1 高艷 2 李雙志

（1 撫東機(jī)械廠，遼寧 鐵嶺 112539；2 遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 北鎮(zhèn) 121309）

引言

為了降低汽車車身重量，人們已經(jīng)大量使用先進(jìn)高強(qiáng)鋼和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，先進(jìn)高強(qiáng)鋼包括雙相鋼、TRIP 鋼、TWIP 鋼等，先進(jìn)的生產(chǎn)工藝包括激光拼焊、液壓成形、熱成形等技術(shù)。通常鋼的成形性隨著強(qiáng)度提高而下降，可以通過將成形和強(qiáng)化分為兩個(gè)步驟來解決強(qiáng)度和成形性的矛盾。熱成形即是將成形和強(qiáng)化分為兩個(gè)步驟生產(chǎn)超高強(qiáng)度汽車零部件的一種新工藝，利用馬氏體強(qiáng)化，可使鋼的抗拉強(qiáng)度達(dá)到1500MPa 以上，因此主要用于防止汽車碰撞過程中變形的加強(qiáng)件，如車門防撞梁、保險(xiǎn)杠梁、側(cè)邊梁、A 柱B 柱加強(qiáng)件和腰軌加強(qiáng)件等。使用超高強(qiáng)鋼熱沖壓件可使板材的厚度減少30%以上，可實(shí)現(xiàn)輕量化指標(biāo)，降低能耗。本文主要論述了熱成形鋼的材質(zhì)、熱成形鋼在汽車上的應(yīng)用、熱成形的生產(chǎn)工藝技術(shù)及其國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀。

一、熱成形鋼鍍層

在熱成形過程中，鋼板在空氣中高溫加熱導(dǎo)致鋼板表面氧化和脫碳，影響了鋼板的機(jī)械性能，同時(shí)為了保證后續(xù)的涂裝等需要，需將帶有氧化鐵皮的熱成形部件進(jìn)行噴丸或酸洗處理，去掉氧化物，大大增加了熱成形的成本。此外，汽車部件一般都要求具有一定的耐蝕性能，開發(fā)帶鍍層的熱成形鋼板成為熱成形技術(shù)發(fā)展的迫切需要，近年來，一系列熱成形用鍍層鋼板被相繼開發(fā)出來。熱成形鋼板鍍層需要具備抗高溫和耐腐蝕等特點(diǎn)。最早的熱成形工藝采用的是裸板。高溫加熱后，鋼板表面形成氧化鐵皮，阻礙了鋼板和模具之間的熱傳導(dǎo);氧化層也改變了鋼板表面的摩擦特性，影響沖壓成形時(shí)鋼板與模具的摩擦;氧化物顆粒粘附在模具表面會(huì)導(dǎo)致模具表面損傷。沖壓成形后，噴砂或噴丸可去除氧化皮。最終，熱沖壓部件需要進(jìn)行鈍化和噴漆處理。為了降低鋼板在高溫時(shí)的氧化和脫碳現(xiàn)象，耐高溫潤(rùn)滑油被用于熱成形鋼板，目前仍有很多鋼鐵廠商采用這種工藝。在加熱至高溫時(shí)，固體潤(rùn)滑膜轉(zhuǎn)化為液體膜，阻止鋼板氧化。多次噴涂潤(rùn)滑油(3-4 次)可以進(jìn)一步起到抑制作用，鋼板表面形成氧化膜數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于裸露鋼板。因?yàn)樾枰逑?、重新涂油和干燥，這種工藝效率較低。此外，最后采用酸去除氧化層會(huì)增加吸氫和氫脆的危險(xiǎn)。

二、熱處理工藝對(duì)于超高強(qiáng)熱成形鋼的組織影響

（一）熱成形的生產(chǎn)工藝技術(shù)

