现代汽车用钢板成形性及其物理冶金

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1、现代汽车用钢板的 成形性及其物理冶金,RAL NEU 2004年10月,汽车用钢板的成形性,新日铁使用HSS的情况,罩式退火与连续退火的工艺制度,不同钢种的扩孔率与抗拉强度,热轧 TRIP 钢的生产工艺,屈服强度与合金元素含量的关系,力学性能与残余奥氏体量的关系,扩孔率与抗拉强度的关系,疲劳强度与抗拉强度的关系,BH钢的加工工艺,高强钢板的增长情况,双相钢的热处理工艺与力学性能,冲击吸收能与屈服强度的关系,高频淬火感应加热处理,不同焊接方式的冲击吸收能,汽车构件,不同强度等级的回弹情况,不同加工方式,TRIP效应,TRIP钢的STRECH性能,变形方式与马氏体转变量的关系,TRIP钢的成形性能

2、,冲击吸收能的比较,s,多相薄钢板具有相当高的BH效应，吸收能进一步提高,冲击吸收能与总延伸的关系,方管的计算结果,显微组织均匀性对弯曲性能的影响,疲劳性能的比较,疲劳强度提高： 添加Si可以强化铁素体 周期负荷期间因为残余奥氏体的马氏体相变膨胀引起压缩残余应力,残余奥氏体量对 热轧TRIP 钢强塑积的影响,TS抗拉强度 L.E1局部延伸率 U.El均匀延伸率 T.E1总延伸率 总延伸的增加是均匀延伸增加所致,残余奥氏体的稳定性,TRIP钢的延伸率不仅受到残余奥氏体数量的影响，而且受到其稳定性的限制,稳定,典型的低合金TRIP钢的组织,铁素体形成时在铁素体和奥氏体中碳的浓度分布,铁素体体积分数

3、增大，晶粒细化 低温热轧输出辊道的冷却曲线,提高强塑比F体积分数细化,多边形铁素体的体积分数/晶粒尺寸,延伸类和卷边成形类残余奥氏体钢的性质,780 级 TRIP 钢的疲劳强度,高1.4-1.5倍,焊接钢板：780MPa级，2.3mm 焊条：直径7.8mm 电极压力：6kN TSS：焊缝的拉伸剪切强度 CTS：断面抗拉强度,形成熔核,典型零件Lower Arm,延伸提高,扩孔率提高,不同组织对应的扩孔率和延伸率,延伸性优良 卷边性差,卷边性优良 延伸性差,兼顾卷边性 和延伸性,铁素体贝氏体 通过固溶强化使显微组织尽量均匀，缩小两相硬度差 为了促进铁素体的形成并控制铁素体的形状，应减少C和Mn等

4、奥氏体形成元素，在输出辊道上采用两阶段冷却法 通过降低C浓度，抑制不需要的硬相的形成,780级卷边成形性钢的疲劳性能,高强钢强度与延伸的关系,Nb对铁素体晶粒尺寸的影响,冷轧TRIP钢工艺的冶金学特点,冷轧DP/TRIP钢的热处理工艺,热轧与冷轧双相钢的工艺路线,热轧多相钢的连续转变曲线,多相钢的显微组织特征,TRIP钢中Nb对等温贝氏体形成的影响,TRIP钢在热处理过程中组织的演变,合金元素对TRIP钢连退中相变行为的影响,DP钢的连续冷却工艺,拉深性能,冲压成形,定义：通过平面内材料的移动，由平板制成容器形物品的方法，称为冲压 与鼓胀成形不同，板厚减少不是变形的本质问题，所以可以进行深冲。

5、 成形工具：冲头（punch），模具（die） 成形件：底部，侧壁，翼缘 成形力：冲压力，压边力,JP，100，F31,冲压成形的本质,本质是翼缘部分的变形 取翼缘类似楔形的一部分，变形中一边向模具中移动，一边逐渐变窄 在材料向模具孔中移动的过程中，在圆周方向受到压缩 分量F/2，是材料向模具流动的阻力 整个翼缘上这些力合成，形成变形的阻力，此乃冲压力的发生源,JP，100，F32,深冲力的传递和支撑壁部,由于翼缘周向受到压缩应力，会发生弯曲皱褶，有必要施加压边力，以防止弯曲皱褶 这个力会成为翼缘移动的阻力，它与材料本身的变形的阻力结合起来，构成总冲压力 冲头给出的冲压力，通过壁部传递到翼缘。

