用于获得梯度化性能的处理工艺及其构件制造技术

本发明专利技术涉及一种用于获得梯度化性能的处理工艺，其包括以下步骤：A、准备坯材，将坯材划分为待形成硬区的区域和待形成软区的区域；B、将待形成硬区的区域加热到720℃以上，使其微观组织转变为奥氏体；C、对坯材整体进行冲压成形，并在冲压成形之后以任意冷却方式进行冷却；D、对冲压成形后得到的构件的硬区进行碳配分处理，使碳从马氏体向奥氏体中扩散；在步骤B中同时保持待形成软区的区域的温度低于720℃或在步骤D之后增加步骤E、对形成软区的区域的加热至600~720℃保温0.5‑60分钟。本发明专利技术还涉及通过上述处理工艺制成的成形构件。本发明专利技术的处理工艺，模具简单，工艺可靠性好，并且能够实现软区抗拉强度900～1500MPa、延伸率大于15%，远优于现有技术的水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于获得梯度化性能的处理工艺。具体而言，本专利技术涉及一种在同一零件上实现梯度化性能的工艺，其硬区的冲压成形工艺、热处理方法及机械性能与其软区的冲压成形工艺及热处理方法有所不同。本专利技术还涉及经由该处理工艺制成的构件，其同时具有机械性能不同的硬区和软区。
技术介绍
节能减排是汽车领域迫切需要解决的问题，而汽车轻量化是实现节能减排的有效手段和途径之一。通过合理的设计和先进的成形方法可以实现汽车的轻量化。高强度钢的使用可以在实现汽车轻量化的同时保证汽车的安全性。但是高强度钢存在较低的延伸凸缘性和低的扩孔率，所以存在冲压时容易开裂以及冲压成形后零件回弹增加等问题。为了解决高强度钢的成形问题，一种被称为热冲压成形或热成形、用来制造具有1000MPa或更高的强度的车辆部件的成形方法已经被商业化。但是热成形后的零件虽然强度很高，但是延伸率很低。实际的汽车碰撞过程中，不仅要求安全件有较高的强度来有效抵挡碰撞物体侵入，而且往往对零件整体或者局部有延性和韧性的要求，以保证高的碰撞吸能性。传统的热成形用钢22MnB5很难在一次热成形的工艺下同时兼具高强度和高延性，所以为了解决这个问题，工业界开发了拼接性能技术（Tailored properties），使单个零件由高强度和高延伸率两个不同性能的区域组合在一起，例如一个B柱，在上端具有高强度和良好的防止侵入性能，而下端具有较低强度和较好的延伸率，从而达到能量吸收的目的。拼接性能技术通常又分为拼焊板（Tailor welded Blank）技术和通过工艺实现分段／梯度强化技术两种。拼焊板的一般做法就是在某些部位采用激光焊接的方法，将两块不同成分和不同厚度的钢板焊接在一起，经处理后获得不同的性能。异种材料和不同厚度的焊接比较困难，并且增加了生产工序并存在潜在的焊缝弱化或破坏风险。通过工艺实现分段／梯度强化技术一般是控制零件在热冲压过程中的冷却速度，得到不同的组织而获得不同的性能。主要有控制模具的导热，包括主动冷却（CN 102212742 A），被动冷却（CN104831020A、CN103521581A、CN103409613A）。CN102212742A通过设计柔性可控大带冷却管道的热冲压成形模具，零件的不同区域设计不同水流速度实现不同的冷却速度。CN104831020A通过模具中的水道设计，随着冷却水在模具中留过的距离而导致温度不同，在模具中形成不均匀的温度场而实现冲压过程中的梯度控制。CN103521581A和CN103409613A均是通过在模具中的热障涂料改变零件的冷速而实现性能梯度化。WO2006/038868 A1描述了一种梯度化方法，其通过控制模具和待冲压件之间的凹槽形成空气间隙，来冷却速度。US2013/0048160A1通过在钢板奥氏体化和热冲压成形之间对需要软化的零件区域进行预冷而得到软相组织，随后经热冲压后实现零件的梯度化。