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Q&P 钢在不同应变率单拉后残余奥氏体含量的预测方法

阅读：551发布：2020-06-22

专利汇可以提供Q&P 钢在不同应变率单拉后残余奥氏体含量的预测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种Q&P 钢在不同应变率单拉后残余奥氏体含量的预测方法；首先推导Q&P钢变形后瞬时残余奥氏体含量与应变率、等效塑性应变的表达式；然后测量板料初始奥氏体含量；将板料在不同应变率拉伸到预设应变，卸载并测量残余奥氏体含量，基于试验数据拟合得到板料不同应变率单拉后残余奥氏体含量随等效塑性应变的表达式；基于表达式绘制查询图；最后，通过测量变形后的等效塑性应变，结合变形过程的应变率可精确预测Q&P钢在不同应变率单向拉伸后残余奥氏体含量。该方法具有简单、准确、成本低廉且易于实施的优点。依据该方法可对冲压后的板料的残余奥氏体含量进行准确预测，为冲压工艺的改进提供依据，从而加速推广Q&P钢。，下面是Q&P 钢在不同应变率单拉后残余奥氏体含量的预测方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种Q&P 钢在不同应变率单拉后残余奥氏体含量的预测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
A、假设Q&P钢应变诱发马氏体相变速率与应变率及等效塑性应变的关系，继而推导出瞬时残余奥氏体体积分数与对应应变率和等效塑性应变的公式；
B、准备Q&P钢板料单拉试样，测量板料的初始残余奥氏体体积含量；
C、在不同应变率下对试样进行中断单向拉伸试验，测量不同应变时对应的试样中心点的残余奥氏体体积含量；
D、将不同应变率单拉试验下测定的等效塑性应变及对应的残余奥氏体体积含量的试验数据拟合步骤A所推导的公式的参数项，基于建立的表达式绘制查询图；
E、测量得出Q&P钢板料单向拉伸变形后的等效塑性应变，结合所述表达式或者查询图即可定量预测Q&P钢板料在不同应变率单向拉伸后残余奥氏体体积含量。
2.根据权利要求1所述的Q&P钢在不同应变率单拉后残余奥氏体含量的预测方法，其特征在于，所述步骤C具体为：将试样在室温下不同应变率进行单向拉伸，加载到预设应变，然后卸载并测量试样中心点的残余奥氏体体积含量。
3.根据权利要求1所述的Q&P钢在不同应变率单拉后残余奥氏体含量的预测方法，其特征在于，步骤D中，所述表达式为：
其中，为应变率，为参考应变率，εP为等效塑性应变，fγ为在应变率条件下单向拉伸到等效塑性应变εP对应的瞬时残余奥氏体体积含量。
4.根据权利要求1所述的Q&P钢在不同应变率单拉后残余奥氏体含量的预测方法，其特征在于，步骤D中，所述查询图为根据变形后残余奥氏体体积含量、对应等效塑性应变和应变率绘制而成的三维查询图。
5.根据权利要求1所述的Q&P钢在不同应变率单拉后残余奥氏体含量的预测方法，其特征在于，步骤D中，所述查询图是将残余奥氏体体积含量的等值线投影，制作而成的二维查询图。
6.根据权利要求1所述的Q&P钢在不同应变率单拉后残余奥氏体含量的预测方法，其特征在于，步骤D中，所述等效塑性应变的测量是采用接触引伸计、非接触式引伸计、网格测量法或数字图像技术来进行的。
7.根据权利要求6所述的Q&P钢在不同应变率单拉后残余奥氏体含量的预测方法，其特征在于，所述网格测量法具体为：在Q&P钢板料试样上印制圆形网格，变形后通过测量试样上网格的变化可得主次应变，然后根据体积不变原理，即ε1+ε2+ε3＝0，可得到三个方向的主应变ε1、ε2、ε3，继而可换算出对应的等效塑性应变。

说明书全文

Q&P钢在不同应变率单拉后残余奥氏体含量的预测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及金属材料成形技术领域，尤其涉及一种Q&P钢在不同应变率单拉后残余奥氏体含量的预测方法。

背景技术

[0002] 随着汽车工业对车身轻量化及被动安全性要求的不断提高，采用高强度轻量化材料已经成为减重的有效的手段。先进高强度钢因其优异的力学性能，在车身上的应用比例逐年增大，目前已经广泛应用于成形车身结构件和加强件，如A/B/C柱、车门防撞梁、横梁、纵梁等。

[0003] 2003年美国Speer等提出了一种制备高强度汽车用钢的新工艺，淬火-分配(Quenching and partitioning)工艺。此工艺可用来生产含有马氏体、铁素体和室温下稳定残余奥氏体的复相钢，该钢种强度和塑性达到了良好的统一，并且制备成本低廉，被认为是下一代先进高强钢。有文献已经报道Q&P钢的TRIP效应，即成形过程中应变诱发残余奥氏体向马氏体转变，这一转变使得材料具有高强度的同时，塑性还得到了提高。相变诱发塑性(TRIP)效应使得Q&P钢有良好的力学性能，而诸多文献表明应变率是影响TRIP效应的重要因素。

