汽車用高強(qiáng)鋼的組織與性能分析

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告課題名稱汽車用高強(qiáng)鋼的組織與性能分析注意字體一致系 部材料工程系專 業(yè)夏首昂班 級(jí)材料成型及控制工程姓 名T733-2學(xué) 號(hào)20070330208指導(dǎo)教師簽名（校內(nèi)）指導(dǎo)教師簽名（校外） 年 月日1 課題背景及意義一是句子中錯(cuò)別字太多；二是字體格式很亂。你先把錯(cuò)別字改完，語(yǔ)句整理通順后上傳我再看。今日汽車的發(fā)展在輕量化及安全性能的考驗(yàn)下，傳統(tǒng)的鋼種已經(jīng)不再滿足于消費(fèi)者。據(jù)統(tǒng)計(jì)，車重減輕10%可節(jié)省燃油3%-7%【1】。而目前使用的最高強(qiáng)度級(jí)別600-800Mpa的AHSS鋼的減重率為24%-37%【2】。故在降低油耗，減少排放等諸多要求下，降低車重的效果最為明顯（圖）【

2、3】。因此高強(qiáng)鋼得到人們的青睞。與此相適應(yīng)，鋼鐵業(yè)在高強(qiáng)鋼方面的研發(fā)投資也有了較大增長(zhǎng)。所以，對(duì)于高強(qiáng)鋼方面的研究有非常重要意義。2 本課題及相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展2.1.強(qiáng)化機(jī)制固溶強(qiáng)化 高強(qiáng)鋼中普遍采用的強(qiáng)化機(jī)制是固溶強(qiáng)化。C,N等小半徑的原子，以間隙原子的形式與金屬形成固溶體，造成基體金屬勁歌的畸變，提高材料的強(qiáng)度，這種情況被稱為間隙固溶。而Mn，Cu，Ni，Cr等金屬原子，通過(guò)置換集體金屬原子而溶于金屬中們由于原子半徑不同，造成基體晶格畸變，也可以提高材料的強(qiáng)度，這種置換被稱為置換固溶【4】。對(duì)于C-Mn鋼，固溶強(qiáng)化是主要的強(qiáng)化機(jī)制。細(xì)晶強(qiáng)化通過(guò)添加微量合金元素提高鋼材的再結(jié)晶溫度

3、，擴(kuò)大未再結(jié)晶區(qū)，在未結(jié)晶區(qū)進(jìn)行低溫大壓下，造成材料內(nèi)部形成大量的變形帶，亞晶，位錯(cuò)等晶體“缺陷”，這些缺陷在后續(xù)的相變中成為鐵素體形核的核心。缺陷的大量存在，造成材料內(nèi)部大量形核，因而可以大幅強(qiáng)化細(xì)化材料的經(jīng)歷，實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化。譬如，添加Nb，會(huì)在800-900的溫度區(qū)間由于變形的誘導(dǎo)而大量洗出微合金元素的碳氮化合物，從而提高材料的再結(jié)晶溫度，強(qiáng)化材料的硬化效果。 相變強(qiáng)化又稱組織強(qiáng)化，通過(guò)相變過(guò)程改變鋼材的組織組成，從而提高鋼材強(qiáng)度的一種強(qiáng)化方法。在相變過(guò)程進(jìn)行控制，在鋼材中引入一定數(shù)量的硬相組織，就可以提高鋼材的強(qiáng)度。硬相所占的比例不同，就可以得到不同的材料強(qiáng)度水平。析出強(qiáng)化在鋼中添加微合

4、金元素和合金元素，會(huì)在鋼中形成一些洗出想以微笑顆粒洗出，造成基體晶格畸變，提高材料的強(qiáng)度，這成為析出強(qiáng)化。析出強(qiáng)化的效果與析出相數(shù)量，顆粒尺寸等因素有關(guān)，在各類不同相中都有應(yīng)用。2.2 高強(qiáng)度鋼分類及介紹雙相鋼和多想鋼（AHSS）經(jīng)驗(yàn)表明，更高的強(qiáng)度會(huì)伴隨著明顯成形性的降低。引入一種微觀結(jié)構(gòu)含有至少兩個(gè)相的新鋼種會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度的增大而且不會(huì)產(chǎn)生塑性的惡化。這是歸因于不同的微觀結(jié)構(gòu)成分的共存，不同的機(jī)械特性以及他們相互之間的協(xié)同作用，該成分組成是通過(guò)光學(xué)顯微鏡可以觀測(cè)到的。例如多相鋼通常含有一種相對(duì)柔性矩陣相，他是造成低屈服強(qiáng)度和良好的成形性以及高的抗拉強(qiáng)度的原因，擇可以通過(guò)調(diào)整類型，形態(tài)，去想和以

