先进高强钢――热冲压综述.
高强度钢板热冲压材料性能研究及应用
高强度钢板热冲压材料性能研究及应用引言高强度钢板热冲压材料是一种具有优异性能的新型材料，在汽车制造、航空航天和船舶制造等领域都有着广泛的应用。
通过对其性能进行深入研究，可以更好地应用于实际生产中，提高产品的质量和性能，满足市场需求。
本文将就高强度钢板热冲压材料的性能研究及应用进行探讨。
一、高强度钢板热冲压材料的特点1. 高强度高强度钢板热冲压材料具有较高的屈服强度和抗拉强度，能够承受更大的应力和载荷，在实际应用中具有较好的安全性。
2. 良好的可塑性该材料具有良好的可塑性和延展性，能够在加工过程中形成复杂的形状，并且不易产生裂纹和变形。
3. 优异的耐腐蚀性高强度钢板热冲压材料在表面涂层处理后，能够具有较好的耐腐蚀性能，能够适应不同环境条件下的使用。
4. 轻量化相比传统的钢材，高强度钢板热冲压材料具有较低的比重和更高的强度，可以实现产品的轻量化设计，提高其性能和节约材料成本。
二、高强度钢板热冲压材料的性能研究1. 成分分析对于高强度钢板热冲压材料的成分进行分析，可以确定其含碳量、含硅量、含锰量、含磷量和含硫量等因素，进而确定材料的基本性能和适用范围。
2. 金相组织通过金相组织观察分析，可以了解高强度钢板热冲压材料的晶粒结构、相变结构和晶界形态等信息，为后续的性能测试提供参考。
3. 力学性能测试力学性能测试是对高强度钢板热冲压材料性能的直接评价，包括屈服强度、抗拉强度、弹性模量、断裂韧性等指标，为材料的应用提供了重要数据支持。
4. 耐腐蚀性能测试耐腐蚀性能测试是对高强度钢板热冲压材料在不同环境条件下的抗腐蚀能力进行评估，包括盐雾腐蚀实验、酸碱腐蚀实验等。
5. 成形加工性能测试成形加工性能测试是对高强度钢板热冲压材料在加工过程中的变形行为和变形能力进行检验，包括拉伸试验、冲击试验和压缩试验等。
三、高强度钢板热冲压材料在汽车制造中的应用在汽车制造领域，高强度钢板热冲压材料可用于车身结构、底盘部件、车门板、车顶板、引擎盖等部位，具有重量轻、强度高、安全性好等优点。
热冲压成型概述
热冲压成型的冷却系统
热冲压模具冷却系统直接影响着板料奥氏体到马氏体微观组织转变的好坏以及相变产生是否均匀。因此热冲压 模具冷却系统必须满足冷却能力强，冷却均匀性好的要求。为了使奥氏体尽可能多的转变为板条状马氏体，冷却系 统首先要使成形件的冷却速度足够大，超过转变的最小冷却速率27° C /s，以保证转变的发生;其次，为了实现连续 生产，冷却系统要能够在冲压间歇时间内使模具迅速冷却，确保每次冲压前模具初始温度相同。 冷却系统不仅要实现对成形件的淬火，还要使淬火均匀，即对模具和成形件的冷却要均匀。如果冷却不均匀， 导致成形件各部分淬火程度不同，淬火后组织分布不均匀，成形件力学性能不均匀，还容易产生热应力影响成形件 的尺寸精度和模具寿命。因此，冷却系统要尽量减小模具各个位置的温度差，使各个位置的冷却速率尽量相同。 目前热冲压的冷却方式主要是在热冲压模具内部开设冷却管道通入冷却介质。整个冷却过程包括板料与模具表 面的热交换，模具内部的热传导，模具与冷却介质间的热对流，模具对外界热辐射和板料边缘的热辐射等过程。虽 然整个冷却过程复杂，但是冷却效果好，冷却速率易于控制，因此成为了实际生产中广泛采用的冷却方式。实际生 产中通入的冷却介质多为水。水的成本低廉可以重复使用，易于得到，而且水的流动性好，比热容高，冷却效果好， 不造成污染，是一种应用最为广泛的冷却介质。
热冲压工艺流程示意图
卷材
下料
热冲压工艺示意图 传送 加热
冲压并 迅速冷却