[0004] 实际生产中制定合适的冲压工艺，合理控制零件变形过程中残余奥氏体的转变量，有助于充分发挥Q&P钢板料的塑性并保证材料后续的成形能力。因此，定量、快速、准确的预测成形过程的残余奥氏体转变有重要意义。然而，实际冲压过程板料变形的应变率较大，已经超出了传统试验的准静态应变率范围，且不同种类零件冲压过程的应变率可能不同，因此，传统方法得出的基于准静态应变率残余奥氏体转变规律并不能代表实际冲压过程，难以对实际冲压过程的残余奥氏体相变规律进行准确预测，不适合工业应用。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种Q&P钢在不同应变率单拉后残余奥氏体含量的预测方法。该方法考虑应变率效应对应变诱发马氏体相变的影响，与传统基于准静态的试验相比，更加贴近实际冲压的情况，可大大提高预测精度。该方法准确、快速且易于实施，可对不同应变率单向拉伸后板料的残余奥氏体含量进行准确预测，为冲压工艺的改进提供依据，从而加快Q&P钢的推广。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0007] 本发明涉及一种Q&P钢在不同应变率单拉(单向拉伸)后残余奥氏体含量的预测方法，所述方法包括如下步骤：

[0008] A、假设Q&P钢应变诱发马氏体相变速率与应变率及等效塑性应变的关系，继而推导出瞬时残余奥氏体体积分数与对应应变率和等效塑性应变的公式；

[0009] B、准备Q&P钢板料单拉试样，测量板料的初始残余奥氏体体积含量；

[0010] C、在不同应变率下对试样进行中断单向拉伸试验，测量不同应变时对应的试样中心点的残余奥氏体体积含量；

[0011] D、将不同应变率单拉试验下测定的等效塑性应变及对应的残余奥氏体体积含量的试验数据拟合步骤A所推导的公式中的参数项，基于建立的表达式绘制二维和三维查询图；

[0012] E、由测量得出Q&P钢板料单向拉伸试样任意应变率条件下变形后的等效塑性应变，结合步骤D所述表达式或者查询图即可定量预测Q&P钢板料在不同应变率单向拉伸后残余奥氏体含量。

[0013] 优选的，所述步骤C具体为：将试样在室温下不同应变率进行单向拉伸，加载到预设应变，然后卸载并测量试样中心点的残余奥氏体体积含量。

[0014] 优选的，步骤D中，所述表达式为：其中，为应变率，为参
考应变率，εP为等效塑性应变，fγ为在应变率条件下单向拉伸到等效塑性应变εP对应的瞬时残余奥氏体体积含量。

[0015] 优选的，步骤D中，所述查询图为根据变形后残余奥氏体体积含量、对应等效塑性应变和应变率绘制而成的三维查询图。

[0016] 优选的，步骤D中，所述查询图是将残余奥氏体体积含量的等值线投影，制作而成的二维查询图。

[0017] 优选的，所述等效塑性应变的测量是采用接触引伸计、非接触式引伸计、网格测量法或者数字图像相关技术(DIC)等方法来进行的。

[0018] 优选的，所述网格测量法具体为：在Q&P钢板料试样上印制圆形网格，变形后通过测量试样上网格的变化可得主次应变，然后根据体积不变原理，即ε1+ε2+ε3＝0，可得到三个方向的主应变ε1、ε2、ε3，继而可换算出对应的等效塑性应变。

[0019] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

[0020] 本发明提供的预测Q&P钢板料在不同应变率单向拉伸后残余奥氏体含量的方法，其积极效果是考虑了不同应变率对应变诱发马氏体相变的影响，与传统的准静态试验得出的马氏体转变规律相比，能更加贴近零件实际冲压的情况，大大提高预测精度。具有快速、准确且易于实施的优点，降低了时间成本和经济成本。附图说明

[0021] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0022] 图1为本发明的残余奥氏体含量、塑性等效应变和应变率的三维查询图；

[0023] 图2为本发明的残余奥氏体含量二维等值线查询图。

具体实施方式

[0024] 下面结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0025] 实施例

[0026] 本实施例涉及一种预测Q&P钢在不同应变率单向拉伸后残余奥氏体含量的方法，包括以下步骤：

[0027] (1)本实例中以厚度为1.2mm的QP980板料为例，假设该板料的应变诱发马氏体相变速率与应变率及等效塑性应变的关系为：

[0028]

[0029] 其中，v代表板料的应变诱发马氏体相变速率，定义为单位等效塑性应变内残余奥氏体体积含量的变化，εp为等效塑性应变，α是材料常数，β是表示变形模式和环境温度等其他因素对应变诱发相变的影响，在本实施例中环境温度和变形模式恒定，因此其值唯一，可认为是常数，fγ代表瞬时残余奥氏体体积分数，代表残余奥氏体最小体积分数，也就是代表应变诱发马氏体相变的饱和值，是与应变率相关的函数；

