车身复杂结构件用超高强度钢双热成形关键技术研究

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1、车身复杂结构件用超高强度钢双热成形关键技术研究重庆大学博士学位论文学生姓名：尚欣指导教师：周杰教授专业：材料科学与工程学科门类：工学重庆大学材料科学与工程学院二O一五年三月ResearchonDoubleHotFormingofAutomotiveComplexPartUltraHighStrengthSteelAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeof

2、EngineeringByShangXinSupervisedbyProf.ZhouJieMajor：MaterialScienceandEngineeringCollegeofMaterialScienceandEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMar.2015中文摘要摘要汽车A柱加强件是白车身零部件的重要组成部分，直接关系着驾驶员及乘车人员的安全，故要保证该零部件具有高的强度、刚度和耐撞性能。在汽车零部件要求绿色制造、轻量化和安全性的

3、背景下，用厚度较薄的超高强度钢制造车身零部件是实现车身轻量化的有效途径之一。文中针对复杂车身结构件A柱加强件采用单热成形难度大、容易出现起皱、拉裂等问题，提出了一种新型的热成形技术—双热成形，即第一次加热后通过热成形获得预成形件，然后将预成形件第二次放入加热炉加热，再将加热的预成形件放置模具上进行保压淬火，最终热冲压件满足形状尺寸要求且强度达到1400MPa以上。本文从热成形工艺参数对超高强度钢性能影响及其工艺参数的优化、超高强钢BR1500HS高温力学性能及热力耦合本构方程、热成形过程的数值模拟及

4、缺陷诊断、热成形模具冷却系统设计及共轭传热数值模拟分析、超高强度钢板热成形试验研究等方面对热成形关键技术进行了系统全面的研究。主要展开了以下几个方面的研究：①热成形原理及工艺参数控制分析了热成形原理及工艺参数控制，基于车身复杂结构件采用单热成形，成形件成形性能差容易破裂，提出了双热成形工艺。②工艺参数对超高强度钢BR1500HS性能影响规律及优化以超高强度钢BR1500HS为材料，对车身复杂结构件双热成形工艺中的相关工艺参数进行了研究。通过大量的物理实验，获得了淬火介质、奥氏体化温度、成形温度、应变

5、速率、保温时间、冷却速率等关键热冲压工艺参数对超高强度钢BR1500HS微观组织、断口形貌、硬度、抗拉强度及马氏体相变点等方面的影响规律。基于响应曲面法对双热成形工艺参数进行了优化，并确定最优值用于指导实际生产。③超高强度钢BR1500HS的高温力学性能及本构模型构建通过高温拉伸试验，研究了超高强度钢BR1500HS在高温下的力学性能，分析了不同应变、应变速率及温度对材料应力-应变的影响规律。基于高温拉伸试验的应力应变数据，构建超强度钢BR1500HS在高温成形阶段和保压淬火阶段的热力耦合本构模型。

6、④双热成形过程数值模拟。1）基于材料高温本构模型，通过有限元分析研究了成形件在高温成形状态下车身复杂结构件的温度场、应力场分布、热预成形力及热预成形行程，选择了能满足生产工艺的热成形参数。通过数值模拟软件对车身复杂结构件在双热成形中I重庆大学博士学位论文出现的破裂缺陷形成原因进行了研究，提出将冲压件端部改为开式不压边的方法，通过数值模拟及生产试验，解决了复杂结构件双热成形中出现的破裂缺陷问题。2）对镶块式模具的冷却管路参数进行计算和回路设计，基于镶块式热成形模具冷却系统，对汽车成形件重点部位的保压淬

7、火阶段进行了共轭传热数值模拟，研究了该阶段模具和成形件温度场的变化规律及通过控制温度使成形件淬火后相变均匀化。⑤超高强度钢板BR1500HS双热成形试验研究采用双热成形技术对车身复杂结构件进行生产试制，并测量了热成形件重要位置的厚度及不同水流速度下温度，检测了成形件重要部位的微观组织、抗拉强度和硬度。通过协调工艺参数和加载控制策略，解决了双热成形中马氏体转化不均匀问题，最终获得了尺寸稳定且强度高达1400MPa的热冲压件。关键词：超高强度钢，双热成形，工艺参数优化，材料本构模型，热力耦合数值模拟II

8、英文摘要ABSTRACTA-pillarreinforcementisanimportantpartofwhitebodyparts.Itdirectlyrelatestosafetyofdriverandpassengers.Thus,componentsmusthavehighstrength,stiffnessandresistanceperformances.Underthebackgroundofpromotingemissionreductionsucha