輕型車輛的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（3GAHSS）的綜合計(jì)算材料工程開發(fā)（ICME 3GAHSS）

用于輕型車輛的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的項(xiàng)目集成計(jì)算材料工程開發(fā)（以下簡(jiǎn)稱ICME 3GAHSS項(xiàng)目）實(shí)現(xiàn)了以下目標(biāo)：

1）開發(fā)了3GAHSSICME模型，其中包括原子性、晶體可塑性、狀態(tài)變量和形成模型。

2）開發(fā)和生產(chǎn)兩種3GAHSS合金，使用兩種不同的化學(xué)成分的制造過程，用于校準(zhǔn)和驗(yàn)證3GAHSS ICME模型。

3）通過用3GAHSS替代AHSS，優(yōu)化汽車部件的設(shè)計(jì)，產(chǎn)生滿足或超過所有基準(zhǔn)性能要求的設(shè)計(jì)，質(zhì)量節(jié)省30%。還開發(fā)了技術(shù)成本模型來估算用3GAHSS代替AHSS時(shí)每磅重量的成本。

該項(xiàng)目表明，3GAHSS可在汽車結(jié)構(gòu)中節(jié)省高達(dá)30%的重量，每磅重量可節(jié)省0.32至1.26美元的成本。這對(duì)于開發(fā)用于汽車應(yīng)用的3GAHSS合金是一個(gè)引人注目的案例。

然而，制造3GAHSS的制造工藝并不重要。ICME 3GAHSS模型的開發(fā)經(jīng)過了兩種截然不同的3GAHSS合金的驗(yàn)證，預(yù)計(jì)將有助于該行業(yè)虛擬開發(fā)新的3GAHSS，從而縮短鋼合金開發(fā)的時(shí)間。3GAHSSICME模型使用戶能夠在強(qiáng)度和延展性方面設(shè)計(jì)3GAHSS達(dá)到所需的機(jī)械性能。

項(xiàng)目活動(dòng)總結(jié)分為以下活動(dòng)：

1. 材料模型開發(fā)、校準(zhǔn)和驗(yàn)證：3GAHSSICME模型由晶體塑性模型和狀態(tài)變量模型組成，最好通過查看每個(gè)模型的輸入和輸出來理解。對(duì)于晶體塑性模型，輸入包括材料屬性信息，如原子模擬、顯微組織相體積分?jǐn)?shù)、臨界分解剪應(yīng)力（CRSS）等。

作為狀態(tài)變量模型的輸入的晶體塑性模型的輸出是諸如晶粒尺寸、相體積分?jǐn)?shù)、單個(gè)相流特性、紋理等特征信息的材料微結(jié)構(gòu)。然后狀態(tài)變量模型處理信息并產(chǎn)生材料卡，其描述復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的流動(dòng)性質(zhì)（即應(yīng)力/應(yīng)變曲線）。

2.3 GAHSS實(shí)驗(yàn)加熱器：本項(xiàng)目開始時(shí)不存在市售的3GAHSS。為了證明材料模型能夠模擬3GAHSS，該項(xiàng)目需要試制鋼，從中可以評(píng)估材料的本構(gòu)特性并用于材料模型的校準(zhǔn)和驗(yàn)證。美國(guó)能源部（DOE）提供了兩項(xiàng)3GAHSS目標(biāo)（見文中Table 3和Figure 5），一種高強(qiáng)度、特殊延展性鋼和一種特殊延展性高強(qiáng)度鋼。

3. 形成模型開發(fā)和驗(yàn)證：材料模型（晶體塑性加狀態(tài)變量）的開發(fā)和組裝包含從原子性到復(fù)合微觀結(jié)構(gòu)延伸的材料長(zhǎng)度，或者ICME模型可將原材料和原材料加工成片材。下一個(gè)模型元素?cái)U(kuò)展了ICME模型，將片材制成為部件。

理想情況下，該項(xiàng)目將使用實(shí)際的汽車部件，但3GAHSS帶寬限制了可能形成的部件的尺寸。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種稱為T的偽汽車部件，其特征代表了車輛側(cè)部結(jié)構(gòu)B柱的上部。一旦設(shè)計(jì)完成，該項(xiàng)目就構(gòu)建了一個(gè)T部件模具，并使用該模具從基準(zhǔn)QP980和兩個(gè)3GAHSS材料制造T部件。顯示了基準(zhǔn)QP980鋼的高強(qiáng)度、卓越延展性和特殊強(qiáng)度和高延展性的三個(gè)T組分。全尺寸T-Components由QP980鋼和高強(qiáng)度、特殊延展性鋼制成，但由于熱處理工藝的限制，特殊強(qiáng)度、高延展性鋼（CMATQ＆P 2.2）的坯料尺寸太小，無法形成全尺寸的T部件。

4. 設(shè)計(jì)優(yōu)化：美國(guó)能源部資助機(jī)會(huì)公告（FOA）要求在2006年或最新生產(chǎn)車輛中，選擇基線裝配中的4個(gè)或更多的AHSS部件來代替3GAHSS。項(xiàng)目組從2008年款轎車中選擇了一款側(cè)面結(jié)構(gòu)部件，該款轎車被認(rèn)為是展示3GAHSS在滿足性能要求的同時(shí)，可以減少質(zhì)量的理想部件。側(cè)面結(jié)構(gòu)是高度安全的關(guān)鍵安裝部件，已經(jīng)看到AHSS越來越多地被選中以滿足越來越多的車輛碰撞要求。

選定的側(cè)面結(jié)構(gòu)包含46個(gè)部件，所有這些部件都選擇用3GAHSS替代，這大大超過了DOEFOA 4個(gè)部件的最低要求。該項(xiàng)目推斷，3GAHSS的強(qiáng)度和延展性的提高將導(dǎo)致規(guī)格厚度的減小和AHSS中不可行的更復(fù)雜的形狀，這對(duì)于滿足35%的具有挑戰(zhàn)性的質(zhì)量減少要求將是必需的。該項(xiàng)目制作了一份材料清單，詳細(xì)說明了46個(gè)部件中的每一個(gè)的材料和厚度。

5.技術(shù)成本建模：除了達(dá)到35%的質(zhì)量減少和性能要求之外，美國(guó)能源部還要求3GAHSS汽車車身總成的每磅重量節(jié)約成本不應(yīng)超過3.18美元。該項(xiàng)目開發(fā)了一個(gè)流程驅(qū)動(dòng)的技術(shù)成本模型，以比較基線側(cè)面結(jié)構(gòu)部件與最終3GAHSS側(cè)面結(jié)構(gòu)的成本。必須注意的是，該模型中使用的成本估算并非針對(duì)任何OEM或鋼鐵公司，而是基于行業(yè)估計(jì)。具體的原始設(shè)備制造商將有不同的估計(jì)，包括（但不限于）制造靈活性、安全保障措施、區(qū)域影響和車輛變型制造戰(zhàn)略等。此外，有必要概述模型的局限性。