汽車(chē)耐不耐撞，是時(shí)候武裝熱成型鋼板知識(shí)了

熱成型技術(shù)是一項(xiàng)專(zhuān)門(mén)用于極高強(qiáng)度鋼板沖壓件的新成型技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)生是為了解決超高強(qiáng)度鋼強(qiáng)度與塑性的矛盾問(wèn)題。大致的實(shí)施方法為將成型和強(qiáng)化分為兩個(gè)步驟進(jìn)行，利用相變強(qiáng)化形成馬氏體。其優(yōu)點(diǎn)為制備的熱成型零件具有高強(qiáng)度、成型精度高、能避免高強(qiáng)度鋼冷成型回彈等問(wèn)題。

關(guān)于高強(qiáng)度鋼板熱成型加工工藝的具體方法一般為：

先將常溫下強(qiáng)度為500~600MPa的硼合金鋼板加熱到880~950℃，使之均勻奧氏體化，然后送入內(nèi)部帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成型，最后快速冷卻，將奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。

以22MnB5為例，下圖為其熱處理過(guò)程中性能變化趨勢(shì)。

此項(xiàng)工藝又分為直接工藝和間接工藝兩種。這兩項(xiàng)的區(qū)別在于直接工藝適用于形狀簡(jiǎn)單且變形程度較小的零件而間接工藝適用于復(fù)雜或拉深程度較大的零件。下圖為這兩種處理工藝的對(duì)比圖。

關(guān)于以上的技術(shù)特點(diǎn)有以下補(bǔ)充以及解釋?zhuān)?

1）為什么要馬氏體化

下表為常用汽車(chē)用鋼

從上表可以看到在超高強(qiáng)度鋼中只有馬氏體鋼的強(qiáng)度可以達(dá)到1500MPa以上。（根據(jù)USL-AB定義，屈服強(qiáng)度為210~550MPa及抗拉強(qiáng)度為270~700MPa的為高強(qiáng)度鋼，屈服強(qiáng)度大于550MPa及抗拉強(qiáng)度大于700MPa的為超高強(qiáng)度鋼）

2）鋼材的選擇

現(xiàn)在主要采用硼鋼，主要原因有如下幾點(diǎn)：

a.微量的硼元素可以有效提高鋼的淬透性，使零件在模具中以合適的冷卻速度獲得所需的馬氏體組織（需要說(shuō)明的是硼只在碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的情況下才能有效地發(fā)揮淬透性的作用，在含碳量＞0.8%的鋼中，硼不再具有增加淬透性的作用）；

b.熱成型鋼中加入少量的硼會(huì)聚集到奧氏體晶界處，延遲鐵素體形核，從而有效地防止轉(zhuǎn)移和在成型過(guò)程中形成鐵素體；

c.硼合金鋼板的強(qiáng)度可達(dá)1500MPa，是普通鋼板的3~4倍。這能夠帶來(lái)很多好處，比如減輕車(chē)重、板料厚度、提高被動(dòng)安全性等。

下圖為比較典型的含硼的熱成型鋼的組織處理前后對(duì)比圖

以BTR165鋼板為例，下圖為其應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)

3）主要元素成分

下表為比較常見(jiàn)的熱成型鋼成分。

簡(jiǎn)單說(shuō)一下以上元素的作用：

a.碳和磷在馬氏體中起到固溶強(qiáng)化作用，但是后者會(huì)降低塑性和耐沖擊性能；

b.錳和鉻用于提高淬透性；

c.鋁和鈦起到阻止硼和氮形成BN，這是因?yàn)锽N會(huì)使硼失去阻止鐵素體形成的作用，而鋁和鈦能夠形成更強(qiáng)的氮化物，從而阻止了該現(xiàn)象的產(chǎn)生。此外，形成的AlN和TiN能夠抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，達(dá)到細(xì)晶強(qiáng)化的目的；

d.鉬用于抑制珠光體形成，但是價(jià)格貴，不常用。

舉例來(lái)說(shuō)：

a.22MnB5是常見(jiàn)的熱沖壓高強(qiáng)鋼，其化學(xué)成分如下表

b.Acelor公司開(kāi)發(fā)的USIBOR1500熱沖壓成型鋼板，其化學(xué)成分如下表

c.SSAB公司開(kāi)發(fā)的熱軋硼鋼板Boron02，其化學(xué)成分如下表

可以看到現(xiàn)在主要熱成型鋼的成分也就是以上所述的幾種。

4）裸板與鍍層板（熱成型鋼表面成分）

在熱成型過(guò)程中，暴露于空氣中的鋼板表面極易氧化，形成的氧化鐵皮引起一系列問(wèn)題。如會(huì)影響焊接質(zhì)量、油漆質(zhì)量等。所以從原則上來(lái)說(shuō)，熱成型鋼板都應(yīng)該加鍍層。但是由于多種原因，在較早的熱成型技術(shù)中是沒(méi)有經(jīng)過(guò)鍍層處理的。由于熱成型技術(shù)是一種高投資、高能耗的生產(chǎn)技術(shù)，這使得生產(chǎn)企業(yè)需要控制其成本，因此鍍層和非鍍層鋼板均有存在。

現(xiàn)在來(lái)說(shuō)鍍層鋼板的鍍層主要由兩種：Al-Si鍍層和Zn或Zn合金鍍層。

這兩種方法的處理工藝不同，下圖為兩種方法的處理流程對(duì)比

這兩種處理方法的影響會(huì)延續(xù)到后續(xù)的工序中去，具體對(duì)比如下表：

5）制造工藝

這里的制造工藝我覺(jué)得主要是針對(duì)板料熱成型過(guò)程的工藝參數(shù)的研究。

主要的參數(shù)包括以下部分：

a.加熱保溫時(shí)間板料加熱到奧氏體化溫度后需要設(shè)定一定保溫時(shí)間，以保證奧氏體均勻化。一般來(lái)說(shuō)保溫時(shí)間在3~10min，具體的時(shí)間需要根據(jù)板材的厚度決定；

b.傳遞時(shí)間即板料從加熱爐到模具之間的傳遞時(shí)間。由于這個(gè)過(guò)程是在空氣中進(jìn)行的，所以必須盡快完成?，F(xiàn)在也有采用電阻加熱方法對(duì)模具中材料直接進(jìn)行加熱，使得奧氏體化處理、轉(zhuǎn)移、成型和冷卻硬化都在模具中進(jìn)行，不需要材料從加熱爐轉(zhuǎn)移到模具中，即省去了傳遞時(shí)間這個(gè)問(wèn)題；

c.初始成形溫度設(shè)定初始成形溫度能夠避免成形過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂、起皺等缺陷。具體的成形溫度要以具體情況而定；

d.熱沖壓速率合適的熱沖壓速率能夠避免板料成形前過(guò)快冷卻、沖壓速度過(guò)快，引起板料撕裂；

e.冷卻速率冷卻速率會(huì)影響到板料最終的組織結(jié)構(gòu)，合適的冷卻速率能夠保證板料的淬透性。這里的冷卻速率指的是：高溫成形后的零件在模具中快速冷卻到馬氏體完成溫度以下的速率。一般來(lái)說(shuō)冷卻速率會(huì)控制在-40~-100℃/s。在此之后采用自燃冷卻的方式，一般在80℃左右即可從模具中取出。

需要注意的是，由于板料厚度、大小、是否存在鍍層、目標(biāo)性能等不同，具體的處理工藝參數(shù)會(huì)不同。