汽车制造业是我国国民经济的重要支柱产业,提高汽车的安全性能和节能减排能力顺应《中国制造2025》绿色发展的要求,成为推动汽车行业创新发展的主要动力之一。高强钢及其压力硬化技术满足了汽车行业追求高强度和减重的要求,得到越来越多的关注。然而,均一性能压力硬化件虽然强度高,但延伸率低,综合力学性能不高,在碰撞过程中很难实现整体刚度和碰撞吸能的最佳匹配。因此,根据载荷分布设计具有梯度性能的压力硬化件成为汽车防撞零件追求的目标,对提高汽车碰撞安全性,促进轻量化具有重要意义,该工艺具备实现汽车零件功能定制的潜力。本文以高强度硼钢板22MnB5为研究对象,针对选择性加热压力硬化工艺开展基础理论与实验研究,系统研究了非均匀温度场下硼钢多相分区力学行为、微观组织转变及相变动力学,并通过数值模拟和选择性加热压力硬化实验验证工艺的可行性和可控性,实现性能梯度件制备,并对梯度试样进行了表征和再变形性能的评估。论文的主要研究内容及贡献包含如下几点:(1)研究了高强度硼钢的动态应变时效行为,获得了选择性加热的合理加热温度。基于不同变形条件的拉伸实验,研究了非均匀温度场下,硼钢奥氏体相、过渡多相和原始相的流变应力特征。基于Arrhenius模型,计算了硼钢奥氏体相和铁素体相的变形激活能,建立了奥氏体相区、原始相区材料峰值应力本构模型;通过改进Arrhenius模型,推导了过渡多相区的变形激活能与温度的关系,建立了过渡多相区材料峰值应力本构模型。(2)借助原位观察实验,动态研究了高强度硼钢压力硬化过程微观组织演化规律。研究了奥氏体化过程中碳化物的析出及合金相B的作用,表现为加热温度越高,富B碳化物偏析越明显,而B的偏析及固溶影响奥氏体晶粒的均匀性。研究了冷却过程中硼钢的相变机制以及冷速对其相变和性能的影响。低冷速下,实验用钢发生上贝氏体相变,平均硬度为194HV;中冷速下,发生上、下贝氏体相变,平均硬度提高为289HV。提高冷速可以使贝氏体转变开始温度降低,生长速度加快。高冷速下发生马氏体相变,平均硬度为426HV。马氏体转变开始温度M_s点随奥氏体晶粒尺寸减小而降低,晶粒尺寸小于30?m,M_s点下降速度加快。(3)基于改进的JMA模型,计算了实验用钢奥氏体相变激活能及JMA参数,建立了硼钢非等温奥氏体相变动力学模型。基于K-M模型,发现马氏体相变动力学系数与温度存在三次多项式关系,建立了硼钢马氏体相变动力学模型。研究了母相(奥氏体)形变对硼钢马氏体相变的影响。马氏体转变量对母相形变的应变量敏感,而对其应变速率不敏感,母相应变量增大20%,实验用钢快冷后残余奥氏体增加10%。(4)建立了选择性加热压力硬化有限元仿真模型,揭示了该工艺下板料温度场和应力应变场的基本规律和特征,分析了初始加热温度梯度和冲压速度对选择性加热压力硬化过程的影响规律。模拟发现,高温区平均冷速为65-80℃/s,高于马氏体相变临界冷速,低温区板料成形温度在500℃以上,高于动态应变时效温度。减小初始加热温度梯度和提高冲压速度,可以有效降低板料应力水平,减小成形中残余应力。(5)搭建了局部感应加热压力硬化实验平台,实现了微观组织为“马氏体相、马氏体+铁素体+残余奥氏体复相和铁素体、珠光体原始相”的性能梯度件制备,硬度从550HV到180HV过渡,并研究了不同的压力硬化工艺参数对梯度零件硬度分区的影响规律。借助DIC技术和EBSD技术对梯度试样再变形能力进行评估和分析,结果显示:梯度试样的再变形过程存在明显的应变配分特征。铁素体承担变形吸能作用,最大应变达到0.32,晶界取向梯度高,随着变形量的增加,位错密度增大,形成大量小角晶界,晶粒尺寸变小,微区应变明显。马氏体承担防撞保护作用,没有发生晶粒取向变化,处于未变形状态,契合“硬区防撞,软区吸能”的应用功能。