5、上不同相的體積分?jǐn)?shù)，數(shù)量和分布，為各自可以預(yù)見的應(yīng)用改變和定制機(jī)械特性【5】。而如何改變性能方面的強(qiáng)度-成形性配合，這個(gè)問(wèn)題在一定程度上已經(jīng)被解決（R愛仕達(dá)，1976；Davies,1978;Owen,1980）即把鐵素體-珠光體組織變成馬氏體-奧氏體，即M-A組成的鐵素體組織，這種改變引入例如連續(xù)屈服代替鐵素體-珠光體組織所具有的不連續(xù)屈服?！?】鐵素體-馬氏體 雙相鋼2.2.2傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼（HSLA）傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼在汽車中一般用作結(jié)構(gòu)件和加強(qiáng)件，強(qiáng)度水平一般低于900Mpa，其強(qiáng)化機(jī)制可以為固溶強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化，相變強(qiáng)化析出強(qiáng)化中的兩種以上強(qiáng)化機(jī)制的綜合。加入的微合金和合金元素，除了部分固溶強(qiáng)化外

6、，還會(huì)形成微合金元素的碳氮化物洗出，對(duì)材料實(shí)型沉淀強(qiáng)化，從未對(duì)材料強(qiáng)度的提高做出貢獻(xiàn)。實(shí)驗(yàn)表明，傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼對(duì)冷卻也有相應(yīng)的要求，隨著冷卻速率的提高，貝氏體的體積分?jǐn)?shù)增加，珠光體的體積分?jǐn)?shù)減少?？梢娎鋮s參數(shù)對(duì)傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼的組織控制有直接的影響，這必然也會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生重要的影響。析出強(qiáng)化鋼目前析出強(qiáng)化剛在材料高強(qiáng)化方面的作用也日益顯著，已經(jīng)成為材料強(qiáng)化的重要手段，Gladman等人依據(jù)Orowan-Ashby模型表示析出強(qiáng)化效果?！?】以JEF公司開發(fā)的納米析出強(qiáng)化的高強(qiáng)鋼Nano-Hiten為例，在該鋼上添加適當(dāng)比例C,Ti，Mo，在軋制之后的低溫區(qū)析出納米級(jí)碳化物，再添加抑制珠光體相變的相，可以

7、得到穩(wěn)定的單相鐵素體基體組織。圖2.3高強(qiáng)鋼技術(shù)展望超細(xì)晶粒和納米結(jié)構(gòu)過(guò)去的幾十年里，科學(xué)家生產(chǎn)出大量超細(xì)晶鋼種，尺寸小于1微米，強(qiáng)度增加一倍【10】。但是加工硬化性小，延展性有限。劍橋大學(xué)【11】研究了一種替代方法，就是通過(guò)靈活的合金設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)單的熱處理來(lái)開發(fā)納米級(jí)貝氏體微觀組織鋼，強(qiáng)度超過(guò)2Gpa！，可見納米級(jí)半條馬氏體（白色相）間殘留有納米級(jí)奧氏體。 AHSS改進(jìn)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，以一種最經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)一步增加強(qiáng)度-延展性綜合性能。TWIP具有超高的抗拉強(qiáng)度和友誼的延展性。其強(qiáng)化機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜，取決于化學(xué)成分和層錯(cuò)能，可能有滑移，孿晶或TRIP現(xiàn)象。【12】利用新一代TMCP的鈦微合金化高強(qiáng)鋼神

8、戶制鋼利用超快冷技術(shù)，在連軋機(jī)上生產(chǎn)了抗拉強(qiáng)度達(dá)到700-800Mpa的微合金鋼。其冶金原理是：嚴(yán)格控制Ti含量，使Ti/C原子比接近于1，利用Ti固定鋼中的C，控制精軋和卷曲溫度，細(xì)化析出的TiC顆粒，放置出現(xiàn)Fe的碳化物。采用70/s的冷卻速度，對(duì)奧氏體的相變進(jìn)行控制，微觀組織基體是鐵素體貝氏體，析出物是細(xì)微的TiC沉淀。終軋溫度在850左右，可以比較充分地利用材料的再結(jié)晶控軋過(guò)程細(xì)化奧氏體的晶粒。出精軋厚采用70/s的冷卻溫度，將材料迅速冷卻到450左右，抑制TiC在析出鼻尖“鼻尖“溫度（550）的析出，同時(shí)避免了Fe的碳化物的析出，而是使其在450微細(xì)，大量吸出，最大地發(fā)揮材料的強(qiáng)化效

