理工艺参数对材料性能的影响。结果表明,在合适的工艺参数下,QP一步法能获得恰当的马氏体和残留奥氏体组织,在基本保证热冲压制件超高强度的同时有效提高其伸长率,从而提升制件的综合力学性能。试验结果显示,与代表现行热冲压工艺的全马氏体转变相比,QP一步法提高强塑积约24%。     

微观组织对高强度双相钢板冲压回弹影响的研究

高强度双相钢(Dual Phase Steel,DP)板冲压成形的主要缺陷为回弹,而马氏体相是影响回弹的重要因素。把DP600钢试样加热至740℃且保温8 min后水淬,再分别降温至200、260、320℃且保温1 h,以获得多相材料,用U形弯曲模具进行了实际冲压实验。通过SEM测试了钢中马氏体相的体积分数,观察并分析微观组织晶粒形貌;通过拉伸实验,获得了试样的力学性能。分析马氏体体积分数对U形件回弹量的影响,研究了回弹量与铁素体晶粒度的关系。结果表明,马氏体体积分数越大,屈服强度与抗拉强度越高;铁素体晶粒大小对冲压回弹量几乎没有影响。     

热冲压成形保温时间对SAF2507 SDSS微观组织和力学性能的影响

对SAF2507 SDSS板材进行1050℃下不同保温时间的热冲压成形,使用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪观察其微观组织的变化,通过拉伸试验、硬度计和冲击试验等测试了不同保温时间下试验钢的力学性能。结果表明:在1050℃热冲压成形时,试验钢的微观组织中无析出相,只有条状平行分布的α相和γ相。当保温时间为2～5 min时,α相含量快速增加,γ相含量快速减少,微观组织发生γ→α转变;当保温时间超过10 min后,α相含量缓慢上升,γ相含量缓慢下降。随保温时间的增加,抗拉强度和硬度先上升后下降,伸长率、截面收缩率和冲击吸收能量一直下降,拉伸试样的断裂形式由韧窝断裂逐渐向准解理断裂转变;保温时间为5 min时,试验钢获得最佳的微观组织和力学性能。     

BR1500HS板料热冲压成形工艺参数影响分析与试验研究

利用有限元数值模拟软件Dynaform分析了热冲压成形工艺中冲压速度、压边力、模具初始温度、摩擦因子等因素对BR1500HS板料加强件回弹、起皱、破裂等成形质量的影响规律。选取冲压速度50 mm/s、压边力25 kN、摩擦因子0.4进行了生产试验。试制产品成形良好,各部位的回弹量均在2 mm内;强度在1380～1620 MPa,硬度在410～490 HV,满足零件要求。     

加热和热变形对硼钢B1500HS奥氏体晶粒的影响

将硼钢试样分别加热到900、925、950、975和1000℃进行奥氏体化,并在相应温度分别保温10、20、40和60 min,研究奥氏体化温度和保温时间对奥氏体晶粒尺寸的影响规律。利用Gleeble 1500D热模拟试验机将硼钢试样加热到1000℃奥氏体化并分别保温10、20和40 min,然后分别对试样进行变形量为10%、20%和30%的单向拉伸变形,应变速率分别为0.1 s~(-1)和0.5 s~(-1),研究应变量和应变速率对硼钢板的奥氏体晶粒尺寸的影响规律。结果表明:随着加热温度的升高和保温时间的增长,平均晶粒尺寸增大;拉伸变形量越大,平均晶粒尺寸越小;拉伸速率越大,平均晶粒尺寸越小。     

热冲压钢B1500HS在不同应变速率下的氢脆现象研究

通过电化学充氢和不同应变速率拉伸试验,研究应变速率对热冲压钢B1500HS氢脆敏感性的影响。通过微观断口形貌观测,分析不同应变速率下充氢热冲压钢断裂形式的差异,并进一步对其机理进行探究。结果表明,随着应变速率的降低,热冲压钢的强度和塑性损失量逐渐增加,说明慢应变速率下氢脆现象更加明显;慢应变速率下热冲压钢拉伸断口呈准解理状,而快应变速率下则呈现小韧窝状,其断裂形式呈现出由脆性断裂向韧性断裂的转变。分析其原因主要是在慢应变速率下,氢有足够的时间扩散至孔洞、夹杂等缺陷位置,从而促进裂纹的产生和扩展,导致其具有更高的氢脆敏感性。     

高强钢B340LA与B1500HS钢激光拼焊板热冲压淬火性能

用质子光谱仪、光学显微镜、维氏硬度计等手段研究低合金高强钢B340LA与超高强硼钢B1500HS激光拼焊板焊接后的热冲压淬火特性。结果表明,拼焊板母材B340LA钢随着冷却速度的增加其相变点发生偏移,维氏硬度略有增加。拼焊板母材B1500HS钢随着冷速的增加硬度迅速提高。光学显微镜观察,当冷速超过30 K/s时母材B1500HS钢基本转化为马氏体组织。通过维氏硬度计测量,发现焊缝至母材过渡区硬度值平滑过渡,保证母材及焊缝力学性能良好的连续性。由于热冲压淬火后母材及焊缝区域显微硬度平滑过渡,应力应变分别更趋均匀,可显著提高低合金高强钢与超高强硼钢激光拼焊板拉深成形性。     

热冲压钢板加热冷却过程中微观组织演变机理

采用高温激光共聚焦显微镜对22MnB5钢板在热冲压工艺中的加热、保温和淬火环节中的组织演变进行了模拟和观测。结果表明:在加热温度升至920℃时有析出物析出,经聚集形成体积较大的析出物团,当保温189 s时大部分析出物消失,重新溶入基体内。在冷却过程中,应尽量缩短转移时间使淬火前钢板温度高于Ac_3。淬火过程中马氏体转变分为3个阶段,历时约20 s,440～330℃时出现第一批马氏体,长度在30～50μm之间; 330～300℃时第二批马氏体完成转变,长度不超过20μm,且平行排列;300℃～Mf时更小尺寸的马氏体完成转变。在高于Mf时,降低冷却速率可明显减少马氏体数量,主要是减少了第二批形成的尺寸较小的马氏体数量。     

复合形变对AZ31镁合金微观组织及力学性能的影响

对AZ31镁合金板材进行复合形变工艺研究,对比了不同坯料温度、下压量和模具温度对镁合金板材微观组织和力学性能的影响。结果表明,坯料温度为275℃、下压量为29%,模具温度为150℃时,复合形变后镁合金板材拥有理想的微观组织和力学性能。此时镁合金板材平均晶粒尺寸为7.84μm,显微硬度(HV)为91.99,屈服强度为212 MPa,抗拉强度为298 MPa,伸长率为17.2%。     

加热温度和模具温度对B1500HS硼钢组织与性能的影响

通过显微硬度测试、单向拉伸试验、显微组织和断口形貌观察,研究了加热温度(870、900、930、960℃)和模具温度(100、200、300、400℃)对热冲压用超高强度硼钢B1500HS微观组织和力学性能的影响。结果表明:900℃及以上加热温度试样发生完全奥氏体转变,但对于板材的力学性能影响不明显;模具温度对于热冲压零件微观组织、力学性能等方面的影响较大,模具温度升高到300℃时,试样在此温度下发生奥氏体的反稳定化,导致强硬度明显升高;通过控制模具各位置的温度,可以获得具有较大力学性能梯度的热冲压零件,改善热冲压零件的综合力学性能。