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汽车用高强度TRIP钢变形力学性能宏微观研究
作 者: 曾宇卓
导 师: 李光耀
学 校: 湖南大学
专 业: 车辆工程
关键词: TRIP钢 相变诱发塑性 残余奥氏体 预应变
分类号: TG142.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
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。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-8 目录 8-10 第一章 绪论 10-23 1.1 研究意义及研究背景 10-12 1.2 汽车用高强度钢板介绍 12-14 1.2.1 汽车用钢板的分类及特点 12-13 1.2.2 高强度钢板在汽车上的应用 13-14 1.3 TRIP 钢的特点及研究现状 14-21 1.3.1 TRIP 钢特点及其机理 14-17 1.3.2 TRIP 刚强度钢板研究热点 17 1.3.3 TRIP 钢的研究现状 17-21 1.4 研究意义和内容 21-23 第二章 TRIP 钢变形行为的宏观研究 23-39 2.1 引言 23 2.2 拉伸试验及 TRIP 钢拉伸力学性能研究 23-31 2.2.1 拉伸试验过程 23-25 2.2.2 TRIP 钢拉伸力学性能分析 25-26 2.2.3 拉伸速率对 TRIP 钢力学性能影响 26-28 2.2.4 预应变对 TRIP 钢力学性能影响 28-31 2.3 TRIP 钢冲压成形性能研究 31-37 2.3.1 冲压成形试验 31-33 2.3.2 TRIP 钢成形性能分析 33-37 2.4 本章小结 37-39 第三章 TRIP 钢变形行为的微观研究 39-50 3.1 引言 39 3.2 TRIP 钢相变诱发塑性机理 39-40 3.3 X 射线衍射实验 40-45 3.3.1 实验过程 40-41 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 41-43 3.3.3 预应变对 TRIP 钢残余奥氏体体积含量变化影响 43-45 3.4 扫描电镜实验观察 45-48 3.4.1 实验过程 45-46 3.4.2 不同应变状态下 TRIP 钢组织变化 46-48 3.5 影响 TRIP 钢力学性能的微观因素 48-49 3.5.1 TRIP 效应对拉伸强度和塑性影响 48 3.5.2 残余奥氏体对拉伸性能的影响 48-49 3.6 本章小结 49-50 第四章 TRIP 钢本构方程研究及有限元仿真 50-61 4.1 引言 50 4.2 弹塑性本构理论 50-55 4.2.1 各向同性弹性本构关系 50 4.2.2 经典弹塑性本构关系 50-55 4.3 高强钢常用本构模型 55-57 4.3.1 Johnson-Cook 本构模型 55-56 4.3.2 Zerrilli-Armstrong 本构模型 56-57 4.3.3 Khan-Huang 本构模型 57 4.4 基于 Johnson-Cook 模型的 TRIP 钢本构方程 57-58 4.5 TRIP 钢本构方程的验证 58-60 4.6 本章小结 60-61 结论 61-63 参考文献 63-68 致谢 68-69 附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文 69
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 钢 > 各种钢材:按用途区分
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