9、果。得到的強(qiáng)度700-800Mpa級(jí)的高強(qiáng)鋼，同時(shí)具有良好的擴(kuò)孔性能。2.4性能測(cè)試方法 CAE計(jì)算機(jī)成形仿真中鋼于實(shí)驗(yàn)室中分別完成了590Y，780Y與980Y雙相鋼是我三方向拉伸試驗(yàn)與成形極限曲線，并將之轉(zhuǎn)換成為CAE計(jì)算機(jī)輔助工程軟件可使用之方針參數(shù)，供客戶進(jìn)行工件加工的CAE方針的使用。 HSS高強(qiáng)鋼防撞性評(píng)估對(duì)沖擊安全性及汽車減重的越來(lái)越高的要求為HSS高強(qiáng)鋼提供了更多的應(yīng)用機(jī)會(huì)。鋼廠進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)及基于高應(yīng)變速率下的拉伸試驗(yàn)基礎(chǔ)上的零件碰撞（FEM）試驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行與材料的發(fā)展和零件設(shè)計(jì)的提高都息息相關(guān)。 有限元的應(yīng)用有關(guān)管件撞擊的經(jīng)典力學(xué)論文【13-15】表明,平面拉伸應(yīng)變和壓縮

10、應(yīng)變吸收了大部分能量（拉伸吸收的更多），Deakin 的研究人員研究了管的軸向撞擊，用有限元模擬了偏斜和彎曲。他們認(rèn)為擔(dān)當(dāng)應(yīng)變?cè)?.01-0.3之間，應(yīng)變速率在0.3-300/s之間時(shí)塑性最好。 3 課題主要任務(wù)和研究路線1）.對(duì)各種汽車用高強(qiáng)鋼的組織與性能進(jìn)行分析。2）.探索出正火態(tài)Rm（抗拉強(qiáng)度）850Mpa，調(diào)制態(tài)Rm1200Mpa成本低廉的鋼種。3）在生產(chǎn)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。4 課題工作計(jì)劃1）. 翻譯外文文獻(xiàn)。2）. 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，撰寫開題報(bào)告。3）. 查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。4）. 做實(shí)驗(yàn)，記錄先關(guān)數(shù)據(jù)，處理分析數(shù)據(jù)。5）. 總結(jié)上述，撰寫論文。參考文獻(xiàn)1 朱曉東，馬朝暉，王利（寶鋼有限公

11、司研究院，上海，201900）汽車用先進(jìn)高強(qiáng)鋼的現(xiàn)狀及其在寶鋼的發(fā)展2 ARCELOR Flat Carbon Steel;Report Potential of Mn in New Automotive Steel3 Mr.Gees Ten Broek,Director(WorldAutosteel,World Steel Association)開發(fā)新的鋼鐵材料-應(yīng)對(duì)減輕重量和緩解氣候變化的壓力4 胡賡祥，蔡珣編著材料科學(xué)基礎(chǔ)上海交通大學(xué)出版社5 Wolfgang Bleck (Department ofFerrous Metallurgy RWTH Aacken University,G

12、ermany)車身用高強(qiáng)度鋼67 翁宇慶1，董瀚2，于勇2（1，中國(guó)金屬學(xué)會(huì)；鋼鐵研究總院1,2，先進(jìn)鋼鐵材料技術(shù)國(guó)家工程研究中心）先進(jìn)汽車剛扁平材和長(zhǎng)型材的研發(fā)進(jìn)展8 田村今男等，高強(qiáng)低合金鋼的控制軋制和控制冷卻【M】王國(guó)棟等譯，背景；冶金工業(yè)出版社，19929 Gladman Terry.et al Structure-Property Relationship in High-Strengh Microalloyed SteelJ.Proc.of Syonp.on Microalloying 75.New York,1976,Union Carbide Corp.32-55.10 Bel

13、adi H,Kelly G L,Hodgosn P D.Ultrafine Grained Structure Formation in Steel Using Dynamic Strain-Induced Transformation Processing.Internation Materials Reviews,51,6,2007,51(6):1-15.11 Caballero F G,Bhadeshia H K D H,Mawella K J A,Jones D C,Brown P.Materials Science and Technology,2001,17:512-516.12

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