脉冲电流处理对硼钢力学性能和显微组织的影响

发布时间：2017-07-20 00:07

  本文关键词：脉冲电流处理对硼钢力学性能和显微组织的影响

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【摘要】：随着科学技术的发展，轻量化、智能化、低成本及高性能的汽车已经成为人们需求的主要方向，因此对汽车零件的用材及生产制造工艺过程提出了更高的要求。与传统成形零件相比，具有质轻高强等特点的高强钢热冲压成形零件，更具市场适应性，应用前景也越来越广泛。然而，在热冲压技术的不断革新过程中，传统加热方式的不足之处也不断显现出来。 本文研究了脉冲电流加热和传统箱式炉加热对热冲压后硼钢B1500HS组织及性能的影响，分析了加热过程产生物理场的变化，具体内容如下： （1）采用高能脉冲电流处理高强度硼钢B1500HS，探究脉冲电流处理对硼钢组织、力学性能、硬度及表面氧化程度等方面的影响，，得出以下结论： 在最佳参数的作用下，脉冲电流加热淬火后硼钢试样获得了比传统箱式炉加热更加细小的马氏体板条组织。这是由于脉冲电流的作用提高了奥氏体的形核率，促进奥氏体形核转变；同时脉冲电流快速的加热过程能够抑制奥氏体晶粒的长大，使得最终获得均匀细小的马氏体组织。 通过脉冲电流加热处理的淬火后硼钢的机械性能得到了很大的提高。脉冲处理后试样的抗拉强度达到1660MPa，延伸率提高了约7%，同时保持着高硬度。脉冲电流作用产生的电致塑性效应决定了成形后试样的高强度及高韧性。脉冲电流处理工艺改善了材料的综合力学性能，能够有效地提高汽车安全系数。 脉冲处理后试样的表面氧化皮较少，氧化增重情况明显好于箱式炉加热试样。脉冲电流的瞬间加热和快速给压的过程决定了高温试样能够在空气中短暂停留，使得试样的表面氧化程度降低，不仅能够提高能源的利用率还能有效的保证工件的尺寸精度，减少材料的氧化浪费，有利于节能环保。 （2）利用有限元模拟分析方法研究在脉冲电流处理板料的过程中材料内部产生的温度分布及电流密度分布情况。 有限元模拟结果表明：由于试样形状规则，脉冲电流作用后试样整体电流分布均匀，只有两端面处存在电流密度梯度分布的情况。温度模拟结果显示：试样中部的温度较高，端部的温度较低，随着加热时间的延长，这样的温度梯度逐渐增大。整体看来试样中间成形有效区处于高温加热状态，热能得到了有效的利用。 本文通过实验和仿真的手段研究高能脉冲电流对高强度硼钢组织和性能的影响，旨在为脉冲电流技术在实际生产中的推广提供一定的理论基础。相信未来高能脉冲电流处理技术在热冲压领域的应用将越来越广泛。
【关键词】：脉冲电流处理 高强度硼钢 微观组织 力学性能 有限元数值模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1;TG161
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10-12
• 1.2 热冲压技术简介12-14
• 1.2.1 热冲压的国内外研究现状12-13
• 1.2.2 热冲压技术优缺点分析13-14
• 1.3 脉冲电流处理对材料性能影响的研究现状14-17
• 1.3.1 脉冲电流处理促进金属回复和再结晶14-15
• 1.3.2 电致塑性效应15-16
• 1.3.3 脉冲电流处理在板料成形上的应用16-17
• 1.4 选题意义及研究内容17-20
• 1.4.1 选题意义17-18
• 1.4.2 课题研究内容18-20
• 第2章 脉冲电流处理的理论基础及有限元理论20-30
• 2.1 热电耦合及传热理论20-22
• 2.2 脉冲电流处理对材料性能影响的机制22-27
• 2.2.1 电致塑性效应产生机制22-25
• 2.2.2 脉冲电流对原子扩散及再结晶形核过程产生影响25-27
• 2.3 有限元模拟方法介绍27-30
• 第3章 实验方法与结果30-50
• 3.1 实验材料30
• 3.2 实验装置30-32
• 3.3 实验方案32-36
• 3.3.1 脉冲电流加热时间与温度之间的关系32-35
• 3.3.2 技术路线图35
• 3.3.3 实验方案35-36
• 3.4 实验分析测试方法36-38
• 3.4.1 力学性能测定36-37
• 3.4.2 硬度测定37-38
• 3.4.3 微观组织形貌观察38
• 3.4.4 氧化程度测定38
• 3.5 实验结果分析38-48
• 3.5.1 力学性能结果分析39-42
• 3.5.2 硬度测试结果分析42-43
• 3.5.3 微观组织形貌分析43-47
• 3.5.4 试样氧化程度分析47-48
• 3.6 本章小结48-50
• 第4章 脉冲电流处理硼钢有限元模拟50-62
• 4.1 引言50
• 4.2 热电耦合有限元模拟分析前处理过程50-52
• 4.3 脉冲电流处理时试样中的物理场数值模拟分析结果52-60
• 4.3.1 脉冲电流处理试样中电流密度分布52-54
• 4.3.2 脉冲电流处理试样中温度分布54-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第5章 结论62-64
• 参考文献64-70
• 作者简介及攻读学位期间取得的科研成果70-72
• 致谢72

【参考文献】

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本文编号：565410