[0030] 为了简化公式，假设残余奥氏体全部可以转化成马氏体，即基于以上相变速率与等效塑性应变、应变率的关系推导出瞬时残余奥氏体体积分数的公式如下：

[0031]

[0032] (2)准备若干QP980钢板料单拉试样，用X射线衍射法测得变形前的残余奥氏体体积分数为fγ0＝10.61％；

[0033] (3)将试样在分别在拉伸速度1，4.5，45和450mm/min下进行单向拉伸试验，分别-1对应0.0002，0.001，0.01和0.1s 四种不同应变率，加载到一定的应变后卸载并测量试样中心点的残余奥氏体体积含量；

[0034] (4)用步骤(3)得到的不同等效塑性应变及对应的残余奥氏体含量的试验数据，拟合得到步骤(1)瞬时奥氏体体积含量表达式中的若干常数，建立不同应变率单向拉伸后的残余奥氏体含量的表达式；

[0035] 假设为准静态应变率，应变率在此范围不需要考虑应变率效应。用万能单向拉伸试验机将试样在1mm/min 的拉伸速度下拉伸到不同应变量然后卸载，测量准静态下不同应变对应的残余奥氏体含量，拟合得到应变率为0.0002s-1的条件下单向拉伸后的残余奥氏体含量与对应等效塑性应变的表达式如下：

[0036]-1

[0037] 其中，fγ1为应变率为0.0002s 条件下单向拉伸后的残余奥氏体体积分数；为与应变率相关的拟合系数，因为在参考应变率下不考虑应变率效应，取值为1；β为拟合系数，由变形模式和环境温度共同决定，在本试验中环境温度和变形模式恒定，因此其值唯一，取β＝1.66；α为材料固有参数，其值不随试验条件改变，可通过室温准静态的单拉试验确定其取值为-0.26；εp为等效塑性应变。拟合后得到
时， α＝-0.26，即

[0038] 同理，用万能单向拉伸试验机将试样在4.5mm/min的拉伸速度下拉伸到不同应变，然后卸载，测量不同应变对应的残余奥氏体含量，拟合得到应变率为 -1
0.001s 的条件下单向拉伸后的残余奥氏体含量与对应等效塑性应变的表达式如下：

[0039]

[0040] 其中，fγ2为应变率为0.001s-1条件下单向拉伸后的残余奥氏体体积分数；为与应变率相关的拟合系数；εp为等效塑性应变。拟合后得到时，
即

[0041] 用万能单向拉伸试验机将试样在45mm/min的拉伸速度下拉伸到不-1同应变量然后卸载，测量不同应变对应的残余奥氏体含量，拟合得到应变率为0.01s 的条件下单向拉伸后的残余奥氏体含量与对应等效塑性应变的表达式如下：

[0042]

[0043] 其中，fγ3为应变率为0.01s-1条件下单向拉伸后的残余奥氏体体积分数；为与应变率相关的拟合系数。拟合后得到时，即

[0044] 用万能单向拉伸试验机将试样在450mm/min的拉伸速度下拉伸到不-1同应变量然后卸载，测量不同应变对应的残余奥氏体含量，拟合得到应变率为0.1s 的条件下单向拉伸后的残余奥氏体含量与对应等效塑性应变的表达式如下：

[0045]

[0046] 其中，fγ4为应变率为0.1s-1条件下单向拉伸后的残余奥氏体体积分数；为与应变率相关的拟合系数。拟合后得到时，即

[0047] 通过以上四种应变率状态下的马氏体相变规律，拟合系数的值与应变率相关，是应变率的函数，假设其中，为参考应变率，k为拟合系数。

[0048] 时，

[0049] 时，

[0050] 时，

[0051] 时，

[0052] 拟合得到k＝0.0993，即

[0053] 因此，可得到QP980板料不同应变率单向拉伸后残余奥氏体的含量为：

[0054]

[0055] 依据表达式，将残余奥氏体含量与等效塑性应变和应变率的关系绘制成三维图形，如图1，图中X轴为等效塑性应变，Y轴为应变率，Z轴为残余奥氏体含量；或者将残余奥氏体体积分数的等值线投影，绘制成如图2所示的二维查询图，图中X轴为等效塑性应变，Y轴为环境温度；

[0056] (4)在试样上印制圆形网格，变形后通过测量试样上网格的变化可得主次应变，然后根据体积不变原理，即ε1+ε2+ε3＝0，可得到三个方向的主应变ε1、ε2、ε3，继而可换算出对应的等效塑性应变。

[0057] 例如，已知某室温单拉过程应变率为0.05s-1，等效塑性应变为0.11，由查询图1或者查询图2可快速查到残余奥氏体体积分数约为8.0％。

[0058] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

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