热-力-相变耦合下BR1500HS高强度钢热成形数值模拟(4)
1.4 研究的主要内容
本论文以BR1500HS高强度钢板进行研究，利用物理实验和有限元模拟分析相结合的方法，对该材料的高温流变应力进行研究。然后根据实验条件将各工艺参数导入到有限元模拟软件中，分析热成形时成形条件对其温度、应力的分布规律和微观组织的影响。最后，为汽车轻量化和安全性提供有价值的参考。
具体可分为以下几部分：
1．基于BR1500HS高强度钢板的高温流变行为研究。利用Gleeble1500热模拟实验机，将该材料在热成形条件下进行等温和非等温单向拉伸实验，以确定其在不同变形温度下和不同变形速率下的应力-应变曲线。通过对结果数据进行方差分析，确定了材料拉伸变形时的应变量、应变速率以及变形温度对流变应力的影响，为后续的热成形成形研究提供依据。
2．用热拉伸试样代替热冲压成形进行有限元数值模拟，利用有限元模拟软件DEFORM-3D，将前面实验所得数据建立在材料模型中并导入有限元模拟软件中，通过模拟运算，得出热拉伸成形过程中各时刻坯料内的温度场和应力场的分布，研究热成形过程冷却速率和成形终了温度对热成形结果的影响，验证了热成形模拟的可行性。
2 高强度钢板的性能研究
2.1 前言
热冲压成形是一次成形中需完成材料加热、保温、成形以及成形后保压和冷却等工序。加热后工件首先与模具接触，由于模具内置水冷管道，因此工件遇到模具温度会出现下降。随着温度下降出现相变，相变过程中释放的相变潜热将会对温度场产生影响，另外，工件在模具中成形，由于变形产生温升，这些温度变化导致板料微观组织中各相的热力学属性(弹性模量、流动准则及热交换系数等等)都将依赖于温度场而发生变化。传统的动态CCT曲线只考虑恒温拉伸过程中的相变，没有考虑成形过程中的温度变化对力及组织的影响。
本文利用热模拟试验机进行热拉伸试验，进行变温拉伸与恒温拉伸的实验，综合应用金相法、热膨胀法等方法研究恒温与变温相变热力学的区别，进行多场耦合关系分解。
2.2 实验材料
实验材料化学成分见表2-1。热模拟试样厚度为1.8mm，试样尺寸如图3-1所示。
表2-1试验用材料的化学成分 /wt％
C Mn Si P S Al Cr B Ti N
0.20 1.10 0.15 ＜0.025 ＜0.005 0.020 0.10 0.002 0.020 ＜0.009
根据GBT228-2002金属拉伸试验方法的规定，用于实验的试样如图2-1所示，长度方向为板料轧制时的方向。
图2-1 热模拟试样示意图
2.3 实验设备
材料的热拉伸变形过程以及变形时的材料流变应力、热塑性、相变情况以及显微组织等基础研究的模拟都可以在热模拟实验机上完成。本文主要利用热模拟机来获得不同工艺条件下加热温度、变形温度、变形速度等工艺参数对实验材料的热力学性能的影响。
本次热拉伸实验设备选用Gleeble1500热模拟实验机，如图2-2所示。该设备由美国DSI公司所生产，该设备主要由电脑控制系统、热控制系统和机械控制系统组成，整个过程完全由电脑控制。在材料高温热成形的实验中能够按设定的电脑程序较为真实的模拟热变形的整个过程，能对试验区的温度进行录制和分析，常用于模拟高温拉伸、多种变形条件下的高温压缩、熔化和凝固、热处理以及多种变形和冷却条件下的相转变(动态CCT和静态CCT)等，可提供材料变形全过程中每一时刻的力、位移、应力和应变及能量等数据，并可对实验数据进行图像处理。其主要技术参数见表2-2所示。
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