高强钢热冲压成型的模具设计
板 式 热 成 型 模 具 整 体 结 构
1.上垫板2.上垫脚3.上模座4.导向结构5.下模座6.下垫脚7.下垫板8.凸凹模 9.吊钩10.冷却系统
高强钢热冲压成型的模具设计
模具的工作部件是与零件直接接触的部件，其作用不仅仅冲压零件成型，还起到对零件冷却淬火的作用。因此 工作部件是热成形模具的核心部件，对设计和材料都提出了比较高的要求。设计准则可概括如下: (1)模具的设计必须符合冲压时的精度要求冲压的过程涉及到零件和模具的应力应变复杂剧烈的相互作用，因此设计 时要保证在这种作用下零件表面的精度要求; (2)模具的冷却系统必须符合零件在型腔内淬火的要求。冷却系统不仅仅应该具备快速转移零件热量的能力，使零件 快速淬火生成马氏体组织。而且还应该具备均匀的冷却效果，这样在冲压过程中零件和模具不至于受到剧烈的热应 力，可以提高模具的寿命 模具的工作部件直接与零件接触。由于在高温下零件的流动性能优异以及回弹微小，因此在设计型面时 考虑的主要因素是减小零件的流动阻力，并使零件与模具表面紧密接触，以期达到优异的冷却性能。 热成形模具工作部件的必须具有合理的圆角半径值。圆角半径过小时，零件的直壁和过渡区变形过大，大大 降低了危险断面的强度。总之，圆角半径小时会导致零件的拉深系数偏大，零件的流动阻力增大，零件与模 具表面的摩擦力也相应增大，造成零件表面质量降低以及模具使用寿命缩短。理论上圆角半径越大，越有利 于降低零件的流动阻力，但是过大的圆角半径会导致过渡部分强度降低。 在模具工作部件的设计中，凸凹模间隙值的大小对于零件的成形和冷却都有显著的影响。设计热成形模 具凸凹模间隙的时候要考虑一下因素: (1>模具表面与零件间的摩擦情况。凸凹模间隙越大，零件与模具之间的摩擦力就越小，零件的流动阻力就越 小，这样就越有利于冲压出表面精度高的零件。对于模具的寿命也越有利。 (2)模具表面与零件间的接触情况。模具表面与零件之间的接触情况对热量的传递有重要的作用。间隙越大， 零件表面与模具的接触就越不紧密，传热效果也就越差
高强度钢板热冲压材料性能研究及应用
高强度钢板热冲压材料性能研究及应用高强度钢板热冲压是一种常见的金属成形工艺，广泛应用于汽车、航空航天、建筑和机械制造等领域。
在这些领域中，高强度钢板热冲压技术可以提供高强度、高硬度和高耐磨性的材料，同时具有良好的塑性变形性能和热强韧性，能够满足各种复杂零部件的加工需求。
本文将对高强度钢板热冲压材料的性能进行研究，并探讨其在实际应用中的价值和意义。
1. 强度和硬度：高强度钢板是指抗拉强度大于350MPa的钢板，其硬度一般在HB200以上。
高强度和高硬度是高强度钢板的主要特点，它们可以提高零部件的承载能力和耐磨性，同时也可以减轻零部件的自重，降低能耗，提高机械的使用寿命。
2. 塑性变形性能：高强度钢板热冲压材料具有良好的塑性变形性能，可以通过热冲压工艺进行复杂形状的加工，满足零部件的设计要求。
高强度钢板的塑性变形性能还可以提高零部件的疲劳性能和冲击性能，提高其安全性和可靠性。
3. 热强韧性：高强度钢板在热处理过程中可以获得良好的热强韧性，即在高温环境下能够保持一定的强度和塑性，不易发生变形和断裂。
这对于在高温条件下工作的零部件来说具有重要意义，可以提高零部件的使用温度范围和工作环境适应性。
4. 耐磨性：高强度钢板通常具有较高的耐磨性，可以在恶劣的工作环境下长时间使用，减少零部件更换的频率，提高机械的稳定性和可靠性。
这对于汽车、航空航天和机械制造行业来说具有重要意义，可以降低维修成本，提高产品的市场竞争力。
