一種高強(qiáng)度鋼材零部件性能梯度化分布的熱沖壓方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱沖壓成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熱沖壓成型板料在熱成形和淬火前組織非均勻分布的控制技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)均一板料熱成形件不同區(qū)域力學(xué)性能柔性控制的成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱沖壓成形零件因其高的強(qiáng)度(1400MPa以上)和良好的成形性能在汽車安全結(jié)構(gòu)件中獲得廣泛的應(yīng)用。然而強(qiáng)度過高，延伸率較低，大大降低了成形件的碰撞性能。為了在保證汽車安全性和減輕重量的前提下，提高熱成形件的碰撞性能，因此需要提高成形件特定部位的延伸率?，F(xiàn)有提高熱成形件局部延伸率的方法有很大的局限性。比如中國(guó)專利公開號(hào)為:CN102554048 AXN 202555724 UXN 102212742 B所描述的技術(shù)，均是通過干涉模具與板料之間的熱傳導(dǎo)過程，在成形過程中控制板料的不同區(qū)域冷卻速率不同，從而獲得不同的強(qiáng)度，但這些方法實(shí)現(xiàn)難度較大，需要更改原有的模具設(shè)計(jì)，工藝穩(wěn)定性較差，過渡區(qū)性能不穩(wěn)定，模具壽命較低。
[0003]中國(guó)專利CN102994737 A公開了《一種高強(qiáng)鋼材料成形時(shí)調(diào)節(jié)零件強(qiáng)度分布的方法》，該方法主要是利用加熱裝置將板料的局部進(jìn)行加熱；然后空冷至室溫；最后將局部處理后的高強(qiáng)鋼板料置于模具中進(jìn)行成形，獲得強(qiáng)度梯度化分布的高強(qiáng)鋼零件。該工藝方法沖壓過程中，板料是冷態(tài)；因此該種方法無(wú)法對(duì)解決淬火后熱沖壓板料(抗拉強(qiáng)度HOOMPa以上)的冷沖壓成形。
[0004]中國(guó)專利CN103317033 A公開了《一種可定制超高強(qiáng)鋼熱沖壓件強(qiáng)度的成形方法》，該方法是利用電加熱的加熱特性:加熱不均勻，通過控制板料不同區(qū)域的橫截面不同，在輸入鋼板總的電能一定的條件下可以實(shí)現(xiàn)板料不同位置加熱溫度不同；從而在沖壓完成后得到不同的強(qiáng)度和塑形。然而該種方法需要改變坯料的原有設(shè)計(jì)，需要刻意的改變坯料的形狀，導(dǎo)致成形性能降低。
[0005]中國(guó)專利CN103878237 A公布了《一種高強(qiáng)鋼熱沖壓成形零件加工的方法》，該方法是利用感應(yīng)加熱的方式對(duì)成形淬火后的性能均一高強(qiáng)度零件進(jìn)行局部的退火，從而提高該部位的延伸率的方法。該方法需要特殊設(shè)計(jì)感應(yīng)加熱線圈，且淬火加熱過程中零件會(huì)發(fā)生變形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種不改變?cè)械哪＞咴O(shè)計(jì)，容易控制，適合工業(yè)化生產(chǎn)，且能實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鋼熱成形件不同區(qū)域力學(xué)性能柔性分布的高強(qiáng)度鋼材零部件性能梯度化分布的熱沖壓方法。
[0007]本發(fā)明的一種高強(qiáng)度鋼材零部件性能梯度化分布的熱沖壓方法:
首先，鋼材加熱至完全奧氏體化；
然后，將完全奧氏體化的鋼材在l~30s時(shí)間內(nèi)先進(jìn)行局部軟化區(qū)淬火至Ms點(diǎn)以下，使得該局部軟化區(qū)呈奧氏體和馬氏體組織狀態(tài)，而其余的高強(qiáng)度區(qū)域的組織仍為奧氏體組織；
再次將組織不均勻的鋼材整體進(jìn)行加熱，使得局部軟化區(qū)的微觀組織轉(zhuǎn)變?yōu)榘F素體、碳化物、回火馬氏體和奧氏體的混合組織，而高強(qiáng)度區(qū)域的微觀組織為奧氏體組織；最后將再次加熱得到的板料沖壓成形后，局部軟化區(qū)的微觀組織為鐵素體、碳化物、回火馬氏體和新鮮馬氏體的混合組織，而高強(qiáng)度區(qū)域的組織為均一的新鮮馬氏體組織。
[0008]上述方案進(jìn)一步包括:再次加熱時(shí)的加熱溫度600~1000 °C，加熱時(shí)間為
