脉冲电流作用下汽车用硼钢板的强化处理研究

论文摘要

随着汽车工业的发展，安全性和能源利用效率已经变得越来越重要。而超高强度钢的选用，一方面可以提高汽车的安全性，另一方面可以实现车辆轻量化，从而降低油耗，节约能源。本文以车用超高强度22MnB5钢为研究对象，研究了瞬时高能量脉冲电流处理对22MnB5钢组织和性能的影响。研究发现，在本实验条件下，经最优参数的脉冲电流处理，22MnB5钢的强度可以达到2046Mpa，而且延伸率保持在13.3%，相较热成形处理，其拉伸强度提高了38.7%，而且延伸率提高了17.6%，具有良好的综合力学性能。实验结果表明，适当延长脉冲电流作用时间，提供足够的能量输入，可以提高22MnB5钢的强度。但是脉冲电流放电时间过长，反而会降低这种强化作用。较高的脉冲电流密度和冷却速度有助于晶粒的细化，提高其综合力学性能。本文还尝试从理论上探索脉冲电流对金属相变的作用，证实脉冲电流促进了奥氏体形核率，使得转变的奥氏体晶粒细小。最后，利用ANSYS数值模拟分析了脉冲电流处理结束后瞬间试样温度场及应力场的分布规律，模拟结果和实验有良好的对应关系，为深入了解脉冲电流处理方式提供了一种途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题目的与意义
• 1.2 脉冲电流在材料制备、加工过程中的作用
• 1.2.1 脉冲电流作用下金属的焦耳热效应
• 1.2.2 脉冲电流作用下金属的电迁移现象
• 1.2.3 脉冲电流作用下金属的电致塑性效应
• 1.2.4 脉冲电流对金属凝固过程的影响
• 1.2.5 脉冲电流的晶化作用及仿生改性作用
• 1.3 硼钢的历史及特性
• 1.3.1 硼钢的研究历史
• 1.3.2 硼钢的高淬透性及机理
• 1.4 常用材料强化机制
• 1.4.1 细晶强化
• 1.4.2 固溶强化
• 1.4.3 其它强化机制
• 1.5 硼钢板的常用加工方法
• 1.6 本文研究内容
• 第2章 实验方案和方法
• 2.1 实验原材料
• 2.2 试样制备
• 2.2.1 脉冲电流试样制备
• 2.2.2 实验用钢的热成形加工
• 2.2.3 拉伸试样的制备
• 2.3 脉冲电流处理
• 2.4 分析与测试
• 2.4.1 微观组织观察
• 2.4.2 显微硬度测试
• 2.4.3 拉伸实验
• 2.5 实验技术路线图
• 第3章 脉冲电流处理后的微观组织及性能
• 3.1 冷轧态及热成形试样的微观组织
• 3.2 空冷、不同脉冲时间对试样微观组织的影响
• 3.3 水冷、不同脉冲时间对试样微观组织的影响
• 3.4 水冷、不同电流密度对试样微观组织的影响
• 3.5 不同脉冲电流处理条件对试样的晶粒大小的影响
• 3.6 脉冲电流对硼钢硬度的影响
• 3.7 脉冲电流处理对硼钢拉伸性能的影响
• 3.8 不同拉伸试样的断口形貌
• 第4章 脉冲电流放电过程的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.1.1 有限元分析方法
• 4.1.2 温度场和热应力场求解有限元分析
• 4.2 脉冲电流放电瞬间温度场数值模拟
• 4.2.1 计算模型的创建
• 4.2.2 有限元网格划分
• 4.2.3 22MnB5 钢物性参数
• 4.2.4 边界条件和所需施加载荷
• 4.2.5 脉冲电流放电过程中电流密度分布
• 4.2.6 温度场计算结果及其分析
• 4.3 脉冲电流放电瞬间热应力场数值模拟
• 4.3.1 计算模型及材料属性
• 4.3.2 施加载荷求解
• 4.3.3 应力场的数值模拟及分析
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