1. 汽车制造：在汽车制造领域，高强度钢板热冲压材料可以用于制造车身结构零部件、底盘零部件和安全气囊等关键部件，具有轻质化、高强度和高安全性的特点，可以提高汽车的整体性能和燃油经济性。
3. 机械制造：在机械制造领域，高强度钢板热冲压材料可以用于制造工程机械、农业机械和矿山机械等重型机械设备，具有高承载能力、高耐磨性和高冲击性，可以提高机械设备的使用寿命和可靠性。
三、高强度钢板热冲压材料的发展趋势1. 高性能化：未来高强度钢板热冲压材料将朝向高性能化方向发展，不仅要求抗拉强度和硬度达到更高水平，还要求在塑性变形性能、热强韧性和耐磨性方面有所提高。
高强钢热冲压成形过程宏微观数值模拟综述
高强钢热冲压成形过程宏微观数值模拟综述孟炬;朱彬;张宜生;王颖婧【期刊名称】《河北工业科技》【年(卷),期】2015(032)003【摘要】热冲压成形制造高强钢零件是实现汽车轻量化的有效途径.现有热成形零件强度高但塑性低,如何在保持零件高强度同时,提高其塑性是热冲压成形发展的方向,而这需要对热成形过程微观组织演变进行更加深入的研究.相比于试验手段和理论分析,数值模拟能够更直观、更全面地反映热成形过程零件宏观的温度、应力变化历程,以及微观组织演变.总结了现有的热冲压成形过程的宏观温度场及应力场以及微观组织演变过程的模拟研究,并对今后的研究进行了展望.该方向的研究可为高强钢热冲压成形提供理论基础及技术支持,有助于汽车轻量化的实现.【总页数】5页(P272-276)【作者】孟炬;朱彬;张宜生;王颖婧【作者单位】华中科技大学材料科学与工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北武汉 430074;华中科技大学材料科学与工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北武汉 430074;华中科技大学材料科学与工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北武汉 430074;华中科技大学材料科学与工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TG376.2【相关文献】1.筒形件毛坯热冲压成形过程数值模拟 [J], 祁鹏飞;刘桂华;彭冲;边翊;钟志平2.等离子熔积快速直接成形过程宏微观连成数值模拟 [J], 王庆;芮道满;张海鸥;王桂兰3.高强钢热冲压温度场数值模拟及关联度分析 [J], 方志鑫;王敏;李梁;王乐平;徐娇娇4.基于ABAQUS双U型前防撞梁热冲压成形过程的温度场数值模拟 [J], 岑升波5.基于ABAQUS双U型前防撞梁热冲压成形过程的温度场数值模拟 [J], 岑升波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高强度钢板热冲压材料性能研究及应用
高强度钢板热冲压材料性能研究及应用摘要：作为轻量化结构的材料，安全性能不断提高的高强度钢板热冲压材料关注度越来越节节攀升，高强度的钢板的热冲压材料在不断研究中被运用到汽车上更为多，使得汽车耗油更低，安全性能更加强悍。
热冲压材料的研究在一步一步的走向人们的视野，所以这样的材料值得我们去思考与探索，这是极其重要的，也是对新兴材料未来的预测，极其有前瞻性质，高强度的钢板材料影响着我们各行各业的发展，所以这个课题变的极为重要，我们通过走访相关的行业巨头，通过与专家学者的一起探讨，提出了一点建议与看法，对高强度的钢板热冲压材料性有了一个更深的认识。
关键词：热成形；3点弯曲；冲击；数值模拟；功能设计高强度的钢板热冲压的材料一般多用在汽车上，因为不宜弯曲，受到冲撞时候可以保护车内的安全与汽车的零件，所以在使用的过程中，高强度的钢板进行了3点弯曲的方法起到了很大的作用，对于降低油耗，提高汽车的安全性能上有很大的帮助，这是高强度的钢板热冲压材料的优点之处。
材料厚度为1.7mm的钢板的钢板，它的奥式体化程度是1000，但是它的热形成之后就到达了1100到1700，这是很大一个改进，所以面对这样的方法我们必须研究与探讨，学习与交流。
1 因为热而成型的三点弯曲的方法当马氏体的温度达到一定的程度的时候，具体程度为百分之九十五以上，这时候的钢板就可以达到一万以上，是原来方法的三倍，这样的热而成型的三点弯曲的方法，使我们的冲压材料的性能一步步增强，让我们的科技有一个突飞猛进的改变，三点弯曲的方法这体现在此时，三点弯曲使得马氏体的规律得到了一个进步与升华，这一点是我们高强度热冲压材料的精华所在，使得一个科学的实验有了一个基础的石头，让我们可以借助这样一块石头突破与发展。
根据专业的研究成果表面，三点弯曲的方法从本质上提升了产品的安全性，三点弯曲又大大的减少了成本，使得坚硬程度越来越高级，这是一个很优秀的方法与规律，是科学，是基石。
热冲压相关资料
热冲压成形工艺一般是将板料加热到再结晶温度以上某个适当的温度，使其完全奥氏体化后再进行冲压成形，冲压成形之后需要保压一段时间使零件形状尺寸趋于稳定。
钢板热冲压是一种将先进高强度钢板加热到奥氏体温度后快速冲压，在保压阶段通过模具实现淬火并达到所需冷却速度，从而得到组织为马氏体，强度在1500MPa左右的超高强度零件的新型成形技术。
热冲压成形工艺流程为：下料→加热（钢板在步进式加热炉中加热到800—950℃，形成奥氏体组织）→快速转移到压力机上（机器人或机械手带夹持器）→成形、冷却（快速合模、成形，保压6—12s，冷却到200℃，形成马氏体组织）→随室温冷却，得到抗拉强度很高的零件超高强度钢的半热冲压技术以提高零件的成形性和降低回弹量为主要目的，不具备淬火强化功能。
（TD：半热冲压是先加热再冲压）半热冲压工艺是将板料加热到再结晶温度以上某个适当温度，使其完全奥氏体化后再进行冲压成形，以降低板料成形时的流动应力、提高成形性、消弱回弹和降低所需设备的吨位。
热冲压成形工艺主要的优点和缺点1 优点与冷冲压成形工艺相比，热冲压成形工艺有其独特的优点，具体表现在以下几个方面。
1．1成形性好热冲压成形性比较好。
钢板材料高温下塑性好、成形能力强，可成形冷冲压无法成形的复杂零件。
1．2零件尺寸精度高热冲压成形没有回弹，完全消除了回弹对零件形状的影响，实现高精度成形，这是冷冲压成形无法比拟的。
1．3成形所需的压机吨位小高温下材料变形阻力小，需要的成形力小，相应的压力机吨位也小，一般800t压机就能满足绝大部分车身零件热冲压所需，因此能够降低压机的设备投资并减少能耗。
1．4车型碰撞性能优异，节能降耗采用热冲压零件(纵向承载梁、地板通道、横向支撑架、前保险杠等)的某车型正面碰撞后驾驶室完好，可以实现更高程度零件减薄高强化，在保障车型碰撞特性的前提下有效实现轻量化，降低了汽车油耗和排放。
例如： B 柱由冷冲压改进为热冲压，小总成减重8 kg；下挡板由冷冲压厚度为3．0 m m的板材改进为热冲压厚度为 m m的板材 ,减重 2．8 kg。
大型超高强钢热冲压成型装备关键技术及产业化应用
一、概述随着现代工业的不断发展，对于材料的性能和加工工艺的要求也日益提高。
在这种背景下，大型超高强钢热冲压成型装备成为了高效、精密加工的重要工具。
