铁素体-马氏体双相钢板(DP钢板)由具备良好延展性的铁素体相和高强度的马氏体相构成,兼具优良的可塑性和高强度。因此,作为汽车结构部件被广泛使用,以满足汽车轻量化的需求。
DP钢板的力学性能由各相的体积分数、分布形态以及加工硬化特性等多种微观特征决定。因此,要明确DP钢板的力学性能,系统地理解这些微观特征的影响至关重要。然而,目前相关研究尚不充分。
根据晶粒尺度的微观变形预测宏观变形的晶体塑性有限元法(CPFEM)是研究上述问题的有效方法。然而,与单相材料相比,多相材料在代表体积单元(RVE)的构建和各相材料参数的确定方面存在困难。前者是因为需要合理反映各相微观特征来构建RVE,后者则是因为必须分别评估性质完全不同的两相的力学性能。
尽管此前已开展了大量研究来解决这些技术难题,但建立能够预测多种加载路径下变形行为的模型的方法尚未完全确立。
本研究旨在建立一种模型,该模型既能简便地评估各相的加工硬化特性,又能准确预测材料在反向加载时的加工硬化行为。结果表明,在RVE构建和各相参数确定过程中产生的误差,必须通过某种方法进行校正。因此,研究了一种新的模型构建步骤,首先确定RVE和铁素体相的参数,然后利用马氏体相的参数来校正各种误差,具体步骤如下:
1)RVE构建:将电子背散射衍射法(EBSD法)得到的各微观特性作为输入值,用DREAM.3D软件制作RVE,再按照Liu等人文献中的方法获得具备近似精度的RVE。
2)铁素体相的应力-应变曲线评价:对DP钢板中的铁素体相进行显微硬度试验,基于获得的载荷-压入深度曲线,用压头法对铁素体相的应力-应变曲线进行评价。
3)铁素体相材料参数的确定:用模拟单相铁素体的有限元模型,进行单轴拉伸变形的CPFEM解析,从而确定铁素体相的材料参数。
4)马氏体相材料参数的确定:利用构建的RVE和已确定的铁素体相参数,对DP钢板进行反向加载相关的CPFEM分析,调整马氏体相的材料参数,使其应力-应变曲线与试验结果一致。
利用上述步骤确定的RVE和参数,对未用于参数确定的其他反向加载路径进行分析,模型分析结果与试验结果吻合良好。此外,利用该模型评估了先沿轧制方向拉伸,再沿垂直于轧制方向拉伸时的加工硬化行为。
结果表明,该模型能很好地预测因施加轧制方向预变形而导致应力水平降低的现象。基于分析结果对其机理进行了探讨,推测沿轧制方向拉伸后产生的残余应力是导致垂直于轧制方向拉伸时应力水平降低的原因。