热压成形技术对汽车高强度钢性能影响

热压成形技术对汽车高强度钢性能影响常英，孟召唤，梁颖，李晓东，马宁，胡平（汽车工程学院国家重点实验室，工业装备结构分析，大连理工大学，辽宁，大连，116024）摘要：基于材料科学和机械工程的结合，对汽车高强度钢热冲压成型过程进行了分析。热成型工艺包括：快速加热合金，奥氏体微观结构，冲压和及时冷却，保持压力和淬火。结果表明，对样品进行淬火的热压成形，加热至900℃时，大部分奥氏体微观结构改变成均匀的马氏体。最佳的拉伸强度和屈服强度分别为1530MPa和1000MPa的，均达到23％左右的形状变形。样品没有发生过回弹缺陷。关键词：高强度钢；重量轻；热成型；马氏体0引言作为一种有效的经济的能源措施，轻巧的汽车发展方向，已成为汽车行业最重要的研究课题之一。实现汽车轻量化的主要途径有三个：优化汽车框架和结构，使车辆的车身或者车架的，新的和替代材料，降低整车质量（高和超高强度钢，可作为替代材料，因为它的厚度更薄，），汽车轻量化，如厚度梯度高强度钢（HSS）或金属系化合物板通过连续冲压或热压成形[1]为了采用先进的制造技术。HSS已经应用在国内一些高档车，关键生产技术一直占主导地位的外国公司，如Acelor公司，从而显着提高了产品成本。由国内自行设计的热压成型技术和水冷却模具，汽车HSS可以生产替代国外汽车零部件。在一般情况下，随着钢质坯件的机械强度的增强，其可塑性急剧恶化。这是很难适用于传统的冷冲压技术进入该领域取代HSS。同时，填补了马氏体钢应用空白，热冲压技术作为一项新技术，它结合了金属热塑性成型法和水冷却模具淬火原则。在本文中，形成硼钢空白和水冷却用模具骤冷的过程期间同时烫印。相对于原汽车珠光体钢[2]，汽车HSS通过以下方式获得先进的热压成形技术可以减少车辆的总质量的30％左右，实现复杂的几何形状，高安全性和机械强度。其原因是最佳的塑性和延展性的奥氏体显微组织可以通过高温下[3-5热压成形方式获得，同时形成后和骤冷的[6-8]条件将得到具有优异机械性能、重量轻的HSS将。为实现车辆的重量轻，热成型更薄的HSS板的应用将成为一个重要的措施。1实验装置另外，为了在高温下形成高速钢，以避免裂纹和回弹，样品需要快速加热和完全变换成稳定的奥氏体组织。然后，样品被压在自制的水冷却模具中冷却，对于得到的HSS样本，其形状冻结字符或没有回弹缺陷是一个明显的优点，并且大部分样品中的显微组织为马氏体。样品的厚度是1.6毫米，在HSS这个实验中的主要元素，示于表1。表1的实验技术中的材料的主要要素22MnB5CMnCrSiBPSAl最低限度0.2201.2000.1100.0020.002--0.020最高限度0.2501.4000.2000.0050.0050.0200.0050.050实际实验步骤包括：1）设置不同的热处理温度的范围为750至1000℃；2）把热处理过的样品放入炉中，在一定的温度下加热4分钟；3）删除它由机械手并把它变成热成形模具，快速按下；4）同时，在约30℃/s的冷却水在土堆，通过拉伸试验系统进行分析的样品的机械性能和由金属金相图片分析装置分析的显微组织的外观。试验样品的形状和尺寸示于图1。2结果与讨论硼钢（HSS）的机械性能不同厚度（1.0毫米，1.6毫米，2.0毫米，2.5毫米，3.0毫米和4.0毫米，分别）进行了检查（GBT16865-1997征求意见，样本选取沿0℃，45℃和90℃轧制方向分别）。单向拉伸试验（金属拉伸试验的标准GBT228-2002）的基础上被完成。相比与USIBOR1500，HSS具有不同厚度的实验中基本力学性质的值如图2所示。单位：mm图1形状和尺寸试样图2示出了样品（除了用厚度为4.0毫米的一个）的拉伸强度和屈服强度，水冷淬火后，分别达到1500MPa和1000兆帕。淬火前的强度的值的两倍优于那些样本，和几乎相同的那些板的厚度1.75毫米从Acelor公司（USIBOR1500在图1所示）。