汽车用高强度TRIP钢变形力学性能宏微观研究

论文摘要

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，另一方面需要确保安全性。具有相变诱发塑性（TRIP，Transform Induced Plasticity）效应的TRIP钢板作为新型的高强度钢板，同时具有高强度和良好的塑性，是汽车轻量化的理想材料。TRIP钢在室温下的显微组织主要是铁素体、贝氏体和残余奥氏体构成。其中残余奥氏体稳定性较差，在一定塑性变形下，会向较稳定的马氏体转变。生成的马氏体硬化性能比相变前的奥氏体有较大提高，从而改善了材料的塑性。可是，TRIP钢的这种相变诱发塑性特性，同时也带来了性能不稳定等问题，影响了TRIP钢在汽车中的大规模应用。因此，这种新型汽车用钢力学成形性能和微观相变规律的研究，对于推广TRIP钢板的工程应用，缩短新产品的开发周期有着重要的实际意义。本文以宝钢生产的TRIP高强钢板为研究对象，通过静态单向拉伸试验、冲压成形试验、微观扫描电镜实验和X射线衍射实验，研究了TRIP高强钢板的宏观力学性能和微观组织变化规律，基于Johnson-Cook模型，建立了相关材料本构方程，并应用于单向拉伸的数值模拟。主要研究内容如下：1.通过准静态拉伸，在拉断及预应变为5%，10%，15%三种条件，不同拉伸速率为0.5mm/s，0.05mm/s，0.005mm/s的情况下，得到高强度钢板TRIP590、TRIP780的材料力学性能参数及应力应变曲线。2.利用特征模具进行冲压试验，在考虑压边力、坯料形状和截面回弹情况下，研究TRIP钢的冲压成形性能。3.通过对TRIP高强钢的扫描电镜分析实验，了解其微观组织结构及在不同预应变下各组织变化情况；通过X射线衍射实验得到不同变形条件的残余奥氏体体积含量；研究了应变与残余奥氏体相变的关系，TRIP钢预应变和组织转变的关系。4.研究适合TRIP钢的本构模型，建立相关的本构方程。并用数值仿真验证所建立的本构方程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义及研究背景
• 1.2 汽车用高强度钢板介绍
• 1.2.1 汽车用钢板的分类及特点
• 1.2.2 高强度钢板在汽车上的应用
• 1.3 TRIP 钢的特点及研究现状
• 1.3.1 TRIP 钢特点及其机理
• 1.3.2 TRIP 刚强度钢板研究热点
• 1.3.3 TRIP 钢的研究现状
• 1.4 研究意义和内容
• 第二章 TRIP 钢变形行为的宏观研究
• 2.1 引言
• 2.2 拉伸试验及 TRIP 钢拉伸力学性能研究
• 2.2.1 拉伸试验过程
• 2.2.2 TRIP 钢拉伸力学性能分析
• 2.2.3 拉伸速率对 TRIP 钢力学性能影响
• 2.2.4 预应变对 TRIP 钢力学性能影响
• 2.3 TRIP 钢冲压成形性能研究
• 2.3.1 冲压成形试验
• 2.3.2 TRIP 钢成形性能分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 TRIP 钢变形行为的微观研究
• 3.1 引言
• 3.2 TRIP 钢相变诱发塑性机理
• 3.3 X 射线衍射实验
• 3.3.1 实验过程
• 3.3.2 单向拉伸中 TRIP 钢残余奥氏体的体积含量随应力应变的变化
• 3.3.3 预应变对 TRIP 钢残余奥氏体体积含量变化影响
• 3.4 扫描电镜实验观察
• 3.4.1 实验过程
• 3.4.2 不同应变状态下 TRIP 钢组织变化
• 3.5 影响 TRIP 钢力学性能的微观因素
• 3.5.1 TRIP 效应对拉伸强度和塑性影响
• 3.5.2 残余奥氏体对拉伸性能的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 TRIP 钢本构方程研究及有限元仿真
• 4.1 引言
• 4.2 弹塑性本构理论
• 4.2.1 各向同性弹性本构关系
• 4.2.2 经典弹塑性本构关系
• 4.3 高强钢常用本构模型
• 4.3.1 Johnson-Cook 本构模型
• 4.3.2 Zerrilli-Armstrong 本构模型
• 4.3.3 Khan-Huang 本构模型
• 4.4 基于 Johnson-Cook 模型的 TRIP 钢本构方程
• 4.5 TRIP 钢本构方程的验证
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文