由金属板成型零件的方法技术

公开了一种由金属板成型零件的方法和由所述方法成型的零件，该方法包括以下步骤：(a)将金属板加热至温度T；以及(b)在将冷却手段施加至板的同时，在模具之间将板制成零件；其中在步骤a)中，以至少50℃.s

Method of forming parts from sheet metal

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由金属板成型零件的方法
本专利技术涉及由金属成型零件。在实施例中，本专利技术涉及由金属板成型零件的方法。
技术介绍
使用“温冲压”的工艺(有时称为温成型技术)对于由金属板成型零件的方面是众所周知的。本质上，温冲压涉及将金属胚料(有时称为工件)加热到高温，并通过诸如模具组之类的工具从中形成零件；在加工工艺中高温提高了工件材料的延展性，并降低了工件材料中的流变应力，从而能够使复杂形状的零件成型。已知诸如此类的常规温冲压技术会在加工过程中损坏所需的工件微观结构，从而导致成型零件具有不可预测的性能，并且通常降低成型后强度。由于上述原因，通常不使用温冲压技术来形成高强度零件。硼钢板的典型温冲压工艺如图2中图表上的虚线所示，并在下面的加工路径中示出。使用“热冲压”的工艺正在成为由金属板形成高强度零件的优选解决方案，这些零件可用于汽车“白车身”(BiW)、底盘和悬架(C&S)零件。诸如硼钢的超高强度钢的开发使这种“热冲压”工艺可用于生产汽车安全关键面板零件，例如用于白车身和管状零件的A柱、B柱、保险杠、车顶纵梁、摇臂横梁和地板隧道，以及C&S的扭力梁。近年来，全球对这种超高强度钢零件的需求一直在急剧增长。图1示出了硼钢板的典型热冲压工艺。本质上，它包括以下步骤：a)将钢坯料加热到其奥氏体化温度，例如925℃以上，并在该温度下均热，以使所有金属都能转变成奥氏体。在这种状态下，金属是柔软的并且具有高延展性(易于成型)；b)快速将奥氏体材料坯料转移到压力机；c)使用通常是水冷却的冷模具组将坯料成型为部件的形状；d)将成型的零件在冷模具组中保持一定的时间(通常至少为6-10秒，取决于几何形状、板厚度、压力等)以进行淬火，从而使材料达到硬质相，例如形成的马氏体(用于高强度部件)；以及e)当零件温度降至足够低的水平，例如250℃时，释放模具，然后取出部件。有时将这种工艺称为“热冲压、冷模成型和淬火”工艺或“热冲压和压制硬化”工艺。在用于由钢板成型复杂零件的这种现有的热冲压工艺中，在室温下将板材工件尽可能快地从熔炉转移到工具(模具组)上，同时使其变形和淬火。淬火速率足够快以在钢中产生马氏体微观结构，这是高强度产品的基础。将成型零件在冷模具组中放置一段时间，可以使成型零件冷却并形成“硬质相”(例如，在硼钢板的情况下为马氏体)，从而提高了成型后强度并减少回弹。本文中使用术语“回弹”来描述成型零件朝着其原始板材形状弹性变形的程度。本专利技术的目的是提供对现有冲压工艺的改进，尤其是提供对用于高强度产品的现有冲压工艺的改进。
技术实现思路
一般而言，提出了一种快速温加热方法以提高高强度金属板零件的制造生产率。在提出的快速温加热方法中，快速加热金属板到其可以成型的温度。该温度低于临界微观结构变化温度，即低于将导致正被加热的金属的微观结构发生实质性变化的温度。令人惊讶地发现，在本方法提供的条件下，在成型之前对金属板进行快速加热，避免了金属板微观结构的任何实质性变化，并且与使用相同金属板但使用常规方法成型的零件的延展性和成型后强度相比，令人惊讶地提高了成型零件的延展性和成型后强度。甚至更令人惊讶地发现，根据本专利技术方法形成的零件的延展性和成型后强度为成型零件提供了与金属板在加热和成型之前相似的延展性和强度性能。避免板的微观结构发生任何实质性变化意味着：第一，不需要初始大幅加热，然后从相当大的温度快速冷却(称为淬火)以形成所需的“硬质相”。以这种方式，减少了并且通常大幅减少了充分加热，然后将模具夹持在一起(允许零件成型)所需的时间；第二，在零件成型之后，金属板的物理性能基本上保持不变。以这种方式，可以根据所用材料的初始阶段的性能，而不是根据现有的热冲压工艺所需的所需最终阶段的性能(在整个成型零件中可能会或可能不会以统一的方式获得)，来选择要制造成型零件的材料；以及第三，该方法可以应用于多种类型的金属和金属合金，而无需考虑如果使用现有的热冲压方法进行处理将产生的任何所得金属相的性能。在较低温度下成型金属板减少了整个工艺中的能量消耗，因此降低了成本。其他有益效果来自可选特征。根据本专利技术的第一方面，提供了一种由金属板成型零件的方法，该方法包括以下步骤：a)将金属板加热至温度T；以及b)在施加冷却手段(means)至板的同时，在模具之间将板成型为零件；其中，在步骤(a)中以至少50℃.s-1的速率加热金属板，并且温度T高于该金属的临界成型温度，并且不超过所述金属板的临界微观结构变化温度。温度T是指在高于该温度可以成型金属板(称为“临界成型温度”)，低于该温度将导致板的微观结构发生实质性变化的温度(称为“临界微观结构变化温度”)。换句话说，温度T必须足够高以能够成型，但又不能高到足以使金属板的微观结构发生实质性变化。对于给定材料和给定加热速率，发生微观结构变化(例如相变、沉淀或重结晶)的温度可以在文献中找到，也可以使用已知技术通过实验确定。本文所述的临界微观结构变化温度是这样的温度，低于该温度，金属板的微观结构没有实质性改变。本文所讨论的微观结构的变化可能涉及诸如相变(例如，在钢的情况下为奥氏体化)、沉淀和/或重结晶之类的变化。在步骤(a)中将金属板加热至低于临界微观结构变化温度的温度意味着基本上避免了板的微观结构的变化，并且优选完全避免该变化。已经发现以要求的加热速率抑制本专利技术方法中的微观结构的所有变化，以提供一种具有上述所有优点的冲压方法。已经发现，当在所提出的方法期间对金属板的微观结构进行小的改变时(即，基本上避免改变的情况下)，仍可在制造生产率上获得改善。以这种方式基本上避免变化可以涉及金属板的微观结构的1％至10％的变化，优选地1％至5％的变化，并且最优选地1％至3％的变化。例如，金属板的微观结构的变化可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％的程度的变化。给定材料的微观结构变化可以通过在成型之前或之后使用X射线衍射(XRD)分析、电子背散射衍射(EBSD)、扫描电子显微镜(SEM)、隧道电子显微镜(TEM)或任何其他已知的确定材料微观结构的方法来检查金属板的微观结构而确定。可以使用上述分析技术来评估温度处理对不同金属板中微观结构的影响，以确定临界微观结构随温度的变化。变化可能包括新相和/或沉淀的产生；相和/或沉淀物和/或重结晶晶粒等的溶解，所有这些都可以通过体积分数的变化，即单位体积中变化的微观结构特征的总体积来限定。优选地，温度T不超过以相变、重结晶和/或沉淀的形式引起金属板任何微观结构变化的温度。给定材料的临界成型温度可以通过比较金属板在成型部件时在不同变形温度下所承受的已知伸长率与给定材料的拉伸试验数据(例如从单轴拉伸试验获得的数据)来确定；临界成型温度是金属板必须达到的最低温度，该温度使所需的伸长率(成型期间)在没有失败的情况下施加到金属板上。可以使用拉伸测试仪，例如3800热机械模拟器获得给定材料的拉伸测试数据。其他已知的方法可以用于确定临本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由金属板成型零件的方法，所述方法包括以下步骤：/na)将所述金属板加热至温度T；以及/nb)在施加冷却手段至所述板的同时，在模具之间将所述板成型为所述零件；/n其中，在步骤a)中以至少50℃.s