6、 为了传递冲压力，壁部必须能够承担此力 壁的最薄弱的接近肩部的区域的承受能力，是重要的 在改进深冲成形，提高成形极限时，经常讨论的是壁部的耐力和深冲阻力（包括摩擦阻力，模具肩部的弯曲阻力）这二个力 选择材料：壁部抗拉强度高，翼缘部分易于压缩变形 成形条件：减小翼缘部分的摩擦阻力；增大模具的肩部半径，甚至翼缘加热,翼缘尺寸与成形方式的关系,并非所有具有冲头、模具、压边的工具都是冲压 由于壁部的耐力是有限的，所以冲头直径与毛料直径之比是有限制的。 如果毛料直径增大，冲压深度变浅，翼缘的材料几乎不会流入，这就变成鼓胀成形 在毛料中心有孔，且孔比较大的情况下，容器底部容易发生沿周向的延伸变形，这时翻边

7、成形成为主要的,JP，100，F33,冲压成形的应力、应变状态,翼缘部分： 周向压缩应力，拉深方向为拉应力 材料以周向压缩为主，同时在拉深方向伸长，最终材料增厚 摩擦力：沿拉深方向，向外 模具肩部： 承受深冲拉深变形以及弯曲和拉直变形， 拉深应力，弯曲应力 摩擦力沿拉深方向，阻碍运动 壁部： 受到翼缘深冲阻力和摩擦阻力合成的轴向力的拉深作用；由于周向无拉深和压缩变形，故在周向受到平面应变； 冲头肩部： 底部：,变形状态与板厚分布,深冲性能冲头肩部破断为对象,r 值是影响此深冲性能的最重要的材料特性，由Lankford 提出 定义：单向拉伸实验中宽度减少率与板厚减少率的对数应变比 r=b/h=(

8、logeb/bo)/(loget/to),JP，100，F331,r 值的各向异性,JP，100，F332,r 值与 LDR 的关系,加工硬化指数 n,JP，100，F335，36,壁部断裂为对象的深冲性能T值,JP，100，F337，38,深冲实验方法(1) LDR,Swift cup test:这是求出极限深冲比的方法，最基本的评价方法 极限深冲比（LDR）：实现不发生破裂的深冲过程的最大板料直径D与冲头直径d之比 对实验方法、实验工具、实验条件等有细致的规定,LDH,深冲实验方法(2) CCV,锥杯实验（CCV）,JP，100，F339,CCV值与冲程载荷曲线的关系,JP，100，F34

9、0,CCV值与 r 值的关系,JP，100，F341,深冲实验方法(3) TZP,TZPTief Ziehen Prufung Tzp=(Pab Pz)/Pab*100% Pab 中途加强板料约束发生破断时的破断载荷 Pz 可以深冲的最大板料直径下深冲时的最大载荷,JP，100，F342,鼓胀成形,翼缘不流动的状态下，冲头压入，表面延伸，表面积增加，立体成形的方法 表面积增加，必然造成厚度减少，材料延伸率必然限制成形的深度,JP，100，F41,应变分布和变形状态,整体上都是发生延伸变形 由于摩擦力的影响，会在某个位置形成最大值，在此位置板厚最小 纵断面上冲头的肩部半径小时，应变集中在冲头角部

10、弯曲半径附近,JP，100，F42,鼓胀成形的实验方法Elikson实验,压下速度0.1-0.3mm/s，压边力10kN 压下至裂口通光时为止，测量深度 r 值高，深冲性良好的材料，会由于材料的流入而影响结果,JP，100，F413,鼓胀成形的实验方法Sweden,金属基本不发生流入。但是Elikson实验更接近实际，实际有金属流入,JP，100，F414,鼓胀成形的实验方法液压涨形,由于无摩擦力作用，所以与实际有一定偏离 可以研究两向拉伸的情况 可以用于求出T值,JP，100，F415，16,翻边成形的应力状态,JP，100，F51,代表性的利用模具的翻边成形,JP，100，F52,翻边成形