0.5?1min0
[0009]局部軟化區(qū)淬火采用流動(dòng)介質(zhì)噴射裝置或者帶有冷卻水的平模淬火模具來進(jìn)行。
[0010]所述鋼材優(yōu)選板料，包括22MnB5、22MnB、22SiMn2TiB型含硼退火狀態(tài)的熱沖壓成形板料，以及馬氏體不銹鋼板料和不含硼的熱沖壓成形板料。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果如下:
1、加熱方式采用現(xiàn)有的輥底爐或者箱式爐整體加熱，不需要開發(fā)特殊的加熱裝置，工業(yè)化容易實(shí)現(xiàn)。
[0012]2、方法不改變?cè)械哪＞咴O(shè)計(jì)原則，減少模具設(shè)計(jì)的難度，易于工業(yè)化。
[0013]3、該發(fā)明雖然增加了再次加熱的成本，但是工業(yè)化生產(chǎn)效率高，不影響目前的生產(chǎn)流程。
[0014]4、該方法加工的零部件，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鋼熱成形件不同區(qū)域的力學(xué)性能梯度化，使得汽車在保證安全性的前提下提高特定區(qū)域的延伸率，從而提高熱成形零件的綜合碰撞性能，最終提高了汽車安全結(jié)構(gòu)件的綜合碰撞性能。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例，即流動(dòng)介質(zhì)局部淬火獲得熱沖壓成形淬火前的非均一組織狀態(tài)板料的示意圖；
圖2是本發(fā)明另一種實(shí)施例，即模具局部淬火獲得熱沖壓成形淬火前的非均一組織狀態(tài)板料的示意圖。
[0016]圖中:1、8_加熱爐I (輥底爐或者箱式爐);2、9_鋼板板料；3、10_局部軟化(淬火)區(qū)(低強(qiáng)度區(qū)域);4、11-高強(qiáng)度區(qū)域；5_流動(dòng)介質(zhì)噴射裝置；6、13-非均一板料；7、14_加熱爐II (輥底爐或者箱式爐)；12-帶有冷卻水的平模淬火模具。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明的具體方案是:
A:將加熱至完全奧氏體化的板料在一定時(shí)間內(nèi)(l~30s)先進(jìn)行局部淬火，軟化區(qū)淬火至Ms點(diǎn)以下，使得軟化區(qū)的組織為奧氏體+馬氏體，而高強(qiáng)度區(qū)域的組織仍為奧氏體組織。
[0018]B:將步驟A中得到的組織不均勻的板料再次整體進(jìn)行加熱(加熱溫度600~1000°C，加熱時(shí)間為0~10min)，使得軟化區(qū)的微觀組織轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，碳化物，回火馬氏體和奧氏體，而高強(qiáng)度區(qū)域的微觀組織仍然為奧氏體。
[0019]C:對(duì)于步驟B中得到的板料非均一的預(yù)處理微觀組織，沖壓成形后，低強(qiáng)度區(qū)域的微觀組織為:鐵素體，碳化物，回火馬氏體和新鮮馬氏體，而高強(qiáng)度區(qū)域的組織為均一的新鮮馬氏體組織。從而獲得力學(xué)性能柔性化分布的熱沖壓成形件。
[0020]實(shí)例一
如圖1所示，本發(fā)明選用流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)行局部淬火，其【具體實(shí)施方式】如下:
1、熱軋態(tài)、冷軋態(tài)或者退火態(tài)的熱沖壓用板材先進(jìn)入加熱爐I內(nèi)，加熱至完全奧氏體化(如圖1，第一階段)；
2、加熱完成后，經(jīng)過一個(gè)流動(dòng)介質(zhì)噴射裝置(可以噴水，氮?dú)獾攘鲃?dòng)性的介質(zhì))進(jìn)行局部降溫至Ms點(diǎn)以下(如圖1第二階段，利用常溫水進(jìn)行淬火，在5s內(nèi)淬火至室溫25°C左右)。
[0021]3、非均一的板料進(jìn)入加熱爐II進(jìn)行加熱和保溫(如圖1第三階段，在930°C爐內(nèi)，加熱時(shí)間為55s)。
[0022]4、保溫后的非均一板料轉(zhuǎn)移至壓力機(jī)進(jìn)行熱沖壓成形淬火，得到力學(xué)性能柔性分布的熱沖壓成形件。
[0023]實(shí)例二
如圖2所示，本發(fā)明如果選用非流動(dòng)介質(zhì)(模具)進(jìn)行淬火，其【具體實(shí)施方式】如下:
