基于电致塑性效应的热冲压超高强钢电阻点焊关键技术研究

Automotive lightweight is the development trend of automobile manufacturing industry in 21 century. Hot stamping ultra high strength steel (UHSS) can reduce the vehicle weight without reducing the strength and stiffness of vehicle body, and therefore become the preferred material for weight reduction of auto body. However, due to the high hardness, difficult deformation and high hardenability, the resistance spot weld joint of hot stamping UHSS faces uneven microstructure, segregation, crack, and high residual stress and so on. This project is aimed at the problems in resistance spot welding (RSW) of hot stamping UHSS, firstly applied electroplastic effect to the RSW of hot stamping UHSS, and carries out three basic researches as follows. (1) The deformation mechanism of hot stamping UHSS under electroplastic effect. (2) The nugget formation mechanism and microstructure evolution mechanism of hot stamping UHSS under the effect of electroplasticity. (3) The effects and elimination mechanism of pulse current on the resistance spot weld defects in hot stamping UHSS. The achievements of this project will reveal the nugget forming mechanism of hot stamping UHSS RSW, realize the high efficiency and high quality joining of hot stamping UHSS, propose the quality evaluation method for hot stamping UHSS resistance spot welds, and promote the application of hot stamping UHSS in vehicle manufacturing field.

汽车轻量化是21世纪汽车制造业的发展趋势，1500 MPa级热冲压超高强钢能够在不降低车身强度和刚度等各项性能指标的前提下减轻车身重量，成为汽车轻量化材料的发展趋势和研究热点。然而，热冲压超高强钢由于其高硬度、难变形、淬硬性大，其电阻点焊接头存在组织不均匀、易产生偏析、裂纹、残余应力高等多种问题。本课题针对热冲压超高强钢电阻点焊中存在的问题，率先采用电致塑性效应，解决热冲压超高强钢点焊面临的各种问题，拟在以下三个方面开展基础研究：（1）热冲压超高强度钢的电致塑性变形机理；（2）电致塑性作用下热冲压超高强度钢的点焊熔核形成机理与微观组织演变机理；（3）脉冲电流对热冲压超高强钢点焊接头缺陷的影响及消除机制。本研究将揭示电致塑性作用下热冲压超高强钢点焊接头的形成机理，实现热冲压超高强钢的高效、高质量焊接，建立热冲压超高强钢点焊质量评价方法，促进热冲压超高强钢在汽车车身制造中的应用。

车身轻量化是当前汽车制造业的发展趋势，热冲压高强钢可以在不降低车身强度和刚度等各项性能指标的前提下减轻车身重量，成为汽车轻量化材料的发展趋势和研究热点。然而，热冲压超高强钢由于其高硬度、难变形、淬硬性大，其电阻点焊接头存在组织不均匀、易产生偏析、裂纹、残余应力高等多种问题。本课题针对热冲压超高强钢电阻点焊中存在的问题，率先采用电致塑性效应，解决热冲压超高强钢点焊面临的各种问题，在以下三方面开展基础研究：（1）热冲压超高强度钢的电致塑性行为研究。通过外部附加的直流/高频脉冲电源，在拉伸过程中对目标研究对象（DP780、TRIP980以及22MnMoB）施加单向电流，产生电致塑性效应，研究母材的本构方程。研究结果表明，高频脉冲直流电流的通过能引起高强钢的非热效应引起的流变应力下降。（2）电致塑性作用下热冲压超高强度钢的电阻焊接研究。在获得电致塑性状态超高强度钢的本构方程及相关材料物理属性基础上，结合弹塑性力学相关理论，对热冲压超高强钢板的变形过程进行数值计算，研究脉冲电流参数及对超高强钢板的软化变形的影响规律，进而优化电阻点焊参数。（3）脉冲电流对热冲压超高强钢点焊接头性能的影响以及连接质量评价。由本项目前期研究实验数据及分析结果可知，未经高频脉冲电流处理过的热冲压高强钢与经该工艺处理过的板材相比，在工件厚度一致的前提下，未处理焊态试样具有更明显的界面断裂倾向。本项目研究揭示了电致塑性作用下热冲压高强钢点焊接头形成机理，实现热冲压高强钢的高效、高质量焊接，促进热冲压超高强钢在汽车车身制造中的应用，推进我国汽车轻量化进展。