第1章 緒論

1.1 引言

汽車(chē)工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，隨著世界經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，節(jié)能、舒適、降低排放和提高安全性已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車(chē)結(jié)構(gòu)、性能和技術(shù)的重要發(fā)展方向。鑒于此，美國(guó)提出了新一代汽車(chē)（New Generation of Vehicle）的概念，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也都在研制百公里油耗3L的新一代汽車(chē)，而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要手段就是在不損失結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的輕量化。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車(chē)重量每減輕10%，油耗可降低8%～10%[1]。汽車(chē)的輕量化不僅可以減小汽車(chē)的滾動(dòng)阻力、加速阻力和爬坡阻力，還可降低燃油消耗，從而有利于改善汽車(chē)的轉(zhuǎn)向、加速、制動(dòng)和排放等多方面的性能。同時(shí)，還可以降低噪聲和振動(dòng)。總之，汽車(chē)的輕量化對(duì)于節(jié)約能源、減少?gòu)U氣排放、實(shí)現(xiàn)汽車(chē)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有十分重要的意義。

輕質(zhì)材料的廣泛使用是汽車(chē)輕量化的重要途徑之一，如鋁合金、高強(qiáng)度鋼等[2，3]。根據(jù)“超輕鋼制車(chē)身”聯(lián)盟的研究，超高強(qiáng)度鋼板（AHSS）在車(chē)身中的應(yīng)用量達(dá)到80%，可以在不增加成本的情況下，汽車(chē)車(chē)身重量比普通鋼結(jié)構(gòu)車(chē)身減少20%[4，5]。超高強(qiáng)度鋼板主要包括雙相鋼（DP）、相變誘發(fā)塑性鋼（TRIP）、馬氏體鋼（MART）和超高強(qiáng)度硼鋼板（Boron Steel）等。這類鋼是通過(guò)相變組織強(qiáng)化來(lái)達(dá)到高強(qiáng)度的，其強(qiáng)度極限可達(dá)500～2000MPa，尤其是超高強(qiáng)度硼鋼板，其經(jīng)過(guò)組織相變后強(qiáng)度可超過(guò)1000MPa，故具有極大的減重潛力、抗碰撞性、好的成形性和低的平面各向異性等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代車(chē)身制造用鋼板發(fā)展的主要方向。目前超高強(qiáng)度鋼板可應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)身上的部位如圖1-1和圖1-2所示，其作用見(jiàn)表1-1[6]。

由于超高強(qiáng)度鋼板冷成形能力很差，較難沖壓成形狀復(fù)雜的零件。但是，在高溫條件下，也就是將金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，其塑性和延展性會(huì)增加，屈服強(qiáng)度迅速降低，此時(shí)再進(jìn)行沖壓成形，就可以得到形狀復(fù)雜的超高強(qiáng)度零件。近年來(lái)，超高強(qiáng)度熱沖壓成形工藝成為獲得板料優(yōu)良成形性能和超高強(qiáng)度零件的新型成形工藝。

圖1-1 超高強(qiáng)度鋼板在車(chē)身上的應(yīng)用

1—車(chē)門(mén)側(cè)板 2—保險(xiǎn)杠 3—車(chē)身縱梁、橫梁 4—A柱、B柱 5—車(chē)門(mén)加強(qiáng)板

圖1-2 可應(yīng)用熱沖壓技術(shù)的部件

表1-1 超高強(qiáng)度鋼板的要求

注：t為板厚；E_D為動(dòng)負(fù)荷設(shè)計(jì)彈性模量。

根據(jù)熱沖壓的特點(diǎn)，超高強(qiáng)度硼鋼板零件在生產(chǎn)、應(yīng)用方面具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）變形抗力低，壓力機(jī)設(shè)備噸位小。鋼板在高溫下成形，材料變形抗力相對(duì)較小，塑性好。與冷成形相比，熱沖壓成形可以明顯地降低變形抗力，減少壓力機(jī)噸位。

2）超高強(qiáng)度硼鋼板的高強(qiáng)度特性可以在厚度減薄的情況下依然保持汽車(chē)車(chē)身的力學(xué)性能要求，從而減輕了汽車(chē)重量；在撞擊過(guò)程中，可以控制能量的吸收，從而增強(qiáng)耐撞性能。

3）實(shí)現(xiàn)控形與控性。與傳統(tǒng)的冷沖壓工藝不同，熱沖壓工藝中的零件成形和保壓淬火均在模具中進(jìn)行，給控形與控性提供了空間。