【摘 要】
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汽车轻量化已成为降低油耗,减少碳排放,实现2050年中国碳中和目标的有效措施。为实现汽车轻量化,高强钢越来越多的应用于车身制造。22MnB5硼钢作为高强钢的典型代表,已成为碰撞关键结构的最常用材料之一。为探究22MnB5硼钢的变形机制,提高22MnB5硼钢在车身结构件的应用,有必要对不同温度下22MnB5硼钢的变形行为、显微组织和本构模型进行充分研究。本文以22MnB5硼钢板材为研究对象,通过不同
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汽车轻量化已成为降低油耗,减少碳排放,实现2050年中国碳中和目标的有效措施。为实现汽车轻量化,高强钢越来越多的应用于车身制造。22MnB5硼钢作为高强钢的典型代表,已成为碰撞关键结构的最常用材料之一。为探究22MnB5硼钢的变形机制,提高22MnB5硼钢在车身结构件的应用,有必要对不同温度下22MnB5硼钢的变形行为、显微组织和本构模型进行充分研究。本文以22MnB5硼钢板材为研究对象,通过不同温度下的单向拉伸实验,分析了 22MnB5硼钢在室温准静态载荷下和不同温度下的变形行为,分别构建了含有Johnson-Cook模型应变速率项的Voce本构模型和含有应变项的Zener-Hollomom因子的Arrhenius本构模型。此外,基于显微组织探讨了热处理温度对22MnB5硼钢室温变形行为的影响。得到的结论如下:(1)随着热处理温度的升高,实验用钢的微观组织中板条状马氏体含量增加,使得其屈服和抗拉强度也显著提升;随着应变速率的增加,实验用钢的屈服强度和抗拉强度呈现先增加后减小的趋势。(2)基于Voce本构模型,通过引入Johnson-Cook模型的应变速率项,构建了可以描述22MnB5硼钢在不同热处理工艺和应变速率下力学响应的本构方程,其相关系数(R)和平均相对误差(AARE)分别为0.993和3.15%。(3)在变形温度为500℃、650℃和700℃,应变速率为0.01 s-1时,实验钢的过冷奥氏体发生转变,导致流变应力出现第二次快速增长,特别是变形温度为500℃时,其流变应力较大。其余温度和应变速率下,稳态流变应力,随着变形温升的升高而降低。(4)基于原始Arrhenius本构模型,采用包含应变项的Zener-Hollomom因子对实验数据进行拟合,其中待求参数通过多项式拟合,得到的本构方程可以较好的描述22MnB5硼钢的流变力学变化趋势。(5)22MnB5硼钢热变形时能量耗散效率参数与变形行为密切相关,不同变形温度、应变速率和应变对能量耗散效率值有较大影响。采用动态材料学模型和Prasad失稳区判据构建了 22MnB5硼钢的热加工图,确定了 22MnB5硼钢的最佳热加工工艺:变形温度为850~950℃,应变速率为0.01~0.1 s-1。
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