本文将就大型超高强钢热冲压成型装备的关键技术及产业化应用展开详细的阐述。
二、大型超高强钢热冲压成型装备的概念大型超高强钢热冲压成型装备是指一种针对超高强度钢材料进行热冲压成型加工的装备。
在传统的成型工艺中，超高强度钢材料由于硬度和韧性的特点，往往难以进行成形。
而热冲压成型技术则能够通过加热材料，改善其塑性和韧性，从而实现对超高强度钢材料的高效成形，大大提高了材料的利用率和加工效率。
三、大型超高强钢热冲压成型装备的关键技术1. 热冲压成型工艺技术热冲压成型工艺技术是大型超高强钢热冲压成型装备的核心。
这项技术主要包括热处理工艺、成形工艺和模具设计等内容。
在热处理工艺方面，需要根据不同材料的特性和实际工艺要求，确定合适的加热温度、保温时间和冷却方式。
在成形工艺方面，需要设计合理的成形工艺参数，包括压力、速度、温度等，从而确保成形过程的稳定性和高效性。
在模具设计方面，需要根据成形零件的形状和尺寸，设计合适的模具结构和加热方式，以实现对材料的精确成形。
2. 装备设计与制造技术大型超高强钢热冲压成型装备需要具备一定的加热、冷却和成形能力。
在装备设计方面，需要考虑材料的加热均匀性、成形的稳定性和模具的可靠性，从而确保整个成型过程的高效进行。
在装备制造技术方面，需要采用先进的加工工艺和材料技术，确保装备具备高强度、高稳定性和高耐用性，能够满足超高强度钢材料的加工需求。
3. 自动化控制技术自动化控制技术是大型超高强钢热冲压成型装备的重要保障。
通过自动化控制系统，可以实现对热处理、成形和模具等环节的精准控制，确保成型过程的稳定性和可靠性。
自动化控制系统还可以实现对装备运行状态的实时监测和故障诊断，提高了装备的运行效率和安全性。
四、大型超高强钢热冲压成型装备的产业化应用大型超高强钢热冲压成型装备的产业化应用已经在汽车、航空航天、轨道交通等领域得到广泛应用。
热冲压综述
在热冲压后，喷丸处理，同时去除氧化层、涂层的附着。
最新的防止氧化的方法是采用防护油
3、加热
Lechler and Merklein (2008) 对22MnB5的研究。在不同的奥氏体化温 度和不同厚度的钢板下，要获得最大的硬度（为470HV）所需的最 短奥氏体化时间如图4所示。
根据 Stopp 等人 （2007年)实验，涂层厚度不超过40um最有利于奥氏体化。
热冲压概述
文章信息
• 原名：A review on hot stamping • 2010年收录于Journal of Materials Processing Technology
• 作者：H. Karbasian, A.E. Tekkaya • 单位：Institute of Forming Technology and Lightweight Construction, Dortmund University of Technology；Germany
内容
1、热冲压技术的背景 2、热冲压材料和涂层 3、加热 4、热冲压的成形与淬火 5、FE模拟 6、最终性能及热冲压的后续加工 7、具有特殊性能的热冲压件 8、应用 9、结论 10、读后感
Naderi（2007）对于高强度钢的研究显示，仅使用22MnB5， 27MnCrB5，37MnB4钢级才能在热冲压后再经过水淬的工艺 中得到完全马氏体组织。 22MnB5是热冲压中最为常用的钢级 。经过热冲压工序后零 部件获得马氏体组织并且其强度可高达1500MPa。 在淬火后钢的机械性能变化将取决于碳含量，最终获得 的强度可以通过适当调整碳含量来控制。硼是对淬透性 影响最大的元素，鉴于硼延缓了软组织转变而导致马氏 体组织的产生。
9、结论
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热冲压综述H. Karbasian, A.E. Tekkaya轻型结构与成型工艺研究所,多特蒙德理工大学, Baroper Str. 301, D-44227,多特蒙德, 德国摘要:具有需求性能的热冲压 (也被称之为硬压加工高强钢板零件的生产需要渊博的知识和成形规程的控制。
通过这种方式, 在不同工艺参数和相互作用下, 零件最后的性能具有可预见性和可调节性。
除了常见的冷成形参数, 热参数和微观结构参数使得热冲压过程中的力学现象的描述变得复杂,而这正是这种成形方式所有物理现象所必须得到的阐述。
在这篇文章中, 热冲压中的热、力学、微观结构和工艺领域的艺术状态得到了综述。
所有工艺流程的研究, 从毛坯加热到热冲压和后续的进一步工艺均得到了描述。
现有著作的一项调查显示了一些差距,这些差距是在形成相依相改造,整个过程中不断的塑性流动行为, 力学和几何的一部分属性之间的相关性, 和一些先进工艺的工业应用领域中。
回顾分析目的在于提供对成形规程背景的深入了解和显示了在热金属板料成形领域进一步研究及创新的巨大潜力。
关键词:热冲压高强钢板 22MnB51. 引言出于对减轻整车重量,提高安全性和防碰撞性能的需要,采用高强钢板制造的汽车零部件的需求量是显然的。
热冲压是由瑞士一家公司(Plannja 开发用来加工锯片和割草机刀刃的,并获得了专利 (GB1490535, 1977 。
在 1984年,萨博汽车公司是第一个采用硬化的硼钢作为萨博 9000汽车组件的汽车制造商。
生产的零部件的产量从 1987年的 3亿件 /年增加到 1997年的 8亿件 /年。
自 2000年以来,更多的热冲压件被应用在汽车上,每年的零部件的生产量已经达到了约 1.07亿件 /年。
热冲压件在汽车工业中的应用主要是底盘部件, 如左右车柱,保险杠,车顶纵梁,摆臂横杆和隧道(图 1 。
热加工目前存在着两种不同的主要的变种:直接和间接热冲压方法。
在直接热冲压加工中, 毛坯在炉子里被加热后被转移到压床上, 随后成形并在封闭的工具中进行淬火 (图 2a 。
间接热冲压加工的特点是预先使用冷成形近乎完整的零件, 该零件在奥氏体化之后在压床上进行校正后淬火(图 2b 。
在材料中发生全部的马氏体转变导致其抗拉强度可达 1500MPa 。
这篇论文包括了在热冲压研究方面的回顾分析。
论文将以对应用于热冲压工件的材料的描述开始。
然后,热冲压加工流程链中的特殊的流程步骤被加以描述。
最后,呈现了热冲压件和具有适宜性能的工件的加工过程。
本文包括了在热冲压领域的实验和数值研究。
2. 材料与涂层Naderi在超高强钢板方面的研究显示了硼合金钢种 (表 1 22MnB5, 27MnCrB5和 37MnB4是唯一一种在热冲压中采用水冷而产生全部马氏体微观组织的钢种。
在这里, 22MnB5是最图 1. 典型的中型轿车里的热冲压件图 2. 基本的热冲压工艺链:(a 直接热冲压, (b 间接热冲压常用在热冲压加工中的钢种。
最初, 材料展现出铁素体—珠光体的微观结构, 其抗拉强度约为 600MPa 。
热冲压加工后其构成最终变为马氏体组织,抗拉强度约为 1500MPa(图 3a 。
为了实现这种组织和硬度转化,毛坯必须在 950℃的炉子保温至少 5分钟使其奥氏体化。
然后毛坯成形且同时在水冷模具里淬火 5—— 10秒。
由于热毛坯和冷机床的的接触, 毛坯在封闭的机床里淬火。
如果在 400℃附近冷却速率超过约 27K/s的最小冷却速率,会引发无扩散的马氏体型转变,这将导致最终产生高强度的零件(图 3b 。
马氏体转变始于 425℃(马氏体转变开始点 Ms 并终于280℃(马氏体转变结束点 Mf 。
钢淬火后的力学性能的改变依赖于其含碳量, 因此, 淬火后的强度可以通过适当调节含碳量来控制。
人们已经知道,一些合金元素,如 Mn 和 Cr ,对钢淬火后的强度影响很小。
然表 1硼钢的化学成分和力学性能(Naderi , 2007钢 Al B C Cr Mn N Ni Si Ti 20MnB5 0.04 0.001 0.16 0.23 1.05 - 0.01 0.40 0.034 22MnB5 0.03 0.002 0.23 0.16 1.18 0.005 0.12 0.22 0.040 8MnCrB3 0.05 0.002 0.07 0.37 0.75 0.006 0.01 0.21 0.048 27MnCrB5 0.03 0.002 0.25 0.34 1.24 0.004 0.01 0.21 0.042 37MnB4 0.03 0.001 0.33 0.19 0.81 0.006 0.02 0.31 0.046钢马氏体化温度℃临界冷却速度 K/s 屈服强度 MPa 抗拉强度 MPa 配送热冲压配送热冲压 20MnB5 450 30 505 967 637 1354 22MnB5 410 27 457 1010 608 1478 8MnCrB3 - - 447 751 520 882 27MnCrB5 400 20 478 1097 638 1611 37MnB4 350 14 580 1378 810 2040 *不可能得到全部的马氏体组织图 3. 22MnB5的力学性能和 CCT 图(Garcia Aranda 等人 2002而,由于这些元素对淬硬性具有一定的影响,所以他们在改变一些存在领域是必不可少的。
因此, 要得到想要的相变和可淬硬性要通过工艺上可行的冷却速度来实现。
硼是影响可淬硬性最大的元素, 然而, 硼减缓向较软的组织的转变, 导致了在工件横截面上出现了马氏体组织。
在奥氏体化情况下, 钢与空气一接触就会形成氧化层。
为了避免表面氧化和脱碳, 大多数金属板料毛坯都预先涂敷了保护层。
普遍使用的防护层是 Al — Si 涂层, 可以防止在直接热冲压过程中的结垢发生。
Borsetto 等人 (2009研究了在热过程中一些参数对 Al — Si 涂层化学行为的影响。
这种金属涂层是在持续的热浸镀锌加工中产生的,由 10%的硅, 3%的铁, 87%的铝构成的。
在已涂有涂层的毛坯的加热过程中,热量激发了钢从涂层—基体的接触界面区域到表层的扩散过程。
Al — Si 涂层有约为 600℃的熔点。
然而由于 Fe 在基体中的存在, 铝铁合金有更高的熔点并从基底金属界面到迅速延伸表层。
过渡到表层的铝铁合金有着更高的熔点从而阻止了表层的融化。
对于一个加热温度为 950℃的典型的热冲压过程,以 Al — Si 化学百分比交互变化为特点的亚层型结构呈现出来。
在直接热冲压加工中, 防护层阻止了结垢的形成。
由于 Al — Si 涂层在室温的起始状态时相对于基础材质具有较低的成形极限, 热浸镀铝板料不能用于间接加工并且也不适合冷成形。
这种涂层不能像锌一样提供阴极保护, 除了高防护措施。
和冷成形件类似, 阴极保护对热冲压零件来说是需要的。
这些在汽车工业上的需求可以使用具有阴极保护作用的金属涂层 (如锌来满足。
在加热和热冲压过程中,热浸镀锌涂层和基础材质反应,生成了 Zn — Fe 相的金属间化合物。
