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熱沖壓AISI 4140鋼的奧氏體化溫度測(cè)定

高強(qiáng)度鋼材料是汽車車體的理想材料，其有助于減輕車輛質(zhì)量，同時(shí)提高乘員安全，但高強(qiáng)度鋼材料的成形性一般都很差。具有可控微觀結(jié)構(gòu)成分的鋼材料已被應(yīng)用，其在熱壓后既能達(dá)到足夠的強(qiáng)度，同時(shí)又能在處理過程中保持較好的成形性。研究了在不同奧氏體化溫度熱壓條件下微觀結(jié)構(gòu)的進(jìn)化和變化對(duì)AISI 4140鋼板力學(xué)性能的影響。為了選取合適的奧氏體化溫度，將該結(jié)果與冷加工以及冷加工結(jié)合淬火回火加工的結(jié)果相比較。對(duì)比結(jié)果顯示，1000℃和1100℃的奧氏體化溫度最適合3mm厚度AISI 4140鋼板的熱壓，該溫度下的馬氏體組織所得的屈服和抗拉強(qiáng)度分別為1.3、2.1GPa。所得結(jié)果都比常規(guī)的熱沖壓硼鋼在強(qiáng)度與拉伸性方面更有優(yōu)勢(shì)。

為了滿足安全性與達(dá)到減小寬度的目的，在汽車制造中使用高強(qiáng)度鋼材料的需求增多。這些鋼材料常溫下延展性很低，需要在高溫下通過冷變形以增加延展性。在這些情況下，制造汽車部件（如B柱的內(nèi)側(cè)防撞梁）常使用熱沖壓技術(shù)。在這個(gè)過程中鋼板在高溫下奧氏體化，隨后在低溫下淬火，使其奧氏體在微觀結(jié)構(gòu)上發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)化。冷變形過程持續(xù)到整塊鋼板冷卻。熱沖壓技術(shù)的優(yōu)勢(shì)如下：①未來制造汽車部件可能使用優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度鋼板；②使用薄鋼板可以減輕壓制成形部分的質(zhì)量③抗反彈帶來優(yōu)良的形狀穩(wěn)定性；④簡(jiǎn)化重塑過程；⑤處理后的鋼材料具備更高的強(qiáng)度和韌性。

在熱沖壓過程中奧氏體化是一個(gè)重要的過程，其決定了經(jīng)過處理的鋼材的微觀結(jié)構(gòu)，也決定了鋼材的最終性能。因此對(duì)于一個(gè)成功的熱沖壓過程，奧氏體處理的設(shè)計(jì)必須合理。奧氏體化溫度和時(shí)間是熱沖壓過程兩個(gè)非常嚴(yán)格的參數(shù)，必須嚴(yán)格選擇才能獲得大塊的馬氏體微結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)通常會(huì)帶來更好的力學(xué)性能。所以，為了確定熱沖壓過程奧氏體化的合適溫度與時(shí)間，進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。

在諸如22MnB5等硼鋼板上已進(jìn)行了大量熱沖壓試驗(yàn)。然而在熱沖壓過程中可能使用更普遍的鋼種，本次研究采用AISI 4140鋼板和U型扳工具。選取AISI鋼板是緣于其硬度及其在汽車制造中的廣泛應(yīng)用。本次試驗(yàn)的目的是為熱沖壓AISI 4140選擇合適的奧氏體化溫度。熱沖壓作為傳統(tǒng)冷重塑鋼板普通熱加工（淬火回火）的替代，結(jié)果表明熱沖壓可以使鋼板得到更好的力學(xué)性能。為了得到合適的奧氏體化溫度，對(duì)不同條件下鋼板力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，并與冷加工加淬火的樣本對(duì)比。

最后為了更好地評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果，將以上結(jié)果與硼鋼對(duì)比。

3mm厚AISI 4140鋼板的熱沖壓試驗(yàn)分別在800、900、1000、1100℃奧氏體化溫度的條件下進(jìn)行。同時(shí)制備了冷彎曲板B片，并進(jìn)行淬火和回火處理。所有樣本都進(jìn)行了顯微硬度測(cè)試、拉伸測(cè)試、微觀結(jié)構(gòu)評(píng)估，并得出以下結(jié)論。

（1）奧氏體化溫度是利用熱沖壓手段得到適當(dāng)力學(xué)性能的馬氏體微觀結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。3mm 的AISI 4140鋼板經(jīng)過1000℃和1100℃的奧氏體化溫度處理后力學(xué)性能好于冷沖壓+熱處理工藝。這表明AISI 4140鋼板熱沖壓在這些奧氏體化溫度下可以代替冷變形AISI 4140鋼板的淬火熱處理。

（2）在合適的奧氏體化溫度熱沖壓后，AISI 4140鋼板的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率組合優(yōu)于傳統(tǒng)的熱沖壓硼鋼，可以很好滿足汽車工業(yè)同時(shí)追求合適強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的需求。

（3）由于本次研究的淬火和成形步驟沒有同時(shí)完成（有3s的間隔），因此3mm厚AISI 4140鋼板利用更低奧氏體化溫度同時(shí)成形淬火會(huì)得到更理想的結(jié)果。

刊名：Journal of Materials Engineering and Performance（英）

刊期：2014年第4期

作者：Pedram Samadian et al

編譯：王維