复杂应变状态下trip钢相变诱发塑性行为及其在车身覆盖件中的应用研究

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1、15海交通人学博士学位论文复杂应变状态下TRIP钢相变诱发塑性行为及其在车身覆盖件中的应用研究摘要随着汽车轻量化步伐的加快，汽车一方面需要减轻重量以减小对环境的污染，另～方面需要确保安全性。因此，汽车用钢板向高强度钢板方向发展已成必然趋势。具有相变诱发塑性效应的TRIP钢板作为一种新型高强度钢板，同时具有高强度和高塑性的优点，是汽车轻量化的理想材料。相交诱发塑性效应是指在塑性变形过程中TRIP钢微观组织中的残余奥氏体向马氏体转变，从而使材料的塑性得以提高的现象。它的存在赋予了TRIP钢良好的力学性能，同时也带来了性能不稳定的问题，这影

2、响和阻碍了TRIP钢在汽车中的大量应用。目前，国内外在对TRIP钢相变诱发塑性行为方颈的研究主要集中在包括轧制工艺和化学成分在内的材料设计和促使相变发生的微观运动机制等领域，在对TRIP钢在冲压成形过程中的相变诱发塑性行为方面还缺乏深入的研究。且现有板料冲压成形理论都是建立在变形过程中没有相变发生的假设上，所以成功应用于传统低碳钢的相关塑性理论能否照搬用于TRIP钢塑性行为的描述需要进一步分析和探讨。本文以低合金Si．Mn系冷轧TRIP钢板为研究对象，在数值模拟、微观分析和实验研究的基M_h，深入研究了TRIP钢在不同应变状态上海交通

3、大学博士学位论文摘要下的相变诱发塑性行为，揭示了TRIP钢的相变诱发塑性效应决定材料性能的机理，建立了描述TRIP效应的计算模型，在此基础上，提出了TRIP效应条件下的应力应变关系模型，并在M．K理论中引入此应力应变模型，建立了TRIP钢成形极限预测准则。本文研究内容主要包括：1．复杂应变状态下TRIP钢的相变诱发塑性行为研究相变诱发塑性效应赋予了TRIP钢高强度和高塑性等优点的同时也带来了性能不稳定的缺点。这是因为决定TRIP钢塑性能力的TRIP效应对应变状态较为敏感，TRIP效应只有在特定的应变状态下才能充分发挥。为此，本文选取了

4、薄板拉深成形中典型的三种应变状态：单向拉伸、双向拉伸和平面应变，实验研究了TRIP钢在这几种应变状态下的成形行为，并分别建立了残余奥氏体体积比与应变量的定量关系式；在此基础上，综合考虑并统一建立了以残余奥氏体初始体积比、应变状态参数以及等效应变为参数的TRIP效应计算模型，并用晶体塑性的相关理论对该模型进行了阐述与验证。2．基于TⅪP效应计算模型的应力应变关系研究材料的应力应变关系描述了材料的屈服强度、抗拉强度、延伸性能和应变硬化性能，是材料的关键性能参数。TRIP钢作为一种新型高强度钢板，它在塑性变形过程中的相变诱发塑性效应使得它在

5、变形过程中的硬化性能不同于其它普通钢板，所以对TRIP钢的应力应变关系进行正确而有效的预测是非常必要的。为此，本文在细观力学的基础上，建立了TRIP钢的代表单元(RVE)模型；并以此为对象，上海交通大学博士学位论文摘要采用增量变形的方法，基于本文建立的TRIP效应计算模型，分析了TRIP钢各微观相的弹塑性变形行为，推导了TRIP钢板的应力应变关系计算模型，并讨论了残余奥氏体稳定性对应力应变关系的影响规律。3．基于TRIP应力应变关系的成形极限预测准则研究成形极限图评价了薄板冲压件在特定工艺条件下的成形性，但是现有的成形极限预测准则都是

6、针对没有相变发生的普通钢板建立的，缺乏适合于TRIP钢板的成形极限预测准则，这不利于TRIP钢在生产实际中的应用。为此，本文基于M—K理论，在M．K成形极限预测模型中导入了本文提出的应力应变关系计算模型，建立了考虑相变诱发塑性特点的成形极限预测准则，并研究了应变路径对TRIP钢极限应变的变化规律，用于指导TRIP钢冲压成形工艺的制定。4．TRIP应力应变模型和成形极限预测准则在车身覆盖件成形中的应用研究现有薄板成形模拟软件中，大多数都是没有考虑相变的作用。为此，本文将考虑相变诱发塑性效应的应力应变模型和成形极限预测准则应用于车身覆盖件

7、中的左门槛中部本体冲压件的成形性预测，以期为TRIP钢板的应用提供技术参考，也将为推广TRIP钢板在车身覆盖件中的应用起促进推动作用。相对于前人的研究成果和研究经验，本文在以描述TRjP钢的相变诱发塑性行为为核心的研究中做出了以下具有创造性的工作：1．建立了描述TRIP钢相变诱发塑性效应的计算模型。针对目前研究III上海交通大学博士学位论文摘要中对TRIP效应的描述缺少统一模型的不足，本文建立了以残余奥氏体初始体积含量、应变状态和应变量为参数的TRIP效应计算模型。该模型的特点是将应变状态作为一个变量，揭示了TRIP效应与应变状态之间

8、的内在联系，实现了TRIP效应研究从定性分析到定量描述的转变，为后续的TRIP钢研究提供理论依据和可靠的计算方法；2．提出了TRIP效应条件下的应力应变模型。该应力应变模型与传统模型的区别在于传统模型中将材料性能视为恒定