1、熱軋態(tài)、冷軋態(tài)或者退火態(tài)的熱沖壓用板材先進(jìn)入加熱爐I內(nèi)，加熱至完全奧氏體化(如圖2，第一階段)；
2、加熱完成后，經(jīng)過壓力機(jī)下的帶有冷卻水的平模進(jìn)行局部降溫至Ms點(diǎn)以下(如圖2第二階段，模面溫度為室溫25°C，保壓10s，板料出模溫度降低至150°C左右)。
[0024]3、非均一的板料進(jìn)入加熱爐II進(jìn)行加熱或保溫(如圖2第三階段，在930°C保溫爐內(nèi)，保溫時(shí)間為45s)。
[0025]4、保溫后的非均一板料轉(zhuǎn)移至壓力機(jī)進(jìn)行熱沖壓成形淬火，得到力學(xué)性能柔性分布的熱沖壓成形件。
[0026]本發(fā)明實(shí)施例中涉及的鋼板材料主要為22MnB5，22MnB，22SiMn2TiB型含硼退火狀態(tài)的熱沖壓成形板料，以及一些馬氏體不銹鋼(如SL410)和一些不含硼的熱沖壓成形板料。
[0027]本發(fā)明中均勻完全奧氏體化的板料，在低強(qiáng)度，高延伸率的區(qū)域需要進(jìn)行局部的淬火(降低至Ms點(diǎn)以下)，根據(jù)強(qiáng)度和延伸率的需要設(shè)定合適的淬火溫度。
[0028]本發(fā)明需要將局部淬火的板料再次進(jìn)行整體加熱，需要根據(jù)力學(xué)性能設(shè)定合理的加熱溫度和加熱時(shí)間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高強(qiáng)度鋼材零部件性能梯度化分布的熱沖壓方法，其特征在于: 首先，鋼材加熱至完全奧氏體化； 然后，將完全奧氏體化的鋼材在1~30S先進(jìn)行局部軟化區(qū)淬火至Ms點(diǎn)以下，使得該局部軟化區(qū)呈奧氏體和馬氏體組織狀態(tài)，而其余的高強(qiáng)度區(qū)域的組織仍為奧氏體組織； 再次將組織不均勻的鋼材整體進(jìn)行加熱，使得局部軟化區(qū)的微觀組織轉(zhuǎn)變?yōu)榘F素體、碳化物、回火馬氏體和奧氏體的混合組織，而高強(qiáng)度區(qū)域的微觀組織為奧氏體組織； 最后將再次加熱得到的板料沖壓成形后，局部軟化區(qū)的微觀組織為鐵素體、碳化物、回火馬氏體和新鮮馬氏體的混合組織，而高強(qiáng)度區(qū)域的組織為均一的新鮮馬氏體組織。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度鋼材零部件性能梯度化分布的熱沖壓方法，其特征在于:再次加熱時(shí)的加熱溫度600~1000°C，加熱時(shí)間為0.5~10min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度鋼材零部件性能梯度化分布的熱沖壓方法，其特征在于:局部軟化區(qū)淬火采用流動(dòng)介質(zhì)噴射裝置或者帶有冷卻水的平模淬火模具來進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度鋼材零部件性能梯度化分布的熱沖壓方法，其特征在于:所述鋼材優(yōu)選板料，包括22MnB5、22MnB、22SiMn2TiB型含硼退火狀態(tài)的熱沖壓成形板料，以及馬氏體不銹鋼板料和不含硼的熱沖壓成形板料。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度鋼材零部件性能柔性化分布的熱沖壓成形方法。該方法是將加熱至奧氏體化的均一板料先進(jìn)行局部迅速降溫至某一溫度（1~30s內(nèi)降低至Ms點(diǎn)以下）淬火，之后再將溫度不均勻的板料送入另一個(gè)爐內(nèi)進(jìn)行加熱，溫度600~1000℃，時(shí)間為0.5~10min。加熱后，低強(qiáng)度區(qū)域的組織為一定量鐵素體、回火馬氏體和奧氏體，而在高強(qiáng)度區(qū)域的微觀組織仍然為完全奧氏體組織。不同微觀組織的板料轉(zhuǎn)移至帶有冷卻水的模具中進(jìn)行沖壓。最終得到力學(xué)性能不同的熱沖壓成形件。
【IPC分類】B21D22-02, C21D1-667, C21D8-00
【公開號(hào)】CN104668326
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510096852
【發(fā)明人】高義新, 任曉琪
【申請(qǐng)人】山東大王金泰集團(tuán)有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年3月5日