TRIP鋼板成形性能和回彈特性研究.pdf

1、利用變形過程中相變誘發(fā)塑性(TRIP)現(xiàn)象研制的TRIP鋼兼具強度高、塑性好的特點，在汽車輕量化過程中顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。作為一種新型鋼板，特殊的化學成分設(shè)計和軋制工藝使TRIP鋼在室溫下含有亞穩(wěn)態(tài)奧氏體組織，在塑性變形過程中會發(fā)生向馬氏體的轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生局部硬化，從而帶來材料塑性的提高。相變誘發(fā)塑性效應(yīng)賦予TRIP鋼良好力學性能，改善了TRIP鋼的成形性能，然而TRIP鋼具有良好成形性能的同時回彈也很嚴重，且由于相變的影響導致用傳統(tǒng)的

2、線性彈性卸載預(yù)測TRIP鋼的回彈精度不高，因此研究TRIP鋼在塑性變形過程中的相變行為，弄清TRIP效應(yīng)改善成形的機理，提高TRIP鋼回彈的預(yù)測精度，對推廣TRIP鋼板的工程應(yīng)用、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期有著重要的理論意義和實際價值。 本文在借鑒和吸收國內(nèi)外先進成果的基礎(chǔ)上針對TRIP鋼的相變行為、硬化特性、成形性能和回彈特性等進行了較為系統(tǒng)的研究。首先是建立基于應(yīng)變路徑的TRIP鋼相變動力學模型，使其更適應(yīng)于在板料成形中的應(yīng)用；在此

3、基礎(chǔ)上利用平均場理論建立TRIP鋼流動力學模型，分析殘余奧氏體體積含量和穩(wěn)定性對硬化特性的影響；然后實現(xiàn)沖壓過程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變量分布的計算機預(yù)報，揭示TRIP鋼具有良好成形性能的機理，并針對TRIP鋼的成形工藝進行了優(yōu)化；最后考慮TRIP鋼變形中由于相變導致彈性模量的變化，建立彈性模量演化模型以實現(xiàn)TRIP鋼的非線性彈性卸載，提高了TRIP鋼回彈的預(yù)測精度，并通過穩(wěn)健設(shè)計制定合適工藝，降低TRIP鋼回彈對外部噪聲因素的敏感性。主要研究

4、內(nèi)容如下： (1)基于應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)變路徑的馬氏體動力學模型。遵循從簡單到復(fù)雜的科學研究方法，選擇典型的單調(diào)加載模式實驗，獲得殘余奧氏體體積含量與應(yīng)變量的定量關(guān)系，通過應(yīng)力三軸水平參數(shù)來表征應(yīng)力狀態(tài)，建立了基于應(yīng)力狀態(tài)的馬氏體相變動力學模型；并推導了應(yīng)力三軸水平和應(yīng)變路徑的關(guān)系，建立了基于應(yīng)變路徑的馬氏體動力學模型。馬氏體動力學模型是后續(xù)力學模型的基礎(chǔ)。 (2)TRIP鋼的流動力學模型和力學特性研究。結(jié)合建立的TRIP鋼相

5、變動力學模型，在分析TRIP鋼各微觀相的彈塑性變形行為基礎(chǔ)上，利用Hill自洽理論和平均場理論推導了TRIP鋼的流動力學模型，并依據(jù)所建立的力學模型研究TRIP效應(yīng)影響下的TRIP鋼的特殊硬化行為，分析TRIP鋼中殘余奧氏體初始體積含量和穩(wěn)定性對TRIP鋼硬化特性的影響規(guī)律。該模型是進行TRIP鋼成形性能仿真研究的基礎(chǔ)。 (3)TRIP鋼成形性能和工藝優(yōu)化研究。通過實現(xiàn)相變在TRIP鋼沖壓零件中分布的計算機預(yù)報，指出在零件危險部

6、位由于相變量多而降低材料層錯密度，降低了材料發(fā)生破裂的概率，而且由于相變強化作用，零件危險部位產(chǎn)生局部硬化而減小TRIP鋼的局部減薄率，揭示了TRIP鋼具有良好成形性能的機理；在可描述相變誘發(fā)塑性特點的成形極限預(yù)測準則基礎(chǔ)上，計算TRIP型多相鋼的最大拉深高度，與無TRIP效應(yīng)時的最大拉深高度進行對比研究TRIP效應(yīng)影響成形性能的程度；接著分析沖壓工藝條件對TRIP鋼相變的影響，找出決定TRIP效應(yīng)大小的工藝因素，為工藝優(yōu)化提供鋪墊；最

7、后針對杯形件拉深進行隨時間變壓邊力優(yōu)化和毛坯尺寸優(yōu)化，針對盒形件拉深的隨位置變化的壓邊力優(yōu)化和毛坯形狀優(yōu)化，實驗結(jié)果表明優(yōu)化解不僅可以避免零件成形缺陷還可以保留足夠的殘余奧氏體來提高零件的后續(xù)變形能力，可以指導TRIP鋼的成形工藝。 (4)基于非線性彈性卸載的TRIP鋼回彈預(yù)測和穩(wěn)健控制。為了彌補傳統(tǒng)的有限元法(認為彈性模量不變)對TRIP鋼回彈預(yù)測精度低的不足，首先研究了TRIP鋼彈性模量隨新生相體積份數(shù)變化的規(guī)律，建立TRI