常規(guī)熱成形的工藝包括奧氏體化處理、從加熱爐轉(zhuǎn)移到壓機(jī)、熱成形和淬火、剪邊處理。板材被加熱到高于Ac3 的溫度（通常900～950℃）保溫3～10min，保溫時(shí)間根據(jù)板材的厚度而定。全奧氏體化后，將材料從加熱爐轉(zhuǎn)移到熱成形的壓機(jī)中，該過程在空氣中進(jìn)行，必須盡快完成，如果成形前材料溫度降到780℃以下，就可能形成鐵素體從而惡化熱成形零件的機(jī)械性能。材料在模具中成形，在該成形溫度下，材料有充分的延性而易于成形復(fù)雜形狀的零件。高溫成形后的零件在模具中快速冷卻（水冷）到馬氏體相變完成溫度以下（Mf～200℃），然后自然冷卻到80℃左右從模具中取出，以保證后續(xù)空冷不變形。冷卻速度一般在40～100℃/s 以保證零件的淬透性。因此，一套熱成形設(shè)備的產(chǎn)率為每分鐘2、3 個(gè)零件。從模具中取出后進(jìn)行剪邊處理和表面清理，最后熱成形零件用點(diǎn)焊的方式裝配到汽車車身上。根據(jù)工序過程的不同，熱成形工藝分為直接熱成形和間接熱成形兩種工藝。

（二）EBSD晶粒度分析及原始奧氏體晶粒度分析

選取4?！?＃試樣進(jìn)行EBSD晶粒分析，根據(jù)大角度晶界（大于15度）進(jìn)行亞晶晶粒尺寸分析。隨著加熱溫度和時(shí)間的增加，熱成形鋼的晶粒尺寸有所增加。在本文研究的加熱溫度范圍內(nèi)，晶粒尺寸變化不明顯，因此對(duì)于力學(xué)性能影響不大。

（三）工藝流程及工藝實(shí)施

開卷落料→轉(zhuǎn)移→加熱和保溫→轉(zhuǎn)移→沖壓成形、保壓淬火和模內(nèi)持續(xù)加熱保壓→轉(zhuǎn)移。(1)開卷落料：使用落料壓機(jī)和落料模具沖裁出所需外形輪廓的熱沖壓板料。(2)轉(zhuǎn)移：使用機(jī)械手等設(shè)備將毛坯轉(zhuǎn)移至加熱爐中。(3)加熱和保溫：將板料加熱到奧氏體再結(jié)晶溫度以上，并且保溫一段時(shí)間，使其充分均勻奧氏體化。奧氏體化參數(shù)加熱溫度和保溫時(shí)間對(duì)板料的奧氏體化質(zhì)量有重要影響。加熱和保溫過程中板料表面很容易氧化，影響后續(xù)沖壓淬火效果并且增加了表面清理工序。對(duì)板料進(jìn)行表面防氧化處理(防氧化涂層)或者向加熱爐內(nèi)充入保護(hù)氣體(氮?dú)獾?能夠顯著減少甚至避免鋼板產(chǎn)生氧化皮。(4)轉(zhuǎn)移：使用機(jī)械手等設(shè)備將奧氏體化后的板料從加熱爐中取出轉(zhuǎn)移至熱沖壓成形水冷模具中。(5)沖壓成形、保壓淬火和模內(nèi)持續(xù)加熱保壓：快速完成沖壓成形并保壓淬火一段時(shí)間，利用模具的冷卻系統(tǒng)對(duì)高溫板料進(jìn)行淬火熱處理，使熱沖壓零件硬區(qū)部位獲得均勻的馬氏體組織和良好的機(jī)械性能。

結(jié)語

本文研究了奧氏體化溫度和保溫時(shí)間對(duì)于超高強(qiáng)熱成形鋼組織的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，隨著溫度和時(shí)間增加，最終組織由馬氏體與鐵素體的混合組織轉(zhuǎn)變?yōu)閱我获R氏體組織。在特定溫度保持一定的時(shí)間，則可得到理想的馬氏體組織，從而具有比較高的強(qiáng)度。透射電鏡分析表明該馬氏體類型主要由板條狀和棱鏡狀兩種結(jié)構(gòu)。