第一篇：汽車先進高強鋼的應用與前景

先進高強鋼

吳文亞 材料0901 20091590 先進高強鋼的定義：

先進高強度鋼，也稱為高級高強度鋼，其英文縮寫為AHSS（Advanced High Strength Steel）。國際鋼鐵協(xié)會(IISI)先進高強鋼應用指南第三版中將高強鋼分為傳統(tǒng)高強鋼(Conventional HSS)和先進高強鋼(AHSS)。傳統(tǒng)高強鋼主要包括碳錳(C-Mn)鋼、烘烤硬化(BH)鋼、高強度無間隙原子(HSS-IF)鋼和高強度低合金(HSLA)鋼；AHSS 主要包括雙相(DP)鋼、相變誘導塑性(TRIP)鋼、馬氏體(M)鋼、復相(CP)鋼、熱成形(HF)鋼和孿晶誘導塑性(TWIP)鋼；AHSS的強度在500MPa到1500MPa之間，具有很好吸能性，在汽車輕量化和提高安全性方面起著非常重要的作用，已經(jīng)廣泛應用于汽車工業(yè)，主要應用于汽車結構件、安全件和加強件如A/B/C柱、車門檻、前后保險杠、車門防撞梁、橫梁、縱梁、座椅滑軌等零件； DP鋼最早于1983年由瑞典SSAB鋼板有限公司實現(xiàn)量產(chǎn)。

先進高強鋼的分類 ：

雙相鋼：雙相鋼組成是鐵素體基體包含一個堅硬的第二相馬氏體。通常強度隨著第二相的體積分數(shù)的增加而增加。在某些情況下，熱軋鋼需要在邊緣提高抗拉強度（典型的措施是通過空穴的擴張能力），這樣熱軋鋼便需要具有了大量的重要的貝氏體結構。

在雙相鋼中，在實際冷卻速度中形成的馬氏體中的碳式鋼的淬硬性增加。錳、鉻、鉬、釩、和鎳元素單獨添加或聯(lián)合添加也能增加鋼的淬硬性。碳、硅和磷也加強了作為鐵素體溶質的馬氏體的強度。

高強度及高延性鋼（TRIP）：高強度及高延性鋼的微觀組織是在鐵素體基體中還保留著殘余奧氏體組織。除了體積分數(shù)最少為5%的殘余奧氏體外，還存在著不同數(shù)額的馬氏體和貝氏體等堅硬組織。

多相鋼：具有代表性的多相鋼需要很高的抗拉強度極限才能轉變成鋼。多相鋼的組成是有細小的鐵素體組織和體積分數(shù)較高的堅硬的相，并且細小的沉淀使其強度進一步加強。和雙相鋼和高強度、高延性鋼一樣，多相鋼也包含了很多和它們相同的合金元素，但也經(jīng)常有少量的鈮、鈦、和釩形成細小的、高強度的沉淀物。在抗拉強度值在800MPa或更高時，多相鋼表現(xiàn)出了更高的屈服強度。多相鋼的典型特征是具有高的成形性、很高的能量吸收和很高的殘余變形能力。

馬氏體鋼：為了生成馬氏體鋼，在熱軋或退火中存在的奧氏體在淬火和連續(xù)退火曲線中的冷卻階段全部轉變成馬氏體。該結構也會在成形后的熱處理過程中形成。馬氏體鋼具有非常高的強度，抗拉強度極限達到了1700MPa。馬氏體鋼經(jīng)常需要用等溫回火來提高其韌性，這樣便能在具有極高的強度的同時具有很好的成形性。

先進高強鋼的生產(chǎn)： 所有的現(xiàn)金高速鋼的生產(chǎn)都要控制奧氏體相或奧氏體加鐵素體相的冷卻速度，可以在外圍表面進行熱磨削（如熱軋產(chǎn)品），也可以在連續(xù)退火爐中局部冷卻（連續(xù)退火或熱浸涂產(chǎn)品）。馬氏體鋼是通過快速淬火致使大部分奧氏體轉變成馬氏體相而產(chǎn)生的。鐵素體加馬氏體雙相鋼的生產(chǎn)，是通過控制其冷卻速度，使奧氏體相（見于熱軋鋼中）或鐵素體+馬氏體雙相（見于連續(xù)退火和熱浸涂鋼中）在殘余奧氏體快速冷卻轉變成馬氏體之前，將其中一些奧氏體轉變成鐵素體。TRIP鋼通常需要保持在中溫等溫的條件以產(chǎn)生貝氏體。較高的硅碳含量使TRIP鋼在最后的微觀結構含過多的殘余奧氏體。多相鋼還遵循一個類似的冷卻方式，但這種情況之下，化學元素的調(diào)整會產(chǎn)生極少的殘余奧氏體并形成細小的析出以加強馬氏體和貝氏體相。

先進高強鋼在汽車工業(yè)中的應用現(xiàn)狀：

鋼鐵材料、鋁和塑料是制造汽車的3 大材料。鋁合金發(fā)展很快, 已經(jīng)向鋼鐵材料在汽車制造中的統(tǒng)治地位發(fā)起挑戰(zhàn), 其優(yōu)點是質量輕。從耐載荷與耐疲勞強度看, 如果鋼的強度級別提高到780MPa 級以上, 則會顯示出比鋁合金更好的性能優(yōu)勢 , 從而誕生了先進高強鋼, 其在性能和減重安全方面對鋁合金發(fā)起挑戰(zhàn)。先進高強鋼的出現(xiàn)在很大程度上鞏固了鋼鐵在材料領域的主導地位。在實際車體制造方面,近年來高強鋼板的應用在不斷提高。國內(nèi)外開始不斷研究先進高強鋼的種類 和特性。國際鋼鐵協(xié)會(I ISI)先進高強鋼應用指南第三版中將高強鋼分為傳統(tǒng)高強鋼(Convent ional HSS)和先進高強鋼(AHSS)。傳統(tǒng)高強鋼主要包括碳錳(C-Mn)鋼、烘烤硬化(BH)鋼、高強度無間隙原子(HSS-IF)鋼和高強度低合金(HSLA)鋼;先進高強鋼(AHSS)主要包括雙相(DP)鋼、相變誘發(fā)塑性(T RIP)鋼、馬氏體級(M)鋼、復相(CP)鋼、熱成形(HF)鋼和孿晶誘發(fā)塑性(TWIP)鋼[ 5, 10]。傳統(tǒng)的高強鋼多是通過固溶、析出和細化晶粒作為主要強化手段, 而先進高強鋼(AHSS)是指通過相變進行強化的鋼種, 組織中含有馬氏體、貝氏體和/ 或殘余奧氏體, 包括雙相鋼(DP)、孿晶誘發(fā)塑性(TRIP)鋼、復相鋼(CP)和馬氏體級鋼(Mar t)等。汽車用先進高強鋼(AHS S)分為熱軋、冷軋和熱鍍鋅產(chǎn)品, 其工藝特點都是通過相變實現(xiàn)強化。

先進高強鋼在中國汽車工業(yè)中的發(fā)展前景：

2005 年我國汽車產(chǎn)品整車出口首次大于進口[19] , 目前我國自主品牌取得較大的發(fā)展, 而且出口量增長, 中國汽車正迅速進入國市場。隨著汽車輕量化的發(fā)展, 節(jié)能、排放和安全法規(guī)的日趨嚴格, 高強鋼和先進高強鋼的用量將快速增長;以國際鋼鐵協(xié)會組織的全世界32 家鋼鐵公司和相關汽車行業(yè)的輕量化項目ULSA BA VC 的目標和研發(fā)成果為例, 高強鋼在白車車身中的使用越來越多, 為了滿足客戶的需求, 傳統(tǒng)的高強鋼和先進高強鋼在將來會越來越多地采用。雖然在成形中遇到回彈等問題的挑戰(zhàn), 但相比于其他替代材料(如鋁), 高強鋼還是最具吸引力的材料。

第二篇：先進高強鋼和汽車輕量化

汽車輕量化項目主要包括超輕車身(U L SA B)、超輕覆蓋件(U L SA C)、超輕懸掛件(UL S AS)和在此基礎上的超輕概念車項目(ULS AB-AVC), 均是以使用鋼鐵為基礎.除了利用先進高強度鋼板外 , 還大量采用了激光拼焊、激光焊接、液壓成型和計算機模擬等技術來進行汽車的設計和制造。

AHSS 鋼主要包括雙相鋼(D P)、相變誘發(fā)塑性鋼(TRI P)復相鋼(CP)和馬氏體鋼(M)等 ,這類鋼是通過相變組織強化來達到高強度的 , 強度范圍 500 ～1500 MPa。具有高的減重潛力、高的碰撞吸收能、高的疲勞強度、高的成型性和低的平面各向異性等優(yōu)點 D P鋼

DP 鋼板的商業(yè)化開發(fā)已近30，年包括熱軋、冷軋、電鍍和熱鍍鋅產(chǎn)品。主要組織是鐵素體和馬氏體 , 其中馬氏體的含量在 5 %～ 20 %, 隨著馬氏體含量的增加 , 強度線性增加 , 強度范圍為 500～ 1 200 MPa。除了AHSS 鋼的共性特點外 , 雙相鋼還具有低的屈強比、高的加工硬化指數(shù)、高的烘烤硬化性能、沒有屈服延伸和室溫時效等特點。DP 鋼一般用于需高強度、高的抗碰撞吸收能且成形要求 也較嚴格的汽車零件 , 如車輪、保險杠、懸掛系統(tǒng)及其加強件等.熱軋 D P 鋼的生產(chǎn)是通過控制冷卻來得到鐵素體和馬氏體的組織的 , 冷軋和熱鍍鋅 DP 鋼是通過鐵素體和奧氏體兩相區(qū)退火和隨后的快速冷卻來得到鐵素體和馬氏體組織的。D P 鋼的主要成分是 C和Mn , 根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同可適當添加Cr、Mo 等元素使C曲線右移 , 避免冷卻時析出珠光體和貝氏體等組織。

復相鋼

復相（Complex Phase: CP）鋼是指兩相在數(shù)量和尺寸上有相同的數(shù)量級，其組織特點是

細小的鐵素體和高比例的硬質相如貝氏體、馬氏體，含有鈮、鈦等元素。復相鋼基本上是在Mn-Cr-Si合金成分體系的基礎上，通過馬氏體、貝氏體以及Ti、Nb和V等微合金元素的晶粒細化效應和析出強化的復合作用，結合適當?shù)木砣」に嚩a(chǎn)的，抗拉強度能夠達到800~1000MPa。具有很高的能量吸收能力和擴孔性能，廣泛應用于汽車車身中車門的防撞桿、保險杠與B立柱等提高汽車安全性能的部件。貝氏體鋼

貝氏體（Bainite: B）鋼的微觀組織為貝氏體，通過控制冷卻速度或者空冷可以得到貝氏體組織。貝氏體鋼的化學成分主要由碳和微量鉻、硼、鉬、鎳等合金元素組成，含碳量低于 0.05%。貝氏體鋼的韌性好、強度高（530~1500MPa），并且隨著貝氏體轉變溫度的降低，貝氏體鋼的強度增加，貝氏體鋼的成形能力和焊接性均很好，在航空航天、船舶與石油化工。馬氏體鋼

馬氏體鋼的微觀組織為少量的鐵素體和/或貝氏體均勻的分布在板條狀的馬氏體基體上。通過在連續(xù)退火線或者出料輥道上的快速冷卻作用，使奧氏體向馬氏體完全轉變從而得到馬氏體鋼。向馬氏體中加入碳元素能提高馬氏體的淬硬性，起到強化的作用；為提高馬氏體鋼的淬透性可以加入不同比例的 Mn、Mo、B、V、Ni、Si、Cr 等合金元素。馬氏體鋼是先進高強鋼中抗拉強度最高的鋼種，最高能達到 1700MPa。

相變誘發(fā)塑性鋼

相變誘發(fā)塑性（TRIP）鋼是為了滿足汽車工業(yè)對高強度、高塑性鋼板的要求而開發(fā)研制的，微觀組織主要為鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體（體積分數(shù)一般為 10%~20%）。在冷成形過程中，殘余奧氏體向硬的馬氏體發(fā)生轉變（形變誘導相變）的同時發(fā)生塑性變形。這種硬化使得組織變形難以在局部集中并使應變分散，導致了整個組織中的塑性變形分布比較均勻，這種現(xiàn)象稱為相變誘發(fā)塑性。TRIP 鋼具有強度高、延展性好、易沖壓成形和能量吸收率高等特點，可以大幅度地減輕車身自重，降低油耗，同時能夠抵御發(fā)生碰撞時的塑性變形，顯著提高汽車的安全性能，在汽車制造領域有著巨大的優(yōu)勢。

TRIP 鋼分為熱軋型 TRIP 鋼和熱處理型冷軋 TRIP 鋼。熱軋型 TRIP 鋼是通過控軋控冷獲得大量的殘余奧氏體組織。熱處理型冷軋 TRIP 鋼是在冷軋后采用臨界加熱，然后在下貝氏體轉變溫度范圍內(nèi)等溫淬火?？焖偌訜嶂僚R界溫度，形成鐵素體-奧氏體混合組織。與雙相鋼的熱處理工藝最大的區(qū)別在于，為了在最終的組織中保留奧氏體，需要引入貝氏體等溫淬火保持階段（或緩冷）。通過碳在未轉變的奧氏體中的富集使馬氏體轉變溫度降至低于零度，但僅通過鐵素體形成時產(chǎn)生的碳富集是不夠的，因此，貝氏體形成時會造成更多的

碳富集。通過添加硅或鋁，不僅能起到固溶強化作用，而且還能阻止在貝氏體形成過程中碳化物析出。孿生誘導塑性鋼

孿生誘導塑性(TWIP)鋼是第二代先進高強鋼的典型鋼種，又稱FeMn鋼、高錳鋼或現(xiàn)代輕質鋼，成分特點是錳和鋁含量較高，具有高強度、高加工硬化速率和優(yōu)異的延展性（總延伸率可高達70%）。主要有Fe-Mn-C鋼、Fe-Mn-C-Al鋼及Fe-Mn-C-Al-Si鋼。研究結果表明FeMn-TWIP鋼加工硬化速率n值高且均勻，可承受局部應變峰值并具有良好的應變分布（抗頸縮），同時成形性能好，具有較好的能量吸收性能。由于這類鋼的處理工藝復雜、合金元素含量較高，雖然具有高強度和高韌性等良好的綜合性能，但目前為止還沒有商業(yè)化，在汽車工業(yè)上的應用還很有限。

相同成分DP鋼和TRIP鋼部分力學性能的比較

對同一種鋼板進行不同熱處理分別制成具有相同鐵素體含量的雙相鋼(DP鋼)和相變誘發(fā)塑性變形鋼(TRIP鋼)，并對其部分力學性能進行對比。比較發(fā)現(xiàn)，鐵素體基體上不同的第二相使得材料力學性能產(chǎn)生巨大差異：馬氏體使DP鋼具有很高的抗拉強度，殘余奧氏體則賦予TRIP鋼優(yōu)良的伸長率；DP鋼擁有更加優(yōu)良的加工硬化能力，TRIP鋼則具有較為理想的烘烤硬化能力。試驗表明，考察DP鋼和TRIP鋼的烘烤硬化能力時，除柯氏氣團外，內(nèi)應力的消除也應該考慮其中。兩種材料的組織有相似之處：F為基體，其上分布著較硬的第二相，不同之處在于第二相的種類和數(shù)量。

單軸拉伸試驗，得到的負荷-應變曲線如圖。TRIP鋼具有明顯的屈服平臺，而DP鋼則呈現(xiàn)連續(xù)屈服的特點。對兩種材料的主要性能參數(shù)進行比較，結果見表

DP鋼淬火過程中，臨界區(qū)保溫形成的奧氏體轉變成比容較大M，使周圍的F受到壓迫，在其內(nèi)部生成大量位錯，成為低應力下可激活的位錯源因此其屈服強度(σ0.2)低于TRIP鋼。但是由于組織中存在40%M，其抗拉強度(σb)明顯高于以B為主要第二相的TRIP鋼。雖然σb 不及DP鋼，但TRIP鋼的δ是DP鋼的2.3倍，達到37%，TRIP鋼優(yōu)良的伸長率與形變過程中Ar轉變?yōu)镸有關，可從以下幾點解釋(1)拉伸變形時在最大變形部位首先誘發(fā)馬氏體相變, 使局部強度提高, 難以繼續(xù)變形, 變形向未發(fā)生馬氏體相變的其他部位轉移, 推遲了頸縮的形成。(2)拉伸變形時局部應力集中因馬氏體相變而松馳, 推遲了裂紋的產(chǎn)生。(3)Ar與α呈共格關系, 高能界面不利于裂紋的擴展。

可看出，在相同應變下DP鋼的WH值遠遠高于TRIP鋼的，這與兩種材料的組織密切相關，可從以下幾點解釋：

(1)作為基體上的第二相,DP鋼中的M和TRIP鋼中的B起阻礙位錯運動的作用。M硬度遠遠高于B硬度, 因此其對位錯具有更強的阻礙作用, 導致加工硬化很高。由于M和B含量很高, 因此這是導致兩種材料加工硬化值性能差異的最主要原因。

(2)變形過程中，TRIP鋼中的Ar逐漸轉變?yōu)镸 釋放了集中的內(nèi)應力，降低了對位錯阻礙作用，導致WH值下降。

(3)雖然TRIP鋼中由A相轉變得來的M會在繼續(xù)變形時對位錯起到較為強烈的阻礙作用，但是由于其含量很低 因此對WH的貢獻也較低。

在較低應變范圍內(nèi)(0%～2%)，DP鋼的加工硬化值很高(410MPa)，而在較高應變范圍內(nèi)(>2%)給予相同應變，WH值增量顯著降低。

原因：塑性變形之初，運動位錯滑移到晶界處, 受到馬氏體的阻礙停止運動, 強烈的阻礙作用使得必須產(chǎn)生新的位錯或開動相鄰晶粒中的滑移系才能保證塑變繼續(xù)進行, 因此加工硬化值很高。隨著變形的進行, 大量位錯在馬氏體顆粒前塞積, 塞積的位錯會對新產(chǎn)生的位錯形成一定阻礙作用,而這一作用顯著低于M的阻礙作用, 因此由其導致的WH增量明顯降低。

高強鋼的烘烤硬化能力

成型后的汽車覆蓋件在噴漆以后通常會置于170℃保溫一段時間，稱為烘漆。烘漆后鋼板屈服強度提高的現(xiàn)象稱之為烘烤硬化(BakeHardening)。烘烤硬化的機理是在烘烤過程中, 位錯應力場中的碳(氮)原子受到熱激活向位錯偏聚, 形成柯氏氣團,從而對位錯起到釘扎作

用,使其再次受載時需要更大的力才能擺脫氣團或拖曳氣團一起運動，宏觀上表現(xiàn)為屈服強度的提高。與固溶碳(氮)原子數(shù)目和位錯密度密切相關。

Trip隨著預變形量的增加,BH值先上升后下降。因為塑變初期, 隨著變形增加, 材料中位錯密度增加，烘烤后被釘扎的位錯數(shù)目增加, 因此BH值上升；但是由于材料中固溶碳原子有限, 當變形超過一定值后,形成的柯氏氣團的飽和度下降，導致BH值降低。對于DP鋼的BH隨預變形量增加而下降(10%預應變試樣的BH值為-380MPa)。DP鋼的烘烤硬化能力差與其組織中存在一定含量M有關: 變形過程中,M強烈阻礙位錯的同時產(chǎn)生很大的內(nèi)應力，內(nèi)應力對阻礙位錯運動也起到很大作用, 而烘烤會使內(nèi)應力部分釋放，因此導致流變應力下降。

鋼在奧氏體狀態(tài)下加工變形以后再進行淬火,但為使鋼在奧氏體狀態(tài) 下變形而不發(fā)生相變或析出第二相,鋼中奧氏體應具有良好的熱穩(wěn)定性及機械穩(wěn)定性這就需要在鋼中加入較多的合金元素如C r、N i 等實際也就提高了鋼的價格。較高的錳含量有利于保持奧氏體的穩(wěn)定性,而奧氏體的穩(wěn)定性正是保持相變塑性的最重要因素。很高的硅量可有效提高碳在滲碳體中的活度,抑制冷卻過程及過時效中貝氏體轉變期間滲碳體的析出使得奧氏體中碳含量 的降低和隨之而引起的穩(wěn)定性降低。鋼中大量的硅易與退火爐氣氛中的氧反應,生成二氧化硅附著于鋼板表面而使熱鍍鋅難以進行。固溶的磷本身具有提高奧氏體穩(wěn)定性的作用磷還可提高碳在滲碳體中的活度系數(shù)，抑制滲碳體的析出和奧氏體中碳含量的降低，結構鋼中磷的晶界偏聚可引發(fā)鋼的冷脆傾向。

Trip鋼的屈服強度和抗拉強度均隨應變率提高而呈指數(shù)形式增大。均勻延伸率隨應變率的提高總的趨勢是逐漸減小。因為殘余奧氏體在 拉伸過程中會應變誘發(fā)向馬氏體轉變，一方面有利于材料強度的提 高，另一方面松弛了塑性變形引起的應力集中，延緩了微裂紋的形成，從而提高塑性。高應變率變形的絕熱溫升提高了殘余奧氏體的穩(wěn)定性。

鐵素體基體析出強化型高強熱軋雙相鋼（14年參考文獻）

傳統(tǒng)雙相鋼以組織強化為主要強化方式，通過組織強化雖然可提高強度降低屈強比，但由于軟相鐵素體與硬相馬氏體的強度差較大，兩相塑性應變不相容性加大，導致均勻變形能力降低不利于汽車零部件的成形，一定程度上限制了雙相鋼的應用。因此，提高鐵素體相的強度，可減小鐵素體和馬氏體的塑性應變不相容性，抑制在兩相界面萌生的微裂紋和空洞聚集，即推遲頸縮發(fā)生，提高均勻真應變。

高強鋼主要通過添加微合金元素Nb、V、Ti，在鐵素體中析出細小的微合金碳氮化物，即析出強化的方式提高強度。相對Nb、V而言，Ti具有資源豐富、成本低廉等優(yōu)點，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ奈⒑辖鹪?。不少研究者已對Ti的析出強化機理進行了研究，并開發(fā)出780 MPa級別的高強鋼。

鐵素體基體析出強化型熱軋雙相鋼的工藝過程原理：在析出強化型熱軋雙相鋼成分設計時，主要是在傳統(tǒng)熱軋雙相鋼的成分基礎上添加一定量的Ti，同時還應調(diào)整Mn、Si、Cr等元素的含量，使得鐵素體相變的鼻尖溫度與TiC析出的鼻尖溫度相匹配。

由圖可知，鋼板熱軋后快速冷卻至鐵素體相變鼻尖溫度附近，然后在緩冷或保溫階段，奧氏體相變?yōu)殍F素體，同時TiC在鐵素體相變過程中相間析出或過飽和析出，最后再快冷至Ms以下溫度，未轉變奧氏體轉變?yōu)轳R氏體，最終獲得存在納米級TiC析出相的鐵索體基體+彌散分布的馬氏體的熱軋雙相鋼。

通過向雙相鋼添加鈮元素能起到彌散強化的作用，一方面鈮元素能夠促進馬氏體的均勻分布和鐵素體的細化，另一方面利用析出強化使馬氏體的體積分數(shù)降低，從而使馬氏體和鐵素體之間由于強度差異而導致的應力集中程度降低，提高了雙相鋼的綜合力學性能。

現(xiàn)代冷軋雙相鋼的生產(chǎn)采用連續(xù)退火工藝。先將冷軋鋼板加熱到鐵素體奧氏體兩相區(qū)所在的某個溫度，在加熱過程中發(fā)生冷塑性變形的組織會經(jīng)歷回復與再結晶過程。在保溫過程中，鋼板中的鐵素體產(chǎn)生不完全奧氏體化。在初始的緩冷過程中，少量的奧氏體重新轉化為鐵素體，同時合金元素大量的向殘余奧氏體中擴散，提高了奧氏體的穩(wěn)定性。然后在急冷過程中使殘余奧氏體轉化為馬氏體組織，從而產(chǎn)生鐵素體與馬氏體的雙相組織。

一般來說，急冷后還需進行等溫過時效，一是可以對淬硬的馬氏體島進行低溫回火以改善其內(nèi)部畸變，二是可以可以改善鐵素體內(nèi)元素的固溶狀態(tài)。

第三篇：超高強鋼的應用_《翻譯文章》

先進高強鋼

解決對鋼成形性增長的需求 斯圖爾特—凱樂，彼得

1960年以前，對于高強鋼的要求是通過高碳鋼或冷軋鋼來滿足的。這些增加強度的辦法都是以犧牲材料的成形性為代價的。后來又出現(xiàn)了通過熱加工過程而發(fā)展起來的高強度低合金鋼（HSLA）。這種合金在保證更高強度的同時，使成形性最小程度的降低。這源于鋼的成分的改善，包括更小的晶粒尺寸，用其他元素去換鐵原子，或者加入其他元素，以此來改變其晶體結構。早期的高強度低合金鋼，其最大屈服強度只有30-50ksi, 新的高強度低合金鋼，其屈服強度可以達到110ksi。

（注：關于這些板材成型的信息，來自于下面的參考文獻。即高強鋼的成型，來自于《金屬成型》2009年四月刊）

現(xiàn)在，對于高強度鋼有了更高的要求。具體包括：

1）通過減少鋼板的厚度來實現(xiàn)減重的目的，隨后再通過增加其屈服強度來補償。通過結構分析，在保證板厚不變的同時，可以使鋼板的屈服強度加倍。但是，隨著板厚降低，屈服強度增加，板材的拉伸性能和彎曲性能會降低。

2）局部強化，這一點通常要求板材的成型方式從拉深成型轉變?yōu)槔斐尚??？紤]通過修剪，將其分成三個獨立的且易于成型的部分，然后通過焊接將其連接起來。嘗試將來自同一塊板材的相同大小的部分，放入帶有三個型腔的模具當中，在型腔之間沒有粘結，使得板材可以流動并形成相鄰的壁，這樣成型模式就變?yōu)槔炷Ｊ?。隨著強度的增加其拉伸性降低。3）在那些易于發(fā)生嚴重局部變形的地方，高強度鋼件應具有清晰的功能設計與特征線，這要求材料有更高的可拉伸性能。

AHSS或“新設計鋼”

為了滿足高強鋼更高成型性的要求，鋼材研究者們已經(jīng)采取了一種全新的途徑來增加鋼材的強度。低強度鋼和高強度低合金鋼都只有單一的鐵素體相—這是一種純鐵的微觀結構，這種結構中碳含量很低。先進高強鋼（AHSS）出了鐵素體相外，還具有一個或多個微觀相結構，諸如馬氏體相，貝氏體相，還有殘余奧氏體相。

普通高強鋼等級可分為三種成型類型：

1）具有相同原始屈服強度和抗拉強度的鋼，是根據(jù)鋼的成型性的好壞決定了鋼的級別。這種成型性的提高是總的延伸率對屈服強度的一種作用（圖1）。對于材料的抗拉強度和加工硬化指數(shù)（n次方）也可以畫出類似的曲線。與相同強度的低合金高強鋼相比，雙相先進高強鋼總延伸率的增長使得沖孔半徑對厚度的比例減小。雙相鋼能夠在高應力的位置極大的限制材料的變形（應變）局部化。這些應變梯度的差異非常大，這些差異產(chǎn)生的一個主要原因是產(chǎn)品尺寸的不同。

圖.1雙相鋼和相誘變可塑先進高強鋼強度和延伸率之間的關系（Yield Strength:屈服強度，Total Elongation：總延伸率，DP：雙相鋼，TRIP：相誘變可塑鋼）

另外，應變的最大值是顯著增加的，并且在低于原來深度的情況下達到失效條件。雙相鋼的強化是從改變梯度開始的，同時減少甚至阻止他們的擴散。應變值提高是由于在微觀組織中引入了馬氏體區(qū)。

圖.2用HSLA與DP成型前保險杠過程（Percent Stretch：拉伸比例，Centers of Original Circles：原界中心，Yield strength：屈服強度，Maximum Allowable Stretch：最大允許拉伸量）

圖.2闡述了一種鋼的前保險杠的成型過程研究的結果，這種前保險杠研究用到了多種低合金高強鋼和雙相鋼。我們通過前保險杠測量出了兩種帶有尖峰的應變梯度。當檢測雙相鋼是這種應變梯度發(fā)生了巨大的改變—當應變率達到7％至9％時就已使得雙相鋼產(chǎn)生疲勞。由于馬氏體區(qū)的加入是非常重要的，冶金學家找到一種能補充新的馬氏體區(qū)從而生產(chǎn)出更優(yōu)質的鋼—相變可塑性剛（TRIP）。這些鋼的等級比單獨的雙相鋼有能顯著地使應變梯度變得平緩。另外，在局部縮頸處（成型極限曲線）的最大允許應變增長。

2）在保證成型性不變的情況下提高鋼的屈服強度和抗拉極限。馬氏體鋼（MS，圖.3）是一種具有堅硬馬氏體結構的單相鋼。取決于溫度的不同，MS鋼的總延伸率從15％到5％都有。用MS鋼生產(chǎn)的大部分都是冷彎。

圖.3 CP與MS級別鋼的優(yōu)勢（Yield Strength：屈服強度，Total Elongation：總延伸率，Constant formability increased strength：一般成型增加的強度，Complex phase steel：多相鋼，Martensitic steel：馬氏體鋼）

其他屬于先進高強鋼類別的都是有很多相（CP）的鋼，這些鋼的強度是由于它們有尺寸極細小的晶粒且微觀組織中含有貝氏體，馬氏體，殘余奧氏體和珠光體。多相鋼具有吸收高能量以及高殘余變形能力的特征。

3）為了獲得最終的性能需要特殊的加工過程。產(chǎn)品設計可以制造出以前認為不可能實現(xiàn)的的零部件。在現(xiàn)實生活中，一份采購訂單可能需要成型非常復雜的部分，而這部分又要求如MS鋼這樣極高的強度。這份訂單可能并不要求成型為MS—只是要求產(chǎn)品最終具有MS鋼的性能。

現(xiàn)在制造的很多零部件都是采用熱成型技術或者屈服強度為50到70ksi，總的延伸率為18％硼基鋼。這種鋼被加熱到850到900℃，被放置在一個具有壓力的情況下然后成型。成型屈服強度基本是6到13ksi，50％以上的總延伸率，它們都是常數(shù)。我們能通過獲得非常嚴重的變形來制造具有復雜特性的零部件。在快速成型后，冷模淬火的部分能達到MS鋼最后的強度。然而比正常沖壓速度慢很多的時候，使用更多的傳統(tǒng)成型過程在打擊過程中能生產(chǎn)出以前已經(jīng)證明不能生產(chǎn)出的部件。

發(fā)展前景

從低合金高強鋼到先進高強鋼的發(fā)展趨勢（圖.4）是非常值得注意的。在北美生產(chǎn)輕型車輛的先進高強鋼的用量從2007年的9.5％估計到2015年會增長到34.8％。

圖.4 北美輕型車輛金屬含量的預測（資料來源：世界各地制造，Conventional AHSS：普通高強鋼，Advanced HSS：先進高強鋼，Aluminum & Magnesium：鋁和鎂，Mild Steel：中強鋼，Medium HSS：中強先進鋼，Bake Hardenable：加熱硬化）

我們現(xiàn)在依舊在尋找具有更好性能的先進高強鋼。到目前為止，我們的討論覆蓋了第一代先進高強鋼（圖.5）。通過奧氏體基體化的第二代產(chǎn)品我們使成型性能得到了很大的提高，例如TWIP鋼（雙相誘變可塑性鋼），這種鋼在現(xiàn)在才剛開始做與生產(chǎn)實驗的。然而這些鋼能達到60％的總延伸率和非常高的n值，由于它們加入了很多有很高價格的合金元素導致它們非常昂貴。而且，它們復雜的成分使得它們焊接具有挑戰(zhàn)性。

圖.5 第二代高強鋼—更好的性能，價格更低（Conventional Steels：傳統(tǒng)鋼，Austenitic-Based Steels：奧氏體化鋼，Current Area of Research：當前區(qū)域研究，Improved properties：性能的提高，Reduced cost：價格的降低，Improved weldability：焊接性能的提高。）

許多研究者都認為大部分的零部件不需要第二代先進高強鋼的機械性能，所以現(xiàn)在已經(jīng)開始研究并發(fā)展第三代先進高強鋼。第三代鋼的特征是比第二代有更少的相，并且具有更好的成型性和焊接性。

特別關注的領域

盡管我們希望先進高強鋼能應用于車輛和其他產(chǎn)品，但還是有很多的擔憂。其中：回彈；成型速度和熱量在模具中的積聚；以及壓力的噸位和能量。

當成型較低強度的鋼時回彈總是存在的，并且要求模具的補償量滿足圖紙的要求?；貜椓康拇笮≈苯优c屈服強度有關。所以如下面的先進高強鋼，尤其是CP和MS鋼，由于回彈量太大導致極其的難以控制。（圖.6）。然而一般低強度的AKDQ鋼通常回彈量在2％到3％，HSLA鋼的回彈量通常在8％到12％，MS鋼的回彈量則在16％到24％之間。

圖.6 不同屈服強度導致的各種回彈（Yield Strength：屈服強度，Springback：回彈，Strain：應變）

回彈，側壁彎曲，平板扭曲在它們各自的成型過程中都有自己的初始不平衡應力。這種不平衡應力通常是由產(chǎn)品設計導致的—非對稱的幾何形狀或裁剪過程，迅速變化的界面或不等的法蘭長度。其他引起不平衡應力的因素有不確定的成型工藝參數(shù)，包括潤滑，拋光，壓邊力，毛坯的定位以及拉拔機頭的斷裂和磨損。

由于在AHSS的應用中回彈是一個非常主要的影響因素，所以在設計階段之前必須先指出回彈現(xiàn)象從而避免利用二次成形補償回彈。為了在設計階段把回彈降到最小，我們應：

?避免直角或者尖角。

?使用6到10°的較大敞開角來補償過度彎曲和回彈。?避免在兩個內(nèi)壁之間使用大的過渡半徑。?使用開放式而不是封閉式的沖壓。

?在設計部件允許的部分采用加強筋，底閥，多處凸緣等等，來阻止彈性力的釋放和減少回彈。

?在產(chǎn)品設計允許范圍內(nèi)設計與成型性相匹配的沖孔半徑。當半徑小于2t時能減小回彈角及板加工后的變化。

因為鋼的加工硬化是由于拉伸超過模具半徑導致的，這種增加的強度會引起回彈的增加和側壁彎曲。這使得重新加工變得困難。因此，沖壓錘應盡量限制材料移動而超過它們半徑的現(xiàn)象。

汽車設計工程師經(jīng)常會提出溝槽和帽檐結構在產(chǎn)品結構設計中的應用。不幸 的是，兩塊平行板或者是需要彎曲側壁的板之間有90°夾角時，都會使得回彈增大的潛在可能性變大。在限制材料半徑及運動的情況下為了獲得需要的通道高度，成型帽檐部分需要兩步方法—形成凸緣部分的加工過程（圖.7）。首先，在成型90°角的半徑是在過度彎曲面和回彈補償部分的配合面。在帽檐部分的操作過程中使這部分頂端的大半徑變得平緩，這可能需要在平面部分需要額外的過渡彎曲，頂部才產(chǎn)生平行板。

圖.7 兩步成型小半徑帽檐部分（Part and Cross-Section After First Stage：第一階段后零件截面部分，Part and Cross-Section After Second Stage：第二階段后零件截面部分）

多部成型操作證明有助于零件形成小的，精確的幾何特征，但是這只能在重新加工成型中實現(xiàn)。另外一個這樣的方法叫做Shapeset，是由通用汽車研究開發(fā)的成型凸緣模具（圖.8）。一個成型模具或拉深工具（沒有拉伸機頭）成型零件后，然后零件被放入到被設計好的用來鎖定其他凸緣的第二個工具上。具有鎖定機頭的低壓力墊作用在毛坯上，上模具鋼距離底部機頭中心（BDC）的少于或者接近6mm。然后零件被從一個模具導柱前拉伸至壓到底部機頭中心。

圖.8 兩步拉伸成型過程（punch：沖孔，Sheet steel：薄板鋼，Mild steel：中碳鋼，High strength steel：高強鋼，All steel：所有鋼）

在零件中產(chǎn)生的拉伸力（大約2％）能有效的減小剩余壓力以及部分與部分之間的變化。較低的鎖定裝置需要避免在零件成型過程中零件的上升引起的反向壓力墊。

用輥鍛模成型的時候需要用到壓力板來防止工件在成型過程中的滑動。對于印刷模具需要的壓力板的要求通常與AHSS成型中所需要的沖孔力相等，加工AHSS壓力板的壓力是同等厚度HSLA的三倍。這種水平的夾持力在小的輥鍛?；蛘咝〉哪＞呙娣e內(nèi)是很難達到的。

更多控制回彈的工具技術

模具材料的成型壓力越大并且材料需進一步加工來減小回彈時可能會產(chǎn)生大的工具撓度。成型鋼時必須控制鋼具有合適的斜度來控制工具的撓度和保證零件的質量。

對于回彈來說壓模應當包括用于補償輥鍛模而形成的過度彎曲。根據(jù)不同級別的鋼，預計回彈角可高達10°。

圖.9闡述了在由汽車/鋼合作伙伴發(fā)表的高強鋼設計沖壓手冊中發(fā)現(xiàn)的一種回彈補償技術。凸緣鋼的半徑小于零件半徑，再加上凸緣鋼和導柱上的應力釋放。

凸緣鋼上的應力釋放允許應用在成型半徑上進一步施加壓力。

圖.9 在輥鍛模中的過度彎曲（Pad:壓力板，F(xiàn)lange steel：凸緣鋼，Apply extra pressure：施加的額外壓力，Back relief on lower die：較低模具中的應力釋放，Back relief on flange steel：凸緣鋼中的應力釋放）

在切實可行的情況下，考慮用旋轉成型工具代替凸緣輥鍛模。旋轉成型工具證明更容易對回彈補償量進行調(diào)節(jié)，以及輥鍛模產(chǎn)生的拉伸載荷（額外的拉伸量）。

成型速度，能量，熱量以及潤滑條件

AHSS鋼在拉伸試驗隨成型速度為10 in./in./sec.開始每增加十倍，屈服強度和抗拉強度只是增加很少的2到3ksi。這個壓力的增加比AKDQ鋼的增加要少。對于相同的成型速度，加工硬化指數(shù)保持常數(shù)。

然而隨著擠壓速度從每分鐘12次增加到16次時，材料強度的增長幾乎是可以忽略的，但零件數(shù)量，大量的能量和伴隨熱量增加達到了33％。當改變鋼的類型從而改變強度是，越高強度的鋼需要越大的力，這就導致了產(chǎn)生更多的能量和熱量。這種熱量的增加會導致潤滑劑粘結甚至引起潤滑劑的失效。

壓力機噸位和能量

一個明顯需要關心的問題是擠壓機在擠壓AHSS時能達到的最大力。但是最初的擔心是，在實施擠壓過程時所能達到的擠壓能量并不確定并且需要壓力機一直不停的運轉。壓力機的噸位和能量并相同。

壓力機噸位的等級是顯示了壓力機所能施加的最大壓力，這個力可以在不破壞它的框架結構，滑塊組織，連接桿以及主齒輪襯套的結構下施加。計算噸位需要做的功（W）是作用力（f）與它工作距離（d）的乘積：W = f x d。

壓力機的能量等級取決于所應用的壓力機的載荷及施加的這個載荷所走過的距離。例如拉深HSLA，用200 tons的拉力走過3 in.的距離。這個過程需要600 in.tons的能量。成型AHSS則需要500 tons的力同樣走過3 in.的距離，則需花費1500in.tons的能量。

因為每一次施加壓力的過程當中都要消耗能量，而且這些能量一定會被取代，關鍵的注意力應該集中在主要的驅動馬達（馬力）的尺寸和飛輪的角速度上，尤其是在AHSS的應用上。飛輪上聚集的能量的數(shù)量依賴于它的質量和角速度—儲存的能量隨速度的平方而變化。因此，當壓力機以全速運轉時，飛輪中可以儲存很大數(shù)量的能量。隨著壓力機速度的減小，儲存的能量也會變少。這一點在實際中非常重要，因為很多模壓工會減小壓力機的運行速度來較少成型AHSS時產(chǎn)生的附加熱。但是，在這樣較低的速度下，飛輪的尺寸成為產(chǎn)生所要求的壓力機能量的限制因素。我們建議通過計算機來模擬成型過程，從而評估沖壓AHSS時的壓力和能量要求。

最近，歸因于一種伺服壓力機的出現(xiàn)，用其來決定壓力機的壓力和能量要求—這是這個月的模具設計柱的研究主題，從42頁開始。

先進高強鋼（AHSS）的其他資料

對于AHSS以及它與HSLA之間的關系的一個重要參考是AHSS應用指南—2009.06,4.1版。它可以在www.tmdps.cn網(wǎng)站免費下載。

另外，在Detroit,MI，2011.06.22—23號，由PMA組織將主持的斯圖爾特—凱樂和彼得參加的為期連續(xù)兩天的研討會。這個研討會獎講述高強鋼的加工過程以及沖壓高強鋼所用模具的設計和制造過程。更多資料請進入www.tmdps.cn。

第四篇：太陽能汽車應用前景與技術難點

太陽能在汽車的應用及前景分析

太陽能蓄電池的結構原理

太陽能汽車的“心臟”就是電力存儲系統(tǒng)，它由蓄電池和電能組組成。蓄電池組相當于普通汽車的油箱。一輛太陽能汽車使用蓄電池組來儲存電能以便在必要時使用，太陽能汽車啟動裝置控制著蓄電池組，但是當太陽能汽車開動后，是通過太陽能陣列提供能量，再充到蓄電池組內(nèi)。由于技術原因，蓄電池存儲能量是有限的，而且還分不同類型（鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鋰電池以及鋰聚合物電池）。在太陽能汽車頂上，有一個圓弧形的太陽能電池板，板上整齊地排列著許多太陽能電池。這些太陽能電池在陽光的照射下，電極之間產(chǎn)生電動勢，通過連接2個電極的導線，就會有電流輸出。太陽能電池方陣是太陽能汽車的能源。方陣是由許多PV光電池板（通常有好幾百個）組成。方陣類型受到太陽能汽車尺寸和部件費用等的制約。目前，主要有2種類型的光電池板：硅電池和砷化合物電池。一般等級的太陽能汽車通常使用硅電池板，硅太陽能電池能把10%～15%的太陽能轉變成電能。它既使用方便，經(jīng)久耐用，又很干凈，不污染環(huán)境，是比較理想的一種電源，只是光電轉換的比率小了一些。許多獨立的硅片被組合，形成太陽電池方陣，依靠光伏電源供電動發(fā)動機驅動太陽能汽車。這些方陣的工作電壓通常在50～200V，并能提供1000W的電力。方陣輸出功率的大小受到太陽、云層的覆蓋度和溫度的影響。超級太陽能汽車也能使用通常類型的太陽能光電板，但更多的是使用太空級光電板。這種板很小，但是比普通的硅片電池板要昂貴得多，然而它們的使用效率非常高。一般情況下，汽車在運動時，被轉換的太陽能被直接送到發(fā)動機控制系統(tǒng)。但有時提供的能量要大于發(fā)動機需求的電力，那么多余的能量就會被蓄電池儲存以備后用。當太陽能電池方陣不能提供足夠的能量來驅動發(fā)動機時，蓄電池內(nèi)的被儲存的備用能量將會自動補充。當太陽能汽車不運動時，所有能量都將通過太陽能光伏陣列儲存在蓄電池內(nèi)。也可以利用一些回流的能量來推動汽車。當太陽能汽車開始減速時，換用通用的機械制動，這時發(fā)動機將變成了一個發(fā)電機，能量通過發(fā)動機控制器反向進入蓄電池內(nèi)進行儲存?；爻涞叫铍姵刂械哪芰糠浅Ｉ?，但是卻非常實用。

太陽能天窗的原理與優(yōu)點

在外觀上，太陽能天窗與普通玻璃天窗有較大區(qū)別。太陽能天窗上安裝了格柵狀的太陽能電池板，在天窗開啟后，通風透氣的效果與普通天窗一樣，但在天窗關閉時，從車內(nèi)則看不到天空。這種太陽能天窗是在汽車天窗的玻璃下方設置有太陽能電池。太陽能電池與設置的控制單元輸入端相連接，輸入端連接車輛空調(diào)系統(tǒng)的溫度傳感器，同時輸入端還與蓄電池和點火器相連接。點火開關打開后，用此選裝開關可使太陽能天窗移動到需要的位置。當駐車或在無人看管汽車的情況下離開汽車時，一定要將太陽能天窗完全關閉。陽光充足時，鼓風機在關閉點火開關之后自動切換為太陽能運行模式。此后鼓風機電機由太陽能電池驅動，并為汽車內(nèi)部空間提供新鮮空氣。只有在信息娛樂系統(tǒng)內(nèi)設置了通風功能，并且太陽能天窗已處于外翻或關閉狀態(tài)時，才能運行通風。關閉點火開關后，只要沒有開啟駕駛員或副駕駛員車門，那么約10min內(nèi)仍然能夠打開或關閉太陽能天窗。遮陽板與太陽能天窗以固定方式連在一起，不能單獨移動。為使氣流產(chǎn)生的風滯噪聲降至最小，導流板根據(jù)車速和天窗開度自動移動到最佳的外翻高度，此外還能明顯降低車內(nèi)空氣的振動噪聲。玻璃下方的太陽能電池吸收太陽能，經(jīng)汽車天窗控制單元可對蓄電池進行充電，保證蓄電池的電能充足，同時延長蓄電池的使用壽命。太陽能天窗帶給消費者的最直接好處是，在高溫天氣里，汽車在烈日下停車熄火，完全沒有能源供給時，能自動調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度。利用內(nèi)置在天窗內(nèi)部的太陽能集電板依靠陽光所產(chǎn)生的電力，經(jīng)過控制系統(tǒng)來驅動鼓風機，將車廂外的冷空氣導入車內(nèi)，驅除車內(nèi)熱氣，達到降溫的目的。當駕駛者及乘員再打開車門及坐在座位上，不會感覺悶熱難耐，汽車的空調(diào)系統(tǒng)可以在最短時間內(nèi)將車內(nèi)溫度降至舒適的程度。同時可以改善車內(nèi)的空氣狀況，冬天也可以減少車內(nèi)前擋風玻璃的結霜。根據(jù)資料，與沒有通風降溫的車型相比，安裝了太陽能天窗的汽車駕駛室內(nèi)的溫度最低可降至20℃。太陽能天窗利用太陽能供電，節(jié)能降溫，十分有效地減少了汽車內(nèi)由熱所產(chǎn)生的“孤島”效應。目前國內(nèi)銷售的車型當中，奔馳E級、奧迪A8、A6L、A4和途銳等部分車型都已配備了太陽能天窗。新奧迪A6L太陽能天窗可以在陽光充足時利用太陽能將鼓風機運轉，將車內(nèi)外空氣進行交換，不消耗電能和其他能量；

輝騰轎車車頂天窗上整合了28個太陽能電池板，總共可提供24W的能量，還可以在車輛靜止的狀態(tài)下為電扇供電，減少蓄電池能量消耗。裝備了太陽能天窗的車型，一定程度上降低了空調(diào)的使用頻率，除了能為駕乘者提供舒適的用車環(huán)境以外，也有利于節(jié)省燃油，更加環(huán)保。目前，配備天窗的車型在國內(nèi)已十分流行，如果能在原有天窗的基礎上加上太陽能的功能，雖然會增加一定的造車成本，但從長遠來看，有助于節(jié)省燃油以及環(huán)境保護，同樣也是未來轎車的發(fā)展趨勢[2]。

太陽能汽車充滿商機

近年來，各國都在競相研發(fā)新型太陽能汽車。美國已研制成光電轉換率達35%的高性能太陽能電池，為光電池在汽車上應用開辟了廣闊的前景。太陽能汽車已經(jīng)在一些幅員遼闊國家或沙漠地區(qū)得到有效的應用。全球最負盛名的太陽能汽車比賽在澳大利亞已經(jīng)連續(xù)舉辦了20多年，為推動太陽能汽車的發(fā)展作出了巨大貢獻。據(jù)介紹，由瑞士的4所理工大學聯(lián)合成功開發(fā)的“太陽能的士”，其制造得到了幾家技術領先的瑞士公司的支持?！疤柲艿氖俊钡?0%的動力來自裝載了Q-Cells公司提供的高效太陽能電池片的掛車，其動力心臟———ZEBRA電池可以保證在沒有陽光的情況下駕駛300km。其50%的動力需求將會在瑞士的太陽能發(fā)電站補充?！疤柲艿氖俊睔v時18個月，跨越5個大洲、50個國家，至少行駛5萬km，成為人類歷史上第1個不消耗一滴汽油、無絲毫尾氣排放而環(huán)球旅行的交通工具。據(jù)報道，在環(huán)保汽車備受追捧的背景下，日本汽車巨頭一方面競相推出油電混合動力車、電動汽車來搶占市場，另一方面相繼開始了搭載太陽能電池汽車的研發(fā)。日產(chǎn)汽車公司的純電動與零排放新車Leaf已在日美歐市場銷售。據(jù)悉，該公司正考慮把太陽能技術用于此款新車，在其車頂后半部安裝太陽能電池板，為車載空調(diào)和其他部分車載設備提供輔助能源，從而提高電動車的續(xù)駛能力。本田公司也在積極進行電動汽車和太陽能技術的研究開發(fā)，并且已經(jīng)試制出搭載太陽能電池的電動汽車樣車。與日產(chǎn)公司一樣，其樣車的太陽能目前也是用于為車載空調(diào)及其他車載設備提供輔助電源。用更新和更高的環(huán)境技術減少溫室氣體排放，降低燃油費用，已成為日本車商競爭的關鍵所在。太陽能在汽車上的應用前景：一是太陽能主要在傳統(tǒng)汽車上作輔助電池用，而不是作為汽車的驅動力，因為它不能帶動空調(diào)里面的壓縮機，空調(diào)里的壓縮機上千瓦，太陽能只可以帶動空調(diào)里的電扇，作為輔助動力使用；二是太陽能可以作充電站，比如在房子上搭很多的太陽能板，把太陽能收集起來給電動汽車充電；三是利用太陽能制氫，由太陽能先發(fā)電，用電解水的電制出氫氣后，儲存在一個大罐子里，給汽車里的燃料電池加氫，氫和氧氣再化合生成水同時放出電，供汽車使用。目前，太陽能車代替燃油車還不能廣泛推廣使用，主要是因為太陽能電池能量密度小，轉化效率低，價格昂貴，技術還不成熟。但是太陽能電動車是最清潔的綠色環(huán)保汽車，可以對電動車的核心技術進行創(chuàng)新改造，利用發(fā)電型智能控制系統(tǒng)，延長電池使用壽命，增加續(xù)駛里程。所以它的推廣具有廣闊的前景[3]。

太陽能汽車是一種靠太陽能來驅動的汽車。相比傳統(tǒng)熱機驅動的汽車，太陽能汽車能實現(xiàn)真正的零排放。正因為其環(huán)保的特點，太陽能汽車被諸多國家所提倡，太陽能汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也日益蓬勃。相信在不久的將來，太陽能定會在汽車上逐漸應用普及，這也是汽車企業(yè)一項任重而道遠的責任。

本文作者：崔立宏 工作單位：東風本田汽車有限公司

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第五篇：淺談高強鋼沖壓件的回彈及預防措施

淺談高強鋼汽車沖壓件的回彈及預防措施

摘要:隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展以及汽車保有量的不斷增長，汽車減重、節(jié)能、小型化、安全、環(huán)保等受到人們的普遍關注，高強鋼汽車沖壓件將是今后汽車沖壓件發(fā)展的主流，大量使用高強鋼是解決汽車減重、節(jié)能、安全、環(huán)保的重要途徑。

吉利金剛大部分關鍵沖壓骨架件也采用了高強鋼板材，大大提高了金剛車的安全性能。但高強鋼的特性決定了其自身在沖壓成型時存在的不足，回彈就是其中最為棘手的問題，例如左右側圍下框加強板、左右縱梁中段、過橋下前后加強板等。為此，本文介紹了高強鋼沖壓件在沖壓成型過程中存在的回彈問題，并介紹了一些預防措施。以便為以后更為廣泛的使用高強鋼沖壓件做出一點貢獻。

關鍵詞：

高強鋼

回彈

汽車沖壓件

預防

1、前言

21世紀以來，中國汽車工業(yè)的發(fā)展非常迅速。從吉利汽車的發(fā)展就可以從中窺見一斑。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，從1992年到2000年，中國汽車年產(chǎn)量從100萬輛增加到200萬輛，而從200萬輛/年增加到300萬輛/年只用了不到兩年的時間。2002年之后，汽車產(chǎn)量平均每年約增加100萬輛。

隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展以及汽車保有量的不斷增長，道路、停車場、交通安全和燃油緊張等問題也日趨突出。因此，汽車的減重、節(jié)能、小型化、安全、環(huán)保等備受人們普遍關注，而高強鋼汽車沖壓件的大量采用對解決上述問題都有幫助。近10年來，汽車用高強鋼的發(fā)展速度很快。為了適應汽車沖壓件高強化的發(fā)展趨勢，世界各國紛紛開展了高強鋼的研發(fā)并取得了令人矚目的進展。

吉利金剛車也在一些關鍵、安全件上用高強鋼代替了普通鋼，如側圍下框加強板、左右縱梁中段、過橋下前后加強板、中立柱中部加強板等。這既符合汽車的安全性能需要，也符合汽車的減重、節(jié)能的需要，是汽車沖壓骨架件發(fā)展的趨勢。但由于高強鋼自身的特性決定了其自身在沖壓成 型時存在的不足，回彈就是其中最為棘手的問題之一。以下筆者就高強鋼沖壓件的回彈及預防措施談一下自己的見解，以期對高強鋼回彈的改進有所幫助。

