Page 11 - 机械工程材料2025年第三期
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马鸣图，等：论汽车材料研发和推广应用的EVI模式


              2 EVI模式对高强度钢发展的作用                                 正在开发和完善中。文献［8，11］详细论述了材料性
                                                                能与零件功能之间的关系，强调了材料性能并不等
                  EVI活动一般与汽车轻量化密切相关。依据拇
                                                                于零件的功能。事实上，工业制造所追求的是具有
              指法则，为实现大部分汽车冲压构件的轻量化，必须
                                                                高功能的零件，基于这一点，对于以相变诱发塑性为
              应用高强度钢，而EVI活动促进了高强度钢和先进
                                                                基础的第三代高强度钢的开发工作，应秉持慎重的
              高强度钢的发展。目前已发展的和正在发展的一般
                                                                态度。这是因为钢中的残余奥氏体在未进行加工成
              高强度钢和先进高强度钢断后伸长率和抗拉强度的
                                                                形前对钢的强韧性匹配以及成形性是有利的，但是
              关系，已在文献［8-9］ 中明确论述。一般高强度钢包
                                                                一旦该钢经过冷变形后，残余奥氏体就会转变为马
              括无间隙原子钢（IF钢）、高强度无间隙原子钢（HSIF
                                                                氏体，从而使该钢中的延性相变成脆性相，这对成形
              钢）、低碳钢（Mild钢）、各向同性钢（IS钢）、烘烤硬化
                                                                后零件的强韧性匹配和抗氢脆能力产生不利影响。
              钢（BH钢）、碳锰固溶强化钢（C-Mn钢）、高强度低
                                                                因此，在开发第三代高强度钢时，应结合零件的加工
              合金钢（HSLA钢）等。先进高强度钢包括第一代、
                                                                成形工艺及其应用场所进行慎重分析。当应用第三
              第二代和第三代先进高强度钢。第一代先进高强度
                                                                代高强度钢实现汽车轻量化时，更应考虑零件的刚
              钢的强塑积为20 000 MPa%，包括双相钢（DP钢）、
              复相钢（CP钢）、相变诱发塑性钢（TRIP钢）、马氏体                       度、压溃吸能特性、膨胀失稳抗力与零件厚度之间的
              钢（MART钢）、热冲压成形钢（HPF钢）。第二代先                        关系，即当依靠提升强度对零件进行减薄来实现轻
                                                                量化时，必须考虑零件减薄带来的功能变化，如刚度
              进高强度钢的强塑积为60 000 MPa%，包括超高强
              先进高强度钢（U-AHSS钢），又称孪晶诱发塑性钢。                        的降低、膨胀失稳抗力的减弱等。因此，轻量化是有
              第三代先进高强度钢的强塑积为40 000 MPa%，又                       限度的。在进行Benchmark工作对材料进行反求， 在
              称新一代或特殊先进高强度钢（X-AHSS钢），主要                         开展零件失效分析并提出相应预防措施，在利用加
              包括中锰钢、淬火配分处理钢（Q&P钢）、淬火配分                          工工艺强化手段充分发挥材料潜力，在进行材料数
              回火处理钢（Q&P.T.钢）、超级贝氏体钢（Super B钢）                   据库的建设及应用，以及在材料生产单位开展EVI
              和δ-TRIP钢等。其中： 中锰钢通过奥氏体逆转变获                        服务时，均必须考虑材料性能与零件功能的关系                     ［11］ 。
              得体心立方（BCC） ＋面心立方 （FCC）组织，从而获                           基于EVI模式对热冲压成形工艺流程的分析，
              得优异强韧性；淬火配分处理钢通过淬火配分处理                            开发了有热镀锌层的热冲压成形板，即GA板；这类
              获得马氏体＋残余奥氏体组织，利用TRIP效应保证                          镀层板在加热时具有良好的氧化抗力，在热冲压时
              钢的强韧性匹配；淬火配分回火处理钢在淬火回火                            具有良好的减摩效果，同时赋予零件良好的耐腐蚀
              过程中实现配分处理，得到回火马氏体＋残余奥氏                            性能。目前，GA板已成功用于直接热成形和预热成
              体组织，通过TRIP效应改善钢的强韧性匹配；超级                          形零件，与传统的Al-Si镀层板相比，其价格更加低
              贝氏体钢通过贝氏体转变并控制碳扩散，使碳在贝                            廉，但是GA板在应用时应严格控制加热温度，点焊
              氏体板条间富集，得到呈条状分布在贝氏体板条之                            时应格外注意液态金属脆性问题。为提升超高强热
              间的残余奥氏体组织，通过TRIP效应提高其强韧性；                         成形钢的强韧性和氢致延迟断裂抗力，应用EVI模
              δ-TRIP钢  ［10］ 则是在一般低合金钢中加入质量分数                    式开发了Nb-V复合微合金化热成形钢； 针对零件在
              3%~4%的铝，并经临界区处理和淬火处理得到由                           加热时易出现的表面氧化问题以及在使用过程中的
              δ铁素体、珠光体、残余奥氏体以及回火马氏体组成                           腐蚀问题，应用EVI模式开发了抗氧化和耐环境腐
              的组织，其强塑积约为30 000 MPa%。然而，由于                       蚀的热成形钢；为满足空心轻量化弹性稳定杆和扭
              δ-TRIP钢在冶金工艺性能和热处理工艺性能方面                          力杆的制造需求，通过Nb-V复合沉淀强化以及对奥
              仍存在一些尚需改进的问题，该钢的工业生产应用                            氏体晶粒进行细化，开发了高强度轻量化、强韧性匹
              还较少。先进高强度钢在汽车轻量化领域的应用是                            配好且氢脆抗力高的弹簧钢，这种弹簧钢的开发不
              一种经济、有效的解决方案，在全生命周期评估方面                           仅提高了弹簧的设计应力水平，实现了弹簧的轻量
              展现出显著的优势，相较于其他材料，该材料具有更                           化，而且还延长了弹簧的使用寿命。
              低的二氧化碳排放量。
                                                                3 EVI模式对用户需求的集成解决方案
                  目前，应用最广泛的是第一代先进高强度钢中
              的双相钢以及热冲压成形钢，第三代先进高强度钢                                 为实现EVI模式为用户服务的目标，一些现代
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