[發明專利]一種高強鋼熱成形差異化力學性能分布柔性控制方法

有效

• 申請號: 201611085485.4
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106424280B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 朱彬;劉勇;張宜生;王凱;王梁
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B21D22/02
• 分類號: B21D22/02;B21D35/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 張彩錦

技術領域

本發明屬于高強鋼熱成形領域，更具體地，涉及一種高強鋼熱成形差異化力學性能分布柔性控制方法。

背景技術

近年來，為了滿足安全性和節能減排(減重)的需要，高強度鋼受到普遍的重視，越來越多地被用來制造車身的重要結構件和安全件。由于強度級別的提高，傳統的冷沖壓成形技術無法克服高強度鋼成形后的回彈和保證汽車零件的尺寸精度。熱成形能利用高強度鋼來生產復雜部件，成形和淬火同時進行，通過相變強化來實現高強度。高強鋼熱沖壓成形后的零件抗拉強度可以達到1500MPa及以上，在節能減重的同時滿足安全性需求，熱成形技術已經成為汽車制造領域的前沿實用技術。

在汽車安全件應用中，零件的力學性能往往需要和車身安全需求相匹配，不同的區域需要不同的強塑性來滿足整體的安全需求，即有些區域需要高強度防侵入，有些區域需要高塑性來吸收碰撞能量。同時，柔性的控制強塑性分布可以降低成形零件切邊及打孔難度，減少昂貴的激光切割設備投入和時間投入。

為滿足力學性能的差異化分布，目前已經有多種技術，如非均一板料，選擇性加熱，選擇性冷卻，選擇性退火等。非均一板料指的是化學成分不同、板厚不同的通過激光拼焊、電阻點焊、鉚釘和螺栓連接的板料，其主要包括拼焊板、差厚板和補丁板三類，其中：拼焊板是利用激光拼焊技術將不等厚板、不同材質的板材焊接在一起得到的非均一板材，該技術存在毛坯加工成本高，焊縫位置難以確定，不適用于涂層板等問題；差厚板技術是在軋制過程中通過調節軋制輥輪的間隙軋制出厚度不均一，化學成分均一的板材，然后使用該板材進行熱成形，該技術生產成本高，難以實現曲面拼接，柔性差；補丁板是通過電阻點焊連接技術或者激光焊接技術將局部需要強化的位置連接疊加一塊板，用于增加該處的厚度，該種方法和差厚板的效果類似，都是通過板料的厚度來控制零件結構上的剛度強弱，其實際性能卻不如差厚板工藝。選擇性加熱是通過將板料部分加熱至奧氏體化狀態，部分板料不加熱(或者加熱至Ac1以下某一溫度)，最后將溫度梯度化分布的板料轉移至模具上成形淬火，該方法中主要有采用隔熱板，電加熱，電磁感應局部加熱，火焰噴火局部加熱等技術手段實現，但使用隔熱板過程麻煩，電加熱受坯料截面影響柔性差，電磁感應加熱均勻性性差，火焰加熱溫度控制差等問題。選擇性冷卻是指完全奧氏體化的板料在轉移或者成形淬火過程中，控制部分板料冷卻速率降低，相變形成復相組織(鐵素體，貝氏體和馬氏體)，從而實現成形件力學性能柔性分布，主要技術手段有模具局部加熱，采用不同模具材料等方法，這些方法均增大了模具設計制造成本，模具加熱還會降低模具壽命，增加能耗，而且還存在溫度控制差等問題。選擇性退火是指已完全淬火的熱成形件局部再次加熱最后空冷的工藝，主要包括電磁感應局部加熱，火焰局部加熱等，這種方法缺點是又增加了一個工序，生產效率不高，且在退火過程中，零件會發生變形。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種高強鋼熱成形差異化力學性能分布柔性控制方法，其通過在坯料表面局部區域涂覆高吸收率的涂料，以提升局部加熱速率使其提前進入奧氏體化，可柔性調節高強度鋼坯料不同區域的強度和塑性，具有操作簡單，自動化程度高，所用時間短，設備投入少等優點。

為實現上述目的，本發明提出了一種高強鋼熱成形差異化力學性能分布柔性控制方法，包括如下步驟：

(1)在高強鋼坯料成形后需獲得具有高強度的位置表面處涂覆具有高吸收率且耐高溫的涂料；

(2)將涂覆有涂料的所述高強鋼坯料置于加熱爐中加熱1-6min，在加熱過程中，涂覆有涂料的區域比未涂覆涂料的區域加熱速度快，從而使涂覆涂料的區域提前完全奧氏體化，而未涂覆涂料的區域非奧氏體化或非完全奧氏體化；

(3)將加熱處理后的所述高強鋼坯料從加熱爐中取出后在1-10s內快速轉移至成形模具上；

(4)所述成形模具在壓力機的帶動下閉合使坯料成形并保壓冷卻5-20s，獲得成形零件，在成形過程中，涂覆有涂料的區域冷卻后發生相變得到完全的馬氏體組織，強度提升塑性下降，未涂覆涂料的區域冷卻后得到其他組織。

作為進一步優選的，所述步驟(1)中高吸收率且耐高溫具體指吸收率為0.3-1，耐高溫范圍為300-1000℃。

作為進一步優選的，所述步驟(1)中的高強鋼坯料包括板材和管材。

作為進一步優選的，所述步驟(2)中的奧氏體化溫度為800-1000℃。

作為進一步優選的，所述步驟(4)中涂覆涂料的區域冷卻到馬氏體轉變溫度的冷卻速率為30℃/s-100℃/s。