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170825 GB 1713741.51.一种由金属板成型零件的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将所述金属板加热至温度T；以及
b)在施加冷却手段至所述板的同时，在模具之间将所述板成型为所述零件；
其中，在步骤a)中以至少50℃.s-1的速率加热所述金属板，并且温度T高于临界成型温度并且不超过所述金属板的临界微观结构变化温度。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属板是铝、镁、钛或其合金。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属板是钢或其合金。


4.一种由钢板成型零件的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将钢板加热至温度T；以及
b)在施加冷却手段至所述板的同时，在模具之间将所述板成型为所述零件；
其中，在步骤a)中以至少50℃.s-1的速率加热所述钢板，并且温度T高于临界成型温度并且不超过所述钢板的临界微观结构变化温度。


5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其特征在于，所述钢是超高强度钢(UHSS)，例如马氏体钢。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，以50℃.s-1至300℃.s-1的速率加热所述板。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，温度T为50℃至600℃、300℃至550℃、或350℃至450℃。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，使用接触加热器、红外加热器、感应加热器或电阻加热器将所述板加热至温度T。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述冷却手段以至少10℃.s-1的速率，优选地在10℃.s-1至300℃.s-1的范围内并且更优选地50℃.s-1至200℃.s-1的速率冷却所述金属板。


10.根据前述权利要求中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王礼良，欧麦·埃尔法基尔，孙雨豪，吉康，栾禧，蔡昭恒，刘啸川，
申请(专利权)人：帝国理工学院创新有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB