【摘 要】
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汽车轻量化对节能减排、安全与环保有着十分重要的意义。实现轻量化的途径主要有两种,分别是汽车构件的材料轻量化与结构轻量化。其中,材料轻量化可以通过轻质元素的添加降低材料密度来实现;结构轻量化可以通过降低材料的厚度来实现,但是材料厚度降低往往会导致材料刚度的下降,而刚度只与材料的弹性模量和厚度相关。因此,为了实现降低材料厚度的同时满足材料的刚度需求,只能提高材料的弹性模量。现有研究表明,利用TiB2颗
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汽车轻量化对节能减排、安全与环保有着十分重要的意义。实现轻量化的途径主要有两种,分别是汽车构件的材料轻量化与结构轻量化。其中,材料轻量化可以通过轻质元素的添加降低材料密度来实现;结构轻量化可以通过降低材料的厚度来实现,但是材料厚度降低往往会导致材料刚度的下降,而刚度只与材料的弹性模量和厚度相关。因此,为了实现降低材料厚度的同时满足材料的刚度需求,只能提高材料的弹性模量。现有研究表明,利用TiB2颗粒是提高材料弹性模量的有效途径。目前,第三代先进高强钢因其具有良好的强韧性而被广泛应用,而本文致力于研究先进高强钢发展的新方向为其具有高弹性模量、高强韧性、低密度。本文通过使用WDW-50KN电子万能试验机测量了实验钢的力学性能;使用SGL-1400-11管式加热炉完成实验钢的热处理实验;使用XRD衍射仪测量了组织内的奥氏体含量;使用金相显微镜、扫描电子显微镜等仪器观察分析实验钢的组织。本文研究内容分为两部分,第一部分是高比弹性模量、高强韧性汽车钢的基体组织设计与研究,第二部分是高比弹性模量、高强韧性汽车钢的组织与性能研究。通过对实验钢成分一工艺—组织—性能之间的研究,得出如下结论:（1）设计了两种全新成分的基体组织分别是Fe-15Mn-4Al与Fe-15Mn-3A1,本基体设计的创新性在于不依赖C作为强韧化手段。（2）对于Fe-1 5Mn-4Al实验钢,经过1000℃保温5h淬火后铁素体无法消除。经过600℃保温6h、12h、24h退火后,力学性能不理想,奥氏体稳定性较差。（3）对于Fe-15Mn-3Al实验钢,经过900℃保温1h淬火后铁素体完全消除,基体组织理想。经过510℃、530℃、550℃分别保温12h与24h退火后发现,530℃保温24h后实验钢的力学性能最好,此时屈服强度为310MPa、抗拉强度为650MPa、延伸率为32%,延伸率与抗拉强度匹配优异。退火后奥氏体的含量为45%,拉断后奥氏体的含量为19%,奥氏体较稳定。因此,Fe-15Mn-3Al实验钢的最终热处理工艺定为900℃+1h+水冷+530℃+24h+空冷。（4）Fe-1 5Mn-3Al-2B-4.7Ti 实验钢的密度为7.112g/cm3,弹性模量为 218GPa,满足低密度与高比弹性模量的要求。（5）Fe-15Mn-3Al-2B-4.7Ti实验钢经过与Fe-15Mn-3Al实验钢相同的热处理工艺后,其抗拉强度为810MPa,屈服强度为720MPa,延伸率为5.6%,抗拉强度与屈服强度有较大提升,但是延伸率较低。为改善延伸率,需要对TiB2颗粒对基体的组织演化的影响、与基体的界面行为以及TiB2颗粒的断裂行为作进一步研究。
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