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基于模擬試驗對熱沖壓固體潤滑劑摩擦特性的研究

由于汽車車身的輕量化設計可以減輕汽車車身質量、降低能源消耗，因此越來越多的高強度鋼板被應用在汽車車身上。由于適用于普通鋼板的成形技術不能直接用于高強度鋼板，因而能夠形成強度超過1500MPa零部件的熱沖壓技術越來越受到汽車制造行業(yè)的關注。熱沖壓成形技術是先將以鐵素體/珠光體為主的鋼板（強度400MPa）加熱至達到奧氏體化狀態(tài)；之后快速轉移到模具中高速沖壓成形，在保證一定壓力的情況下，制件在模具中進行淬火處理；最終獲得具有均勻馬氏體結構的超高強度鋼零件，通常強度超過1500MPa。在熱沖壓成形過程中，產(chǎn)生模具磨損是一個常見的問題。模具材料特性、負荷條件和溫度都會影響模具的磨損。過高的溫度可能改變模具的力學特性、附著特性等，在很大程度上影響模具的磨損。對熱沖壓成形過程的摩擦特性進行研究，分析了高溫環(huán)境下使用固體潤滑劑改善模具摩擦特性和減少模具磨損的可行性。

目前，熱沖壓成形過程中使用的潤滑劑為石墨水溶液，這約增加20%的制造成本，且潤滑過程將產(chǎn)生環(huán)境污染。選擇了3種固體潤滑劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨水溶液，3種潤滑劑均為德國克魯勃公司生產(chǎn)，型號分別為S04-807、S08-107、S10。試驗樣本選擇西班牙ARCELOR鋼鐵公司生產(chǎn)的汽車行業(yè)常用的22MnB5合金鋼板，厚度為1.5mm。未涂裝的22MnB5合金鋼板在移到模具過程中不可避免地會被暴露在空氣中，從而導致鋼板表面過度的氧化和脫碳。因此，試驗前對鋼板進行涂裝，涂裝材料選擇硅含量約為10%～13%的鋁-硅涂層，涂層厚度約為23～32μm。熱沖壓前將鋼板加熱至850～950℃，之后快速將其移到模具中進行熱沖壓。沖壓成形后，維持20MPa接觸壓力時間為3～5s，以得到所需部件。使用HV0.5維氏硬度計測量熱沖壓成形后部件的表面硬度，并采用掃描電子顯微鏡對模具表面進行磨損觀察。結果表明，固體潤滑劑可以很好地平衡和控制熱沖壓成形過程中的摩擦因數(shù)，這將大幅降低模具在高溫環(huán)境下的磨損。

刊名：Tribology International（英）

刊期：2014年第74期作者：A.Tomala

編譯：陳丁躍