为了使涂层中的微裂纹传播到基体材质最小化,经过热浸镀的22MnB5只能用于间接热冲压。
热冲压后,必须通过喷丸去除氧化物层以避免劣质的油漆喷涂。
另外的一种用于 22MnB5的直接和间接热冲压工艺, 具有附加有效的防腐能力的防护涂层是被应用于卷材涂料工艺中的亮光漆柠檬酸三乙酯混合物。
这种涂层是以根据溶胶—凝胶工艺形成的微米级别的材料的组合为基础的。
无机和有机材料被联系在一起且与铝粒子混合形成了防护涂层。
这种 7µm厚的防护涂层的润滑性能使得在冷成形过程中具有可控的金属流动而不需要附加的润滑。
最新的防止氧化的方法包括给板料涂上防护油,正如 Mori 和 Ito (2009的文章里描述的一样。
电炉里加热的板料的氧化是可以避免的,两种不同的防护油的效果已被加以研究。
在没有成行加工且进行了热弯曲的冷却试验中评估了防氧化油的作用。
板料的表面分析显示数倍(达到 4倍的润滑作用减少了表面氧化。
3. 加热热冲压加工始于毛坯的加热并直到奥氏体化的温度。
为了测定在热冲压过程中作为想要获得全部奥氏体相变的先决条件——获得均匀奥氏体化的毛坯的工艺窗口, Lechler 和 Merklein (2008做了奥氏体化的时间和温度的热处理试验。
在这些试验中,样品在淬火的同时经受了在两边施加的整整 40MPa 的金属接触压力。
为了评估相变的发生带来的影响, 根据维氏硬度计测量了淬火毛坯的维式硬度。
图 4显示了不同的奥氏体化温度及不同厚度的板材达到 470HV 的最大硬度的最小的奥氏体化时间。
图 4. 奥氏体化温度、时间(a 与板材厚度(b 对达到最大 470HV 的硬度的最小的奥氏体化时间的影响 (Lechler和 Merklein, 2008研究结果显示了关于可冷却的均匀奥氏体化的 22MnB5钢最小的热处理时间对奥氏体化温度(图 4a 和板料厚度(图 4b 的重要依赖性。
在 950℃的炉温下,研究发现 3分钟的保压时间足够获得淬火后最大硬度约为 470HV 的样品所需的马氏体含量。
随着炉温的下降, 奥氏体化持续时间增加。
预先涂有铝硅合金涂层的毛坯的时间上限是由热处理过程中 Al – Si – Fe 三元合金层的厚度决定的,热处理的目的是保证热冲压件在后处理中有足够精确的可焊性。
根据工业经验, 炉子中奥氏体化的涂层厚度不能超过约 40µm。
Lechler 的研究显示了毛坯的加热过程对工件的性能、加工时间和热冲压的效率有很大的影响。
因此, 毛坯的均匀化温度和较短的加热时间是加热系统主要所需求的。
毛坯可以利用不同的热现象来加热:炉子的热辐射、感应加热、导电加热(图 5 。
图 5. 加热系统:(a 辊子床式反射炉, (b 感应加热, (c 导电加热3.1. 辊子床式反射炉在目前的生产线上,毛坯加热经常是在辊子床式反射炉或具有活动梁的炉子里进行的。
炉子的规格和联结载荷依赖于加热的材料和物料通过量。
由于基体材质和涂层之间的扩散过程需要时间,有防止结垢的铝硅涂层的材料的加热需要一个特别的加热曲线。
现有的热冲压炉生产线的长度已经达到 30—— 40m 。
高的空间需求和上升的投资费用表明了变换毛坯加热方法的需求。
硬压加工零件的生产周期主要依赖于模具闭合时间和要使原材料奥氏体化及在有涂层的情况下获得过渡层的炉温保持时间。
关于模具闭合时间, 最佳化的模具冷却时间和工具钢的应用可以减少生产周期。
炉温保持时间的减少只能通过应用接下来的快速加热概念来实现。
这些方法正处于发展阶段,实验室研究必须为工业应用检验。
3.2. 导电加热一种可选择的供热系统是传导加热系统。