一种选择性冷却定制强度热成形工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种选择性冷却定制强度热成形工艺，分为选择性缓冷与选择性快冷。选择性缓冷奥氏体化完成后软区工艺为：该区域采用1

【技术实现步骤摘要】
一种选择性冷却定制强度热成形工艺


[0001]本专利技术涉及热成形领域，特别是涉及一种选择性冷却定制强度热成形工艺。

技术介绍

[0002]热成形工艺是一种将成形与热处理相结合的非等温金属板料成形工艺，其概念最早是在上世纪70年代提出，由NorrbottensJemverk于1973年开发，并且在1975年在沃尔沃卡车上得到应用。在1984年，萨博公司首次使用热成形技术制造了汽车侧边门内防撞梁，上世纪90年代，法国雷诺汽车首次使用热成形技术制造的保险杠，同期瑞典钢铁集团制造了第一件热成形B柱。随着热成形零件显现出的巨大优势，汽车上热成形零件的使用种类和数量也在不断提升。
[0003]高强度钢板热冲压成形技术的主要工艺是：如图1所示，将室温组织为铁素体和珠光体的0.5
‑
3mm高强度薄钢板加热到900
‑
950℃，并保温3
‑
10分钟使组织全部奥氏体化，之后将处于红热状态的钢板通过转运工具传送到带有冷却装置的模具内进行冲压成形，通过模具对板料的保压作用可以使其以大于马氏体转变临界冷却速度（如22MnB5为27℃/s）进行降温淬火处理，在这个过程中，钢板中的组织会由最初的奥氏体组织全部转变为马氏体组织，并最终得到强度可达1500MPa的高强度成形件。
[0004]现有技术一的技术方案：局部加热法(局部奥氏体化)：根据零件各部位性能不同的要求，将需求马氏体的区域材料加热到高于Ac3的温度，而其他区域保持在Ac3温度以下从而防止全奥氏体化，最终组织仍将保留具有良好韧性的铁素体
‑
珠光体。Ac3温度以上材料会获得全奥氏体相，此后进行淬火即得到马氏体。
[0005]现有技术一的缺点：局部加热法需要在加热阶段控制不同区域加热温度，这通常采用局部添加热屏蔽材料实现，在后续热成形工序前需要去除屏蔽材料，这增加了整个工艺的复杂性与成本，同时，热屏蔽区无法做到小尺寸化，否则会受周围高温区域热传导影响其温度。
[0006]现有技术二的技术方案：控制模具温度法(模具分区淬火)：该方法的核心是通过控制模具与钢板的温度差来控制钢板的冷却行为。控制模具的温度不仅仅改变了热传导的速率，更重要的是限制了钢板降温程度。可以将模具温度设定在马氏体温度以上，则最终得到的组织不会有马氏体，如果将模具的温度再升高至贝氏体转变温度线以上，则最终得到铁素体
‑
珠光体组织。
[0007]现有技术二的缺点：控制模具温度法需要增加模具冷却水道、添加加热丝方法控制成形模具温度，或者改变模具材料和表面等改变界面传热性能。控制模具温度法要控制部分区域的冷却速度，这样使得保压冷却的时间进一步延长。并且该方法需要对模具进行重新设计不仅大大增加了制造成本，同时也无法实现性能差异区小尺寸化（具有冷却水道模具块需要和具有加热丝模具快保持空气间隙），过渡区宽度往往在50mm以上。
[0008]现有技术三的技术方案：除了在局部加热法和控制模具温度等热成形方法中获得性能梯度分布的材料外，可以使用热成形后的附加局部退火步骤，如附加热屏蔽材料进行局部退火，或采用激光选区加热的方式对完全淬火的部件进行退火，无论其位置和部件尺寸如何，都可以形成软区。
[0009]现有技术三的缺点：附加热屏蔽材料局部退火方式与技术方案一存在同样的问题，即工艺完成后需要去除屏蔽材料，激光选区加热方法虽然对退火区域可灵活控制，但其成本较高，以上附加局部退火方法增加工艺的复杂性与生产成本，无法实现批量成产。同时附加局部退火在成形后进行退火，这会导致退火区域残余应力释放，产生较大畸变，影响零件尺寸精度。