CN101861265A描述了一种用于车辆的B柱及其制造方法。其目的是设计一种具有梯度性能的B柱，在靠近B柱下端固定部存在至少30mm的软区，其制造方法是控制软区的冷却速度。CN103878237A公开了一种高强钢热冲压成形零件加工的方法，其对热成形后的均一构件进行局部的退火，实现零件的梯度化。该方法需要设计特殊的感应加热线圈，退火温度较高，为600～1000℃，其优选温度为800℃，并且退火后空冷至100～500℃进行加工。综上所述的各种对比专利中的方法，主要特点是在钢板奥氏体化和热成形后，通过控制软区在冷却过程中的相变获得其组织性能，通过控制不同部位的冷却速率而获得不同的强度，或通过模具冷却的设计或凹槽或预冷处理得到软区。显著的缺点是需要改变原有的模具设计，工艺稳定性差，模具寿命短，且在22MnB5的材料基础上的软区很难突破15%的延伸率。
技术实现思路
本专利技术涉及一种在同一零件上实现梯度化性能的工艺，其硬区的冲压成形工艺、热处理方法及机械性能与其软区的冲压成形工艺及热处理方法有所不同。本专利技术还涉及同时具有硬区和软区的构件，其硬区因高强度可保证小的碰撞变形，其软区因高的延伸率可保证碰撞吸能。根据本专利技术的一个优选实施例，提供了一种用于获得梯度化性能的处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：A、准备坯材，将坯材划分为待形成硬区的区域和待形成软区的区域；B、将待形成硬区的区域加热到720℃以上，使其微观组织转变为奥氏体，同时保持待形成软区的区域的温度低于720℃；C、对坯材整体进行冲压成形，并在冲压成形之后以任意冷却方式进行冷却；D、对冲压成形后得到的构件的硬区进行碳配分处理，使碳从马氏体向奥氏体中扩散。根据本专利技术的另一优选实施例，提供了一种用于获得梯度化性能的处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：A、准备坯材，将坯材划分为待形成硬区的区域和待形成软区的区域；B、将待形成硬区的区域加热到720℃以上，使其微观组织转变为奥氏体，同时保持待形成软区的区域的温度低于720℃；C、对坯材整体进行冲压成形，并在冲压成形之后以任意冷却方式进行冷却；D、对冲压成形后得到的构件的硬区进行碳配分处理，使碳从马氏体向奥氏体中扩散。根据本专利技术的再一优选实施例，提供了一种具有梯度化性能的构件，其特征在于，所述构件通过上述优选实施例的处理工艺制成。在本专利技术的一个方案中，硬区和软区的加热工艺不同（软区非全奥氏体加热），冲压成形工艺软区与硬区一致，因此不需要模具修改，工艺可靠性好。本专利技术的另一种方案则是先通过冲压成形工艺形成成形构件，然后对软区单独进行热处理，对冲压模具和工艺没有任何影响。值得强调的是，本专利技术的两种方案所获得的软区延伸率可确保大于15%，优选为25～35%，远优于现有技术的水平。需要说明的是，在本说明书中，性能梯度化零件包括但不限于汽车的B柱、A柱、前纵梁等。“硬区”是指零件上强度高的淬硬区域，“软区”是指零件上强度低而延伸率高的区域。以汽车B柱为例，硬区是上端需要防止碰撞侵入的区域，软区是下端需要吸收碰撞能量的区域。软区的微观组织以面积计包括：30%至60%的残余奥氏体、40%至70%的体心立方晶体结构的马氏体或铁素体、低于3%的碳化物。软区的力学性能为：抗拉强度900～1500MPa，延伸率大于15%。硬区的微观组织以面积计包括：3%至23%的残余奥氏体、低于2%的碳化物、其余为马氏体。硬区的力学性能为：屈服强度大于1200MPa，抗拉强度大于1600MPa，延伸率大于10%。