高強鋼熱成形過程微觀組織及多物理場耦合模擬.pdf

1、近年來,汽車行業(yè)在節(jié)能減排,提高安全性等需求的驅(qū)動下,高強鋼越來越多的被用來制造汽車零部件。熱成形技術(shù)由于可以獲得超高的強度和良好的成形性能,作為一種新的成形制備工藝已經(jīng)成為加工高強鋼的主要方法之一。熱成形工藝先將材料加熱保溫使其奧氏體化,之后成形-淬火同步完成,得到完全馬氏體化組織,提高零件強度。
　　結(jié)合數(shù)值模擬及試驗對熱成形工藝過程進行了分析。
　　基于材料熱力學(xué)理論、菲克定理和元胞自動機法,建立了高強鋼奧氏體化的計算

2、模型,開發(fā)了相關(guān)程序,模擬了高強鋼在保溫過程中,珠光體和鐵素體組織向奧氏體轉(zhuǎn)變以及奧氏體粗化和碳擴散的過程,并進行了試驗驗證。得出如下結(jié)論:
　　(1)保溫溫度為950℃時,高強鋼達到奧氏體轉(zhuǎn)變開始溫度后13s左右能夠?qū)崿F(xiàn)完全奧氏體化。此時碳濃度分布不均勻,奧氏體晶粒尺寸相差較大。奧氏體在鐵素體中的生長同時受碳濃度和溫度的影響,開始時奧氏體晶核碳濃度較高,生長速度較快;之后碳濃度降低,生長速度變慢;隨著溫度的繼續(xù)升高,即使碳濃度較

3、低也可使奧氏體在鐵素體中快速生長。
　　(2)本文所建立的模型所得到的結(jié)果與金屬學(xué)基本理論相符,能夠反映晶界曲率驅(qū)動下,奧氏體競爭生長的過程,得到了奧氏體粗化過程晶粒尺寸分布的規(guī)律。但由于模型中忽略了溶質(zhì)拖拽、偏析等因素,計算結(jié)果偏大。
　　基于馬氏體相變動力學(xué)、傳熱學(xué)、熱彈塑性理論建立了一種適用于有限元模擬的高強鋼材料模型。該模型考慮了相變塑性、馬氏體體積膨脹、熱應(yīng)力、相變潛熱、多相組織共存對材料力學(xué)性能的影響。推導(dǎo)了相關(guān)

4、公式,并開發(fā)了材料子函數(shù),在通用有限元軟件平臺上,實現(xiàn)了高強鋼熱成形過程的多物理場模擬。研究結(jié)果表明:
　　(1)利用新的材料模型對U形件熱成形進行了模擬,發(fā)現(xiàn)U形件法蘭部分冷卻速度最快,側(cè)邊其次,底部冷卻速度最慢,底部最有可能馬氏體轉(zhuǎn)變不充分。
　　(2)利用新的材料模型及傳統(tǒng)Johnson-Cook模型對U形件的厚度進行了預(yù)測。新材料模型比Johnson-Cook模型計算數(shù)值偏大更接近于實測值,原因在于新模型中考慮相變引