[發明專利]一種金屬復合板材的熱成形方法

無效

• 申請號: 201110296555.1
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102389917A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 馬寧;胡平
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B21D22/00
• 分類號: B21D22/00;B21D37/16;C21D8/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發明涉及一種金屬板材的成形方法，特別是一種金屬復合板材的熱成形方法。

背景技術

高強度鋼板熱成形技術也稱作熱沖壓技術，越來越受到工業界的關注。熱成形工藝的技術優勢是：能夠成形強度高達1500MPa的復雜承載零部件；高溫下，材料塑性、成形性好，能一次成形復雜的沖壓件；高溫下成形能消除回彈影響，零件精度高，成形質量好。

在普通鋼板熱成形工藝中，板材在加熱爐里加熱850-950℃，并保溫幾分鐘使板材充分奧氏體化，隨后將紅熱的板材送入有冷卻系統的模具內沖壓成形，同時被具有快速均勻冷卻系統的模具冷卻淬火，鋼板組織由奧氏體轉變成均勻的馬氏體組織，從而得到超高強度比的零部件。

上述方法可以得到超高強度馬氏體材料，但不能得到沿長度方向材料性質呈連續梯度分布的金屬復合板材，而這種材料廣泛用于汽車、民用建筑等行業的耐沖擊吸能及承載結構部件。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種沿長度方向材料性質呈連續梯度分布的金屬復合板材的熱成形方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種金屬復合板材的熱成形方法，包括以下步驟：

A、加熱：將板材放入具有分段加溫功能的數控加熱爐內，使板材按長度方向分為550-650℃、650-750℃、750-850℃及900-100℃四個溫度區域進行加熱并保溫3分鐘；

B、冷卻成形：隨后將板材放入具有不同冷卻管路分布密度的模具中進行熱成形，所述的模具包括上模具和下模具。

本發明所述的冷卻管路分布分別安裝在上模具和下模具內部，其分布密度上下對稱。

本發明所述的冷卻管路分布越密的部位對應板材溫度越高的部位。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、本發明通過控制熱成形過程中的加熱溫度及模具冷卻管路布局，得到了材料性質沿長度方向呈連續梯度分布的特殊金屬復合板材。

2、本發明通過金相實驗發現得到的金屬復合材料微觀組織包含馬氏體、馬氏體與鐵素體混合組織及鐵素體與珠光體混合組織等，而相應的拉伸實驗顯示這種熱成形金屬復合材料的屈服強度可以從300MPa到1000MPa連續分布，拉伸強度從480MPa到1600MPa連續分布。

3、本發明對由U型金屬復合材料組成的帽型薄壁結構的沖擊吸能能力分析，發現通過合理安排U型金屬復合材料零部件的材料分布，在吸能能力方面比相應的單一熱成形材料提高58.7％，峰值力可以下降23.4％。

4、本發明通過實驗及數值模擬分析，證明了全新的熱成形金屬復合材料加工工藝的可行性，這種金屬復合材料特別適合于耐碰撞沖擊材料的選材。

附圖說明

本發明共有附圖5張，其中：

圖1是U形金屬零件熱成形模具冷卻管路分布圖。

圖2是U形金屬零件示意圖。

圖3是U形金屬零件A段的工程應力-應變曲線。

圖4是U形金屬零件B段的工程應力-應變曲線。

圖5是U形金屬零件C段的工程應力-應變曲線。

圖中：1、上模具，2、下模具，3、冷卻管路，4、板材。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的方法和有益效果進行進一步地描述。如圖1-2所示，一種金屬復合板材的熱成形方法，包括以下步驟：

A、加熱：將板材4放入具有分段加溫功能的數控加熱爐內，使板材4按長度方向分為550-650℃、650-750℃、750-850℃及900-100℃四個溫度區域進行加熱并保溫3分鐘；

B、冷卻成形：隨后將板材4放入具有不同冷卻管路3分布的模具中進行熱成形，所述的模具包括上模具1和下模具2。

本發明所述的冷卻管路3分布分別安裝在上模具1和下模具2內部，其分布密度上下對稱。

本發明所述的冷卻管路3分布越密的部位對應板材4溫度越高的部

以下通過試驗數據對本發明的有益效果進行說明。

1、對熱成形后的金屬復合材料A、B、C部分進行微觀組織的金相分析，金相組織顯示：U型零部件A部分已完全轉化為馬氏體，說明A部分對應板料已完全奧氏體化并經過足夠的冷卻；U型金屬零部件B部分為馬氏體與鐵素體的混合組織，說明B部分對應的板料未完全奧氏體化并且冷卻速率不足；U型零部件C部分為鐵素體與珠光體的混合組織，說明C部分對應的板料加熱未達到奧氏體化溫度。U型零部件的微觀組織分析說明了部分熱成形工藝過程可以通過控制加熱溫度及模具冷卻管路布局，得到材料性質沿長度方向呈連續梯度分布的特殊金屬復合材料。