高应变率复杂应变路径下车身高强钢的塑性变形行为研究

Compared with normal steel, the auto-body high strength steel （HSS）has poorer formability at room temperature. The current research results show that the high strain rate hybrid forming can improve the formability of HSS. However, it is not clearly that the effects of the high strain rate and strain paths changes on the mechanism of HSS high strain rate hybrid forming. In this project, the plastic deformation behaviors of auto-body HSS at high strain rate and complex strain paths will be investigated systematically. Through combining with the quasi-static and dynamic high speed stretching tests and changing the way and the combine sequences of pre-deformation and end-deformation, the stress-strain relation at different strain rates and strain paths with different pre-strains will be measured and analyzed; the constitutive model including strain rate and strain path factors will be given out; the deformation mechanism and failure mode will be investigated by analyzing the microstructure transformation with SEM and electron diffraction; the fracture stress-strain-strain rate relation will be measured and analyzed in order to establish the suitable forming failure criteria; the forming limit diagrams under high strain rates hybrid forming conditions according to conventional stamping and electromagnetic hybrid forming process will be obtained by grid strain test method; CAE method will be used to simulate the elctromagnetic hybrid forming, and the simulation and experiment results will be compared to verify the constitutive equation and failure criteria. The research results will provide an important theoretical basis for advanced forming process optimization design of auto-body HSS.

与普通低碳钢相比，车身高强钢室温成形性能较差。已有研究表明，高应变率复合成形等工艺可有效改善高强钢板成形性能。但在复合成形过程中，应变率及应变路径均发生改变，其对高强钢成形过程的影响机理尚不清楚。本项目系统研究车身高强钢在高应变率复杂应变路径下的塑性变形行为。通过准静态与动态高速拉伸试验，采用预变形-终变形方式并改变预应变大小及复合次序，测试分析不同应变率及应变路径下的应力应变关系；建立含有应变路径及应变率影响因子的本构模型；采用SEM、电子衍射分析材料微观组织变化以研究变形机理与失效模式；测试分析断裂应力-应变-应变率关系，建立合适的成形失效准则；采用普通冲压与电磁成形复合工艺并通过网格应变测试建立高应变率复合成形条件下材料成形极限图；采用CAE手段模拟电磁复合成形过程，对比模拟与实验结果以验证本构方程及失效准则正确性。项目研究结果将为车身高强钢先进成形工艺优化设计提供重要理论基础。

环保和节能问题是目前汽车工业发展所面对的重要问题。先进高强钢在汽车轻量化和提高车身安全性方面存在明显优势，但是其较高的强度和特殊性能对成形工艺提出了更高的要求。汽车车身用先进高强钢板成形的工艺研究及开发是目前提高其成形性能和扩大其应用范围的关键问题。电磁高速率成形是一种高能成形方法，能显著提高难成形金属的成形性能，对于先进高强钢的成形工艺研究具有重要意义。.本项目系统研究车身高强钢在高应变率复杂应变路径下的塑性变形行为。通过准静态与动态高速拉伸试验，采用预变形-终变形方式并改变预应变大小及复合次序，测试分析不同应变率及应变路径下的应力应变关系；分析材料微观组织变化以研究变形机理；测试分析断裂应力-应变-应变率关系；采用普通冲压与电磁成形复合工艺并通过网格应变测试建立高应变率复合成形条件下材料成形极限图；采用CAE手段模拟电磁复合成形过程。通过准静态下的拉伸实验获得IF、BH钢的冲压性能参数，通过杯突实验测得两种钢板的IE值。设计了电磁成形工装，采用间接加工方式，对两种钢板进行了电磁胀形实验,获得了IF钢和BH钢在两种条件下的成形极限图。工艺模拟分析研究中，建立了双螺旋平面板线圈的3D有限元模型，得到板料在放电成形过程中的感应电流、磁场强度和电磁力的分布规律。微观分析了准静态条件和高应变率条件下的试样的变形机理。另外引入更高强度的车身用钢DP590和B280VK为研究对象，利用准静态拉伸和杯突试验获得两种材料的冲压性能参数；比较不同的双向拉伸试样形式，设计试验所用试样，并进行双向预应变并得到两种材料的双向拉伸曲线。利用双向拉伸预应变和电磁高速成形结合的方式，对经过预变形的板料进行电磁高速成形，研究了双向拉伸预应变对两种先进高强钢在电磁高速胀形和拉伸终变形工艺下的成形性能以及微观组织的影响。预变形对板料电磁高速成形的成形性能产生了显著的影响，在电磁高速拉伸中，与拉伸方向相同的预应变提高了终变形主应变的成形极限，而垂直于拉伸方向的预变形则抑制了次应变的提高。预变形使板料的铁素体产生了变形，并改变了马氏体的分布，从而改变了材料的成形性能。以此探讨了电磁成形和普通冲压成形结合的复合成形工艺在先进高强钢成形中的应用。项目研究结果将为车身高强钢先进成形工艺优化设计提供重要理论基础。