技术实现思路

[0010]随着超高强钢及热成形技术在工程中的应用推广，人们逐渐意识到服役状态下汽车零部件所承受的载荷并不是均匀分布。从碰撞能量分配的角度分析，并非车身部件强度越高越有利于实现轻量化和保证抗撞性。为保证车身的整体刚度和碰撞吸能效果，要求汽车零件不同部位的材料性能需与使用要求相匹配。因此，根据载荷的分布形式设计最终零件的梯度性能成为汽车防撞核心零件追求的目标。
[0011]热冲压成形技术可以使零件强度提高的同时有效减轻重量，广泛应用于汽车零部件生产。虽然传统热冲压零件具有高强度和高硬度，但塑性和韧性较差,高强度的特点给碰撞过程中的能量吸收以及成形后零件的再加工带来了困难。为了解决这个问题, 本专利技术的选择性快冷定制热成形工艺可以使零件局部区域获得更好的塑性和韧性，选择性缓冷定制热成形工艺过渡区宽度约为30
‑
50mm，软区抗拉强度700
‑
1000MPa，硬区抗拉强度约为1500
‑
2000MPa，适用于软区面积大于1000mm2需求。选择性快冷定制热成形工艺过渡区宽度约为10
‑
30mm，软区抗拉强度为800
‑
1100MPa，硬区抗拉强度约为1500
‑
2000MPa。适用于软区面积小于1000mm2需求。
[0012]一种选择性冷却定制强度热成形工艺，包括以下步骤：将板料加热至奥氏体化温度900
‑
950℃保温3
‑
8min，使组织奥氏体化。
[0013]奥氏体化完成后软区A工艺为：该区域采用1
‑
50℃/s的冷却速度冷却至马氏体开始转变温度，此过程不对板料进行成形，仅做冷却处理，冷却过程可采用风、雾、水冷、平板模具接触式冷却等方式。后回火至510
‑
595℃，并等温15
‑
60秒；最后整体淬火成形至室温，最终得到铁素体+珠光体+少量马氏体组织，该区域抗拉强度为850
‑
1300MPa。奥氏体化完成后硬区工艺为：保持该区域温度在700
‑
850℃，后随软区整体回火至750
‑
950℃，最后整体淬火成形至室温，得到全马氏体组织，该区域抗拉强度为1500
‑
2200MPa。
[0014]所述马氏体开始转变温度为300
‑
450℃。
[0015]冷却采用射流冷却、接触式冷却等方式。
[0016]软区维氏硬度为260
‑
400 HV，延伸率为10
‑
25%；硬区维氏硬度为450
‑
650HV。
[0017]一种选择性冷却定制强度热成形工艺，包括以下步骤：将板料加热至奥氏体化温度900
‑
950℃保温3
‑
8min，使组织奥氏体化。
[0018]奥氏体化完成后软区工艺为：该区域采用射流冷却或接触式冷却等方式，以大于马氏体转变临界的冷却速度10
‑
100℃/s冷却至马氏体结束转变温度，后回火至510
‑
595℃，
并等温15
‑
60秒；最后整体淬火成形至室温，最终得到回火组织，该区域抗拉强度为850...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选择性冷却定制强度热成形工艺，其特征在于，包括如下步骤：将板料加热至奥氏体化温度900
‑
950℃保温3
‑
8min，使组织奥氏体化；奥氏体化完成后软区A工艺为：软区冷却至马氏体开始转变温度，并等温1
‑
60秒；后回火至510
‑
595℃，并等温15
‑
60秒；最后整体淬火成形至室温，最终得到铁素体+珠光体+少量马氏体组织，软区抗拉强度为850
‑
1300MPa；奥氏体化完成后硬区工艺为：保持硬区温度在700
‑
850℃，后随软区整体回火至750
‑
950℃，最后整体淬火成形至室温，得到全马氏体组织，硬区抗拉强度为1500
‑
2200MPa。2.如权利要求1所述的选择性冷却定制强度热成形工艺，其特征在于：所述马氏体开始转变温度为300
‑
450℃。3.如权利要求1所述的选择性冷却定制强度热成形工艺，其特征在于：采用1
‑
50℃/s的冷却速度冷却至马氏体开始转变温度。4.如权利要求1所述的选择性冷却定制强度热成形工艺，其特征在于：所述冷却采用射流冷却或接触式冷却方式。5.一种选择性冷却定制强度热成形工艺，其特征在于，包括如下步骤：将板...

【专利技术属性】
技术研发人员：李贤君，梁校，王德成，张文良，侯俊卿，杨涛，罗平，
申请(专利权)人：北京机电研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：