图2不同厚度的高强度钢淬火后的抗拉强度和屈服强度通常，热压成形的样品被操作化转变温度以上的马氏体组织。本实验中的加热温度的范围是在750〜1000℃，因为它在空气中的样品要交付了3s左右。然后，根据分析的样品室的拉伸强度，热成形后在不同的温度和淬火，最适温度可以发现，如图3。从图3，这是明显的价值达到900MPa，抗拉强度Rm在750℃的最优值在900℃，为1530兆帕，当温度高于900℃，该值将下降。在结构的Fe-Fe3C相图分析的基础上，在750℃时，样品处于铁素体的奥氏体组织共存的过渡区。此时，奥氏体显微组织的样品中出现，并通过水冷却，它可以转化为马氏体组织。因此，机械性能，如拉伸强度和屈服强度，将得到改善。也就是说，样品的拉伸强度是一个小较高她比原有的（Rm是600兆帕斯卡或左右）。奥氏体的含量变大，随着温度的升高，和拉伸强度将逐渐提高。至于22MnB5钢而言，奥氏体化温度为约880℃。工程应力/MPa淬火后的拉伸强度淬火后的屈服强度淬火前的拉伸强度屈服强度淬火前钢板厚度/mm正如图3所示，如果样品迅速被加热到900℃，空气冷却3，奥氏体的微观结构得到完全。然后，样品是热的形成和水冷却的淬火，马氏体组织样品中的馏分是95％以上，所以该曲线示出了峰值。然而，当温度超过900℃，因为过热度太大，微米晶粒长得这么大的拉伸强度将降低。因此，高温奥氏体组织样品被加热迅速获得晶粒细化，以确定高强度钢的力学性能的主要因素。不同于在实验室中，在本文中，成型和水冷却系统的生产线中产生的样品的相互作用机制可以客观地显示字符的质量的产品的制造性能和微观结构。图3拉伸强度与预热温度曲线至于样品而言，A是初始的和未经处理的样品;B是在900℃加热4分钟的样品，C是热处理后的试样和水冷却的淬火。的A，B和C的变形，分别为32％，24％和6％左右。一般而言，A是由主珠光体和少量的铁素体，这是优于马氏体的韧性，因此，其变形是相对较好的。B由与高温的过渡奥氏体微观结构，其韧性也优于马氏体，和变形是大于后者。C是组成超过95％的马氏体和小奥氏体。由于其较高的强度，韧性和可塑性的马氏体是较低的，这就是说，变形C是最低的，在图4中，当把样品加热4分钟，拉伸在900℃，应力-应变曲线和testforce位移分别获得曲线。温度/℃（a）应力-应变曲线（b）试验力-位移曲线图4应力-应变曲线和拉伸试验的试验力位移从图4（a）后，加热至900℃时，样品的微观结构已经被完全变成奥氏体。曲线的弹性变形阶段中的值将趋于屈服点，之后逐渐增大的轴向试验力。这就是说，将开始明显的塑性变形的样品后的屈服点。当它被连续地拉伸，直到曲线的峰值点，缩颈的样品会发生。通过高峰，应力-应变关系将变得更加复杂。从图4（b）中，相应的峰值后，试验力将降低，随着样品直到断裂的减少的横截面积。适当的韧性及塑性变形奥氏体化的样品，在900℃的适当的关系可以看出，将有助于HSS是热形成为复杂的汽车零件。这是一个有效的措施，构成高速钢与室温马氏体字符的，这本文对于HSS热成型设计过程的一个理论基础。汽车热成型零件和原来的冷成型件的实际对比。无论是在回弹缺陷和在成形性有明显的差别，如在图5-1所示。从图5-1，它表明，热成型件具有更高的精度，形状几乎没有失真，无回弹缺陷。但冷成型件出现变形缺陷，压接，大的回弹和扭曲沟明显，可以摧毁收益率的产品严重的产品严重破坏的产量，因此，同传统的冷成型不同，车高强度钢所生产的热成型已成为一种必然的趋势。此外，不仅成形性和微观结构的贡献的基础上，而且在成本上。样品的组合物如表1所示。例如，组分硼作为样本的一个组成部分，可以减少能量的晶界上的梯度，因为它很容易吸附在晶界中，以填补较低能量的缺陷。虽然水冷系统，一个相铁素体的奥氏体化温度下降很容易在晶界上成核。但是，铁素体和贝氏体的成核和生长将变得更慢，因为在晶界上的较低的能量梯度的，并且是有益的，使奥氏体稳定，如果硼或处理参数的内容是位移/mm不适合的，将沉淀成分硼超饱和在晶界上，成为新的沉淀相，这使得能量梯度放大的核，导致硬化样品的能力下降。