超高強鋼板導電加熱工藝及裝備的研究.pdf

1、隨著能源與環(huán)境危機的日益嚴峻，節(jié)能減排是汽車行業(yè)未來發(fā)展的方向，實現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑是在不損失汽車結(jié)構(gòu)強度的前提下實現(xiàn)輕量化，超高強鋼板的熱成形零件滿足了汽車輕量化及結(jié)構(gòu)強度的要求。
　　熱成形工藝始于超高強鋼的奧氏體化及碳擴散的均勻化，傳統(tǒng)熱成形采用輻射加熱（輥底式加熱爐或者多層箱式爐）來完成該過程，該方法具有坯料溫度均勻性好的優(yōu)點，但是加熱速率慢、能量利用率低、占據(jù)空間大、靈活性差，影響了熱成形的生產(chǎn)節(jié)拍，增加了投資與維護成

2、本，同時也提高了單件零件的成本。導電加熱具有加熱速率快、能量利用率高、靈活性好的優(yōu)點，解決了輻射加熱的不足。快速加熱能細化超高強鋼的奧氏體晶粒，縮短奧氏體化時間，提高熱成形零件的強塑積。本文對快速導電加熱超高強鋼的奧氏體化機理和加熱規(guī)范，超高強鋼Al-Si鍍層微觀形貌、組織和表面三維形貌的變化規(guī)律以及全尺寸汽車安全件的快速導電加熱試驗線的關(guān)鍵技術(shù)等方面進行了系統(tǒng)研究，具體研究工作如下：
　　（1）根據(jù)相變動力學原理和試驗測得的熱膨

3、脹曲線，建立了快速加熱奧氏體相變擴展動力學模型；基于超高強鋼奧氏體生長的元胞自動機計算模型，考慮加熱速率對奧氏體化開始溫度與結(jié)束溫度以及奧氏體形核與長大的影響，探索了加熱速率和最高加熱溫度對超高強鋼奧氏體化過程的影響規(guī)律，分析在奧氏體化過程中，碳濃度和奧氏體晶粒的變化規(guī)律；并對計算結(jié)果進行了論證，最后制定了快速加熱的加熱規(guī)范。
　　（2）根據(jù) Fe-Al-Si反應(yīng)擴散動力學的原理，研究了快速加熱的加熱速率、加熱溫度和保溫時間對Al

4、-Si鍍層微觀形貌、組織和表面三維形貌的影響規(guī)律，針對導電加熱加熱速率可調(diào)控的特性，提出了適合于鍍層板加熱的分步加熱工藝，為實現(xiàn)導電加熱技術(shù)在鍍層板中的推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。
　?。?）基于機械、電氣和控制工程學以及傳熱學的原理，設(shè)計和開發(fā)了導電加熱試驗裝置，實現(xiàn)了坯料在模上加熱和成形淬火過程的閉環(huán)伺服控制；結(jié)合試驗裝置與熱成形試驗線，在解決溫度控制、熱膨脹及溫度均勻性等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了全尺寸汽車安全件導電加熱試驗線，實現(xiàn)

5、了坯料快速加熱、輸送和沖壓成形的聯(lián)動控制。
　?。?）根據(jù)電熱學理論，在導電加熱試驗裝置上探索了不同保溫策略對等截面矩形件電加熱特性和溫度均勻性的影響規(guī)律；研究了坯料形狀、孔、縫、槽對電加熱特性及最終溫度分布的影響規(guī)律。針對導電加熱加熱區(qū)域可以選擇的特性，探究了通過局部導電加熱的方法在坯料上實現(xiàn)非加熱區(qū)、加熱區(qū)與非加熱區(qū)的組合，最終實現(xiàn)了熱成形試件力學性能的變強度分布。結(jié)果表明，快速導電加熱獲得的熱成形制件高強區(qū)的強塑積高于輻射加