高強鋼
關注創建者：hankliang 創建時間：2017-01-06
高強鋼的實例教程
揭秘：奧迪A8為何放棄全鋁車身而選用高強鋼？
新一代奧迪A8遵循汽車制造領域的最新趨勢，增加先進高強鋼的使用。
奧迪A8豪華車型正式放棄全鋁車身，回歸選用鋼鐵材料。計劃于2018年發布的新款A8車型，順應當下采用先進高強鋼的行業趨勢，40%的車身結構件將使用鋼鐵。這是自奧迪1994年研制A8使用全鋁制白車身后的重大轉變。
點擊圖片以查看詳細的白車身材料組合
輕量化的新款A8——這一奧迪里程碑式車型上將采用獨特的材料組合
來源：www.audi.co.uk
熱成形用鋼引領汽車安全
自上世紀90年代以來，鋼鐵材料發展迅猛。新款A8約17%車身結構件將由熱成形用鋼（PHS）制成，安賽樂米塔爾負責提供部分材料。熱成形后，鋼鐵屈服強度高達1500兆帕，且“強度重量比”甚至明顯優于“最先進”（且昂貴）的鋁。
“未來沒有全鋁制的汽車車身，熱成形用鋼（PHS）將在這一趨勢中扮演其獨特角色。熱成形用鋼在車身乘員艙材料使用中起核心作用，在車輛發生碰撞時保護駕駛員和乘客的安全。如果比較‘剛度重量比’，熱成形用鋼目前領先于鋁。” 奧迪輕量化設計中心首席設計師Bernd Mlekusch博士說。
A8車身結構件組成變化
（來源：法蘭克福匯報，“奧迪：未來汽車將使用更多鋼材”2017年4月11日發布）
采用先進高強鋼成為發展趨勢
重歸鋼鐵已然成為趨勢，奧迪只是其中一例。鋼鐵市場發展研究所（SMDI）數據顯示，該趨勢發展勢頭甚至超過許多鋼鐵廠商的預期。2006年至2015年期間，先進高強鋼在車身上的使用量，從平均每輛車36.7公斤（81磅）增加到2015年的124公斤（275磅）。短短十年增加三倍。
展開 圖2 連桿輕量化事例
2）齒輪高性能化
裝有許多齒輪的變速箱和差速器是將發動機產生的動力傳遞到車輪的重要組件裝置。為了提高發動機的效率，不斷對齒輪提出高強度小型化的要求。
為此通過優化成分和工藝，開發出高硬度、冷鍛性好、抑制滲碳時晶粒粗大的疲勞強度高的齒輪用鋼。采用開發的齒輪鋼，可將原來的4個齒輪變為2個齒輪。由于組件裝置結構簡化，實現了裝置的小型化和提高了差速器的允許轉矩。
汽車輕量化對特殊鋼的期待
鋼鐵材料的高強度化，容易導致缺口敏感性增大，容易引起疲勞和氫脆延遲斷裂。人們已經很熟知金屬疲勞和延遲斷裂現象，但時至今日，仍然未能解決這兩種斷裂問題。這兩種斷裂現象特點是斷裂強度波動性很大，所以要保證高強鋼部件具有很大的安全系數。因此期待今后分析得出這兩種斷裂現象的機理并找出適宜的應對措施。
來源：冶金信息網
展開 高精度汽車側面碰撞有限元模型直面行業痛點——傳統碰撞試驗成本高昂、數據獲取困難且結果隨機性強，尤其針對致死率居首的側面碰撞場景。本模型通過1:1幾何重建車門防撞梁/B柱/門檻梁等關鍵吸能結構，集成MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY（高強鋼）、MAT_MODIFIED_JOHNSON_COOK（鋁合金）等200+材料動態失效參數，采用自適應網格技術，精準模擬ECE R95/CNCAP側碰及柱狀物侵入等工況。側面碰撞也是汽車碰撞的一種常見形式，在汽車側面碰撞中，沒有像在正面碰撞中發動機艙和前縱梁那樣的吸能機構，碰撞能量主要靠車門和車立柱的變形來吸收。如下圖所示為汽車側面碰撞有限元模型。
本次側面碰撞選用簡化的移動車輛與試驗車進行碰撞模擬仿真試驗，以下是該模型的有限元模型，需要幾何模型的可以下載，不能計算設置上還存在一些問題。
展開 <p>卵形戰斗部頭部CRH=2，殼體材料為30CrMnSiNi2A 高強鋼，內部填充炸藥，設置延遲起爆時間為540us，侵爆載體參數詳見K文件。<span style="background-color: rgba(18, 18, 18, 0);">采用hypermesh與ANSYS/LSDYNA聯合仿真分析。</span></p><div contenteditable="false" width="100%">
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展開 ABAQUS中有四種初始斷裂準則:
在高應變速率下變形時，有shear failure和tensile failure（旋壓用不到，不再介紹）
對于斷裂延性金屬：可以選用A:韌性準則（ductile criteria）和B:剪切準則（shear criteria）
對于縮頸不穩定性可以使用（鈑金）：C: FLD、FLSD、M-K以及MSFLD