在生产线中，混合相的析出和生长将有效地被禁止，通过控制温度和加热速率。样品被加热至900℃，保持4分钟。淬火后的样品的外观，在不低于30℃/s的冷却速率的微观结构是在图6所示。图5-1热成型和冷成型汽车零部件图片初始样品的主要微结构，还没有得到热成形和冷却水骤冷，在图6（a）中，组成的铁素体，珠光体和少量的碳化物。其抗拉强度Rm和屈服强度分别只有653兆帕和500兆帕。如图6（b）表示，大部分样品的显微组织的淬火后的马氏体，是带状形状的内容，这是在95％以上，并有无裂纹和其他应力缺陷。原因是整个过程中样品在水中均匀地加热和冷却；基于“C”曲线，甚至得到紧密排板条马氏体微结构也是由于最佳的水的冷却速率，因此，里面的残留相位是非常小的，此外，完整的接近排显微结构表明，残余应力（包括热应力和热相变应力等）已被完全释放，不存在微间隙中的微米晶粒，以便受益更高的安全性和更好的机械性能的试样。HSS的车辆在国内的研究大多局限于在实验室做的，但先进的自动化生产技术是在实验室中难以实现。在本文中，产生的HSS的属性的目标是令人满意的，和实际生产线的技术工艺也符合大规模生产的要求。热成型部件原来的冷成型零件（a）原始HSS热成型，淬火前的组织;（b）取得HSS热成型，淬火后的组织。图6HSS样品的热成型和淬火前后显微结构外观3结论1）在生产线中，作为高速钢迅速加热至900℃，保持4分钟，拉伸强度可以达到1530MPa.If温度的最优值是太低，奥氏体转变将是不完整的，与此相反，如果温度过高，细颗粒将增长过大。他们都将减少的拉伸强度。2）由于在高温下，含22MnB5的钢（HSS）适当的韧性及塑性变形性能使奥氏体化HSS可以有利地热形成为复杂和精确的汽车零部件。3）在淬火过程中的最佳水冷却速率可以使HSS实现了理想的显微组织中的超过95％的马氏体和非常小的量残余奥氏体，并有助于缓解应力程序有效地完成。这也是保证HSS部分具有高强度和无缺陷，如破裂和卷边。参考文献：[1]SchieβlG,PosschnT,HellerT,etal.ManufacturingaRoofFrameFromUltraHighStrengthSteelMaterialsbyHotStamping[C]IDDRGInternationalDeepDrawingResearchGroup2004Conference.Sindelfingen:[s.n.],2004:158.[2]TANGZhiyong,JIANGHaitao,TANGDi,etal.StudyontheContinuousCoolingTransformationofAusteniteof27MnCrB5Steels[J].HotWorkingTechnology,2007,36(20):41.[3]FANJunfeng,CHENMing.AStudyontheRoadofVehicleLightweightinChina[J].Casting2006,55(10):995(inChinese).[4]CHENHe-qing,PENGChengyun,WEILiangqing.HighStrengthSteelsandApplicationofThemtoVehicleManufacturing[J].MouldandDieProject,2007(8):88(inChinese).[5]LINJianping,WANGLiying,TIANHaobin,etal.ResearchandDevelopmentoftheHotPressForm-ingofUltraHighStrengthSteel[J].MetalCastingForgingWeldingTechnology,2008,37(21):140(inChinese).[6]XINGZhongwen,BAOJun,YANGYuying,etal.HotPressFormingE