2、高強鋼的特性

高強鋼具有很高的抗拉強度、耐沖擊性，其抗拉強度是普通鋼的3倍甚至更多，因此對汽車的碰撞安全性能非常重要。高強鋼的這種特性對汽車的安全、減重和節(jié)能是非常重要的，其效果也是非常明顯的。研究結果表明，使用高強鋼，汽車沖壓件抗拉強度從220MPa提高到700MPa，材料厚度從1.8mm減小到1.4mm，而材料可吸收沖擊能指數(shù)則基本保持不變。汽車減重也與材料強度密切相關。研究表明，材料抗拉強度從300MPa左右提高到900MPa左右，汽車減重率則從25％左右提升到40％左右。由此可以看出使用高強鋼已是汽車行業(yè)以后發(fā)展的趨勢。但鋼的強度和塑性一般是矛盾的，鋼強度的提高必然導致塑性下降。而鋼材塑性的下降就為沖壓件的成型帶來了很多問題和難題，回彈就是其中沖壓件成型過程中很難避免的缺陷之一。如何預防、減少高強鋼的回彈就成了擺在高強鋼沖壓件面前最大的問題。

3、高強鋼沖壓件成型過程中的回彈問題

回彈是板材沖壓成形過程的主要缺陷之一。嚴重影響著沖壓件的成型質量和尺寸精度，是實際工藝中很難有效克服的成形缺陷之一，它不僅降低了產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率。還制約了自動化裝配生產(chǎn)線的實施，是我國汽車制造工業(yè)中亟待解決的關鍵性問題。

從理論上說，板材沖壓成形過程可以被看作是板材經(jīng)過塑性變形變?yōu)橄胍@得的形狀的過程。然而實際上，板料尺寸、材料特性和環(huán)境條件使沖壓成形過程的預測性和可重復性變得困難。以韌性金屬板材為主的沖壓成形件從模具上取出后，必然產(chǎn)生一定量的回彈?；貜検前宀臎_壓成形的3種主要缺陷(起皺、開裂和回彈)中最難控制的一種，因為它涉及到對回彈量的準確預示。不同的材料和尺寸的零件其回彈規(guī)律大不相同，單憑經(jīng)驗和工藝過程類比是很難進行準確的回彈補償?shù)摹Ｒ虼耍瑳_壓成形中的最 終產(chǎn)品形狀不但依賴于凹模形狀。而且依賴于成形后存儲在板料中的彈性應變能。

由于高強鋼的塑性較差，變形時易開裂，變形抗力大，這類材料的回彈量往往很大，同時高強度鋼板的屈服應力明顯高于普通金屬板材，成形后的回彈也大，零件尺寸精度不良。因而，在對沖壓成型時，要充分考慮到高強鋼變形能力小、變形抗力大及回彈較大的特點，以準確壓制出符合形狀尺寸的沖壓件。另外，高強鋼對模具的磨損也較大，有時甚至會卡死模具，因此，需對模具表面進行硬化處理。

4、高強鋼沖壓件的回彈預防措施

回彈是板材成型的固有缺陷是很難完全消除的，只可以預防和減小。由于高強鋼的特性決定了其回彈更為嚴重且更難解決。以下就如何減小和預防回彈做一小結。

克服回彈缺陷的方法有很多。一是要在工藝條件允許的前提下，設法將回彈控制在盡可能小的范圍內(nèi)；二是如果實在回彈量很大且難以控制(高強鋼板成形回彈問題)。就必須借助于計算機仿真和試驗相結合的辦法，通過回彈補償技術重新構造加工型面，以確保加工精度。

所有由彎曲產(chǎn)生變形的金屬板材成形過程的表征是，由彈塑性材料特性引起的板材厚度方向不均勻的位移分布而導致回彈現(xiàn)象的產(chǎn)生。板材體積內(nèi)存在著殘余應力。這些殘余應力與沖壓件的接觸力相平衡。當沖壓件被釋放，就是把成形件從模具上卸下時，板材將尋找新的平衡位置，局部殘余應力被釋放，導致成形件的最終尺寸與預期值存在一定的偏差，即回彈現(xiàn)象的產(chǎn)生。也就是說，回彈主要是由于彎曲部位外側(拉伸)和內(nèi)側(收縮)的應力差而引起的。因此。為了減少彎曲變形的回彈?？梢钥紤]給彎曲部位施加外力以消除應力差。

為了減小彎曲變形產(chǎn)生的回彈，應該在工藝條件允許的前提下，盡可能選擇屈服應力小的材料。高強度鋼板的屈服應力明顯高于普通金屬板材，這類材料的回彈量往往很大。成形板材的厚度對彎曲回彈影響也很大，通常，板越厚，回彈量越小。此外，工具角部的彎曲半徑對回彈影響也不可忽視，彎曲半徑越小，成形卸載后的回彈量越小。因此，在板材可成形性允許條件下，應盡可能減小模角半徑。以下就總結一些減小和預防回彈的措施和方法。

4．1局部壓縮減小回彈方法

利用壓縮工藝在彎曲部位壓縮板料外側(將板料在該部位壓縮到大約使厚度減小5％-30％)，且不讓彎曲內(nèi)側變化。這種“局部壓縮”的工藝策略是利用了彎曲部位壓縮板料外側減薄導致板料局部強度降低的有利因素。

4.2一道工序分2段彎曲方法

將一次拉延彎曲成形分成2段彎曲成形．以此消除回彈。第一段彎曲采用大間隙(板厚1．15-1．3倍)加工。由于間隙大，板料傾斜，模具的彎曲半徑也大，使板料大致彎曲。第二階段的彎曲是將第一段彎曲的大彎曲半徑尺整形到小彎曲半徑廠。第一階段變形的間隙要從最初的小間隙開始調(diào)整，根據(jù)控制回彈的效果而逐步放大。

4.3 內(nèi)側圓角尺硬化方法

從彎曲部位的內(nèi)側進行壓縮，以消除回彈。在板材U形彎曲時，由于有兩側對稱彎曲，采用這種方法效果比較好。L形彎曲時一般面部分的材料壓料力變?nèi)?，有時會產(chǎn)生尺寸變差。從形狀判斷，彎曲部位壓力弱。對于既要保證強度又要具有彈性的成形件產(chǎn)品不適用。

4.4消除殘余應力方法

拉延成形時在工具的表面增加局部的凸包形狀（圓形凸包)。在后道工序時再消除增加的形狀，使材料內(nèi)的殘留應力平衡發(fā)生變化，以消除回彈。

4.5加強筋凍結形狀方法

不改變原產(chǎn)品功能的前提下，改變產(chǎn)品形狀，增加加強筋，可以控制和改善回彈。

4.6 負回彈方法

在加工模具表面，設法使板料產(chǎn)生負向回彈。上模返回后，制件回彈，通過負回彈和回彈而達到要求的產(chǎn)品形狀。

4.7淬火，回火抑制回彈方法

對板料的彎曲部位進行局部的淬火和回火處理，降低屈服點，進而達到消除回彈之目的

4.8焊接工序配合消除回彈技術

利用焊接工序消除回彈影響，首先要求焊接工序指定出點焊順序，目的是保證有回彈或者回彈量大的部位先焊。此外，在焊接工序中要追加強制夾緊及克服回彈的強制加強板。

五、小結

本文通過對高強鋼沖壓件的回彈及預防措施的小結，以期對沖壓分廠的高強鋼沖壓件反彈問題的解決有一定的幫助。上述回彈控制的成形加工方法基本上能夠處理相對簡單覆蓋件回彈問題。

高強鋼沖壓件的回彈問題是一個非常復雜并且很難解決的問題，本文也只是對高強鋼沖壓件的回彈問題的一般性探討。希望本文能起到拋磚引玉的作用，為分廠高強鋼沖壓件回彈問題的解決做出一點貢獻。

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