對于鋁合金、鎂合金以及高強鋼在變形過程中會出現不同機制的斷裂，可能會將以上準則聯合起來進行使用。
損傷的感念如下圖所示：
1. 韌性斷裂準則
1.1 ABAQUS中提供的韌性斷裂準則需要輸入的參數為：
斷裂應變；應力三軸度；應變速率
要測量不同應力三軸度下的斷裂應變需要進行大量的實驗，這是不可取的。
Hooputra et al,2004通過實驗和理論推導得到了在定應變速率下，斷裂應變和應力三軸度的關系：
SIMUWE論壇中的建議：
這個應該通過單軸拉伸實驗、壓縮實驗和純剪切實驗。各測得各自的應變量。 應力三軸度拉伸是0.33，壓縮是-0.33，純剪切時0。實驗好做。
方程求解后，就可以得到（不同溫度、不同應變速率下）不同三軸應力對應的斷裂初始時的等效塑性應變。
例子中提供的斷裂應變和應力三軸度的關系如下圖所示，材料為7018鋁合金，T6態：
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高強鋼的最新內容
使用LS-DYNA模擬汽車10個月前
本模型通過1:1幾何重建車門防撞梁/B柱/門檻梁等關鍵吸能結構，集成MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY（高強鋼）、MAT_MODIFIED_JOHNSON_COOK（鋁合金）等200+材料動態失效參數，采用自適應網格技術，精準模擬ECE R95/CNCAP側碰及柱狀物侵入等工況。
<p>卵形戰斗部頭部CRH=2，殼體材料為30CrMnSiNi2A 高強鋼，內部填充炸藥，設置延遲起爆時間為540us，侵爆載體參數詳見K文件。<span style="background-color: rgba(18, 18, 18, 0);">采用hypermesh與ANSYS/LSDYNA聯合仿真分析。
汽車輕量化的方法主要為材料優化和結構優化兩種，材料優化是使用高性能或輕質材料替代普通材料，例如使用高強鋼或鋁合金材料替代普通鋼鐵材料達到車身減重的目的；結構優化是通用對零件的內部結構進行改進和優化達到減少材料用量[4,5,6]。汽車B柱內板屬于鈑金件，很難通過結構優化實現輕量化，采用材料優化是比較合理的方法。
目前，Laser-STEM工藝已經實現無錐度、無熱影響、無工具磨損、突破加工深度極限的孔加工，可對鈦合金、高強鋼等難加工材料進行高速、超深孔加工。該工藝是智能能量場制造的典型案例。
近年來我國也開發了深海犧牲陽極 (深海環境) 、低電位犧牲陽極 (高強鋼等氫脆敏感材料) 和高活化犧牲陽極 (干濕交替環境) 材料, 但這類關鍵部位的犧牲陽極材料還是主要國外進口。
3. 7緩蝕劑
具有表面活性的化學物質在金屬表面上首先進行物理吸附, 然后轉化為化學吸附, 占據金屬表面的活性點, 從而達到抑制腐蝕的作用。
其中，非重要傳力件用普通鋼，與剛度相關的用高強鋼或先進高強鋼，與碰撞相關的用熱成型鋼，在汽車用鋼上逐步向高強度化方向發展，以減少鋼板厚度的方式來減輕車重，這也是當前車企“減重”的最主流方式。
而除了使用質量更輕的超強鋼外，鋁合金、鎂合金、鈦合金、碳纖維復合材料等也開始代替傳統的普通鋼材料，更多地被設計者用于車身各方面上，可以說車用材料迎來新的發展機遇。
當前S690級高強鋼在海洋平臺中的應用越來越多，但仍需解決高強鋼板焊接處易開裂及耐蝕性差等問題。現今在海洋平臺建設中也應用了更高強度級別的鋼板，其高強鋼板主要通過調質工藝生產，鋼板屈服強度可達1100MPa，但由于焊接困難和耐腐蝕開裂問題，超高強鋼在海洋建設中應用較少。
4.可連接的材料包括鋁材（鑄鋁、型材、板材），深沖壓鋼、高強鋼、鎂、銅以及非金屬材料等。
一、自穿刺鉚接設備和工藝
自穿刺鉚接設備主要包括：夾具、沖頭、自穿刺鉚釘、連接材料、底模。
自穿刺鉚接的工藝過程包括：定位、加緊、施壓、穿刺、變形、成型等6個步驟。
目前對于模具尤其高強鋼模具失效機理研究比較多，但是對于模具表面磨損仿真及使用壽命預測在國內外鮮有相關文獻進行報道；同時模具磨損失效的指標如何定義國內外文獻和研究也沒有涉及，大部分以某一特定的經驗值作為磨損失效的指標。國外的汽車主機廠和模具制造企業發展比較久，甚至是百年老店，模具經驗十分豐富，模具設計標準和模具材料標準非常完善，按照標準設計的模具基本可以達到設計要求。
當前S690級高強鋼在海洋平臺中的應用越來越多，但仍需解決高強鋼板焊接處易開裂及耐蝕性差等問題。現今在海洋平臺建設中也應用了更高強度級別的鋼板，其高強鋼板主要通過調質工藝生產，鋼板屈服強度可達1100MPa，但由于焊接困難和耐腐蝕開裂問題，超高強鋼在海洋建設中應用較少。