11、的应力状态,JP，100，F53,翻边成形的应变分布,翼缘部分在圆周方向发生延伸，在半径方向发生收缩，在接近板边的位置板厚变薄,JP，100，F55,翻边成形的成形力,模具肩部的弯曲力和圆周方向的拉深力的合力,JP，100，F56,翻边成形实验扩孔实验,JP，100，F59,扩孔率与 n 值的关系,JP，100，F510,扩孔率与成形高度的关系,JP，100，F514,先进高强度钢板 （AHSS）的制造工艺特点,通过ULSAB项目近十年的研究： 钢铁仍是制造汽车的主导材料 采用HSS钢板是钢铁应对其它轻质材料挑战的措施,燃油经济性 环境需要 安全 价格,钢铁材料仍是主导材料,高强钢的性能特点,

12、Euro-NCAP Frontal offset impact: 64kph Side impact: 50 kph,US-NHTSA Frontal impact: 50kph Side impact: 55.8 kph,Crush zone,Anti-intrusion,Function: Long crush lengths Long duration of crash pulse,Function: Minimum intrusion High energy dissipation,高强钢的抗冲击性能,5060,高强钢在北美的应用情况,Nb具有最强的强化能力 少量的添加可以与其他元素多

13、量添加持平 15MPa/0.01Nb,Nb延迟再结晶，硬化奥氏体，大量形核，细晶延续到冷轧 由于溶度积的限制，碳化铌在下部奥氏体区只有少量溶解，大部分保留下来，细小均匀分布的碳化铌阻碍晶粒长大,由于Nb的添加，残余奥氏体的量增加，因而在较短的退火时间，即可以得到较高的性能值 在两相区形成的细化的奥氏体晶粒促进冷却到贝氏体相变温度时在铁素体/奥氏体界面大量形核。富碳的残余奥氏体进一步富化 晶粒细化，降低了马氏体转变的温度，因而增加了残余奥氏体的稳定性，Nb微合金化的TRIP钢硬度较无铌钢高20,晶粒细化，降低了马氏体转变的温度，因而增加了残余奥氏体的稳定性，Nb微合金化的TRIP钢硬度较无铌钢高

14、20,奥氏体的稳定性对于高塑性是有意义的 随着残余奥氏体的量增加，均匀延伸增加 Nb微合金化的钢种显示很高的强度，利用较高量的残余奥氏体来保证其塑性是极为重要的,组织：铁素体1020%马氏体组成,双相钢（DP： Dual Phase ）,DP钢种类：,热轧：550、600、700、800、1000MPa 冷轧和电镀锌：500、600、700、800、1000、1200MPa 热镀锌：500、600、700、800MPa 热镀锌合金化： 500、600、700、800MPa,双相钢（DP： Dual Phase ）,性能特点： 加工硬化:在低的应变区（2% - 3%）,屈服强度提高很快 (140

15、-220 MPa),DP钢的性能特点,性能特点： 无屈服延伸，无室温时效 弯曲性能：良好 BH：3580MPa 屈强比较低（0.50.65）,DP钢的性能特点,Processing Routecold rolled sheet,相变诱导塑性钢（TRIP）,TRIP：TRansformation Induced Plasticity,成分组织特点： 0.1C+1.4Mn+1.0Si, FBrA(515%),TRIP钢,TRIP钢的变形与相变强化,TRIP钢种类：,热轧：600MPa、800MPa 冷轧和电镀锌：600MPa、800MPa 热镀锌：600MPa、800MPa,性能特点：,高碰撞吸收能 高的强塑积 高的n值,TRIP钢的种类和性能特点,DP钢和TRIP钢的性能特点,AHHS的典型用途,AHHS的典型用途,AHHS的典型用途,AHHS的典型用途,AHHS的典型用途,热轧AHSS生产工艺特点,冷轧AHSS生产工艺特点,冷轧AHSS,汽车用钢板的选择和使用,汽车薄板需要的材料特性,JP，100，F42,E:杨氏模量； ：变形应力（抗拉强度）；t：板厚,外板用材（PANEL）,强度级别：低于450MPa； 生产方式：冷轧钢板或镀锌钢板 性能：加工性能，特别是 r 值和延伸 钢种：低碳或极低碳为基础 强化方式：固溶强化