附图说明下面将参考附图来描述本专利技术的优选实施例，附图中：图1是根据本专利技术第一实施例的工艺路线图；图2是根据本专利技术第二实施例的工艺路线图；图3是根据本专利技术第三实施例的工艺路线图；图4是根据本专利技术第四实施例的工艺路线图；图5是含有硬区和软区的汽车B柱的示意图。需要指出的是，图示中实线代表必须经历的工艺路径，而虚线代表非必须的可选工艺路径。具体实施方式下面将参考示例性实施例来更详细地描述本专利技术的工艺路线。以下实施例旨在解释本专利技术的示例性的工艺路线，本领域的技术人员应该清楚的是本专利技术不限于这些实施例。根据本专利技术，首先可提供一种用于冲压成形的钢材，所述钢材以重量百分比计包括0.22～0.48%的C、5～9.5%的Mn、0.2～3.0%的Si+Al以及余量的Fe和不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于获得梯度化性能的处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：A、准备坯材，将坯材划分为待形成硬区的区域和待形成软区的区域；B、将待形成硬区的区域加热到720℃以上，使其微观组织转变为奥氏体，同时保持待形成软区的区域的温度低于720℃；C、对坯材整体进行冲压成形，并在冲压成形之后以任意冷却方式进行冷却；D、对冲压成形后得到的构件的硬区进行碳配分处理，使碳从马氏体向奥氏体中扩散。

【技术特征摘要】
2015.12.04 CN 20151087832351. 一种用于获得梯度化性能的处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：A、准备坯材，将坯材划分为待形成硬区的区域和待形成软区的区域；B、将待形成硬区的区域加热到720℃以上，使其微观组织转变为奥氏体，同时保持待形成软区的区域的温度低于720℃；C、对坯材整体进行冲压成形，并在冲压成形之后以任意冷却方式进行冷却；D、对冲压成形后得到的构件的硬区进行碳配分处理，使碳从马氏体向奥氏体中扩散。2. 如权利要求1所述的用于获得梯度化性能的处理工艺，其特征在于，在步骤A之后且步骤B之前还包括以下步骤：对坯材整体进行退火处理，即将坯材整体加热至600～720℃，保温0.5～60分钟，然后以任意冷却方式将其冷却至室温。3. 如权利要求2所述的用于获得梯度化性能的处理工艺，其特征在于，在步骤B中使待形成软区的区域的温度保持为720℃以下。4. 如权利要求1所述的用于获得梯度化性能的处理工艺，其特征在于，在步骤B中对坯材的待形成软区和硬区的区域同时进行加热并保温0.5～60分钟，其中，待形成软区的区域加热保温温度为600～720℃，待形成硬区的区域加热保温温度为720～850℃。5. 如权利要求1-4中所述的用于获得梯度化性能的处理工艺，其特征在于，在步骤C中，将硬区冷却至其马氏体相变开始温度点以下150～260℃，软区冷却至-100℃以上的任意温度。6. 如权利要求1-4中任一项所述的用于获得梯度化性能的处理工艺，其特征在于，在步骤D中将硬区加热到160～450℃、保温1～10000秒。7. 如权利要求1-4中任一项所述的用于获得梯度化性能的处理工艺，其特征在于，在步骤D中，对软区也进行与硬区进行一致的碳配分处理，或者不进行碳配分处理。8. 如权利要求1-4中任一项所述的用于获得梯度化性能的处理工艺，其特征在于，冲压成形后得到的构件的软区的微观组织以面积计包括：30%至60%的残余奥氏体、40%至70%的体心立方晶体结构的马氏体或铁素体、低于3%的碳化物，软区的力学性能为：抗拉强度900～1500MPa，延伸率大于15%；硬区的微观组织以面积计包括：3%至...

【专利技术属性】
技术研发人员：易红亮，杜鹏举，
申请(专利权)人：重庆哈工易成形钢铁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50