基于可淬火硼钢板热冲压成形实验研究.doc

基于可淬火硼钢板热冲压成形实验研究摘要:为研究淬火加热温度、保温时间及冷却水流速等热冲压工艺参数对热冲压零件力学性能及微观组织的影响规律，通过在不同工艺参数条件下进行弯曲件热冲压工艺试验，测量弯曲件的力学性能并观察其金相组织。结果表明，在所设计的模具上可实现高强硼钢热成形零件的有效淬火，热冲压弯曲件的抗拉强度可达到1500MPa以上，主要形成均匀细小的马氏体组织。确定了热冲压工艺参数的选择范围。关键词:可淬火硼钢;热冲压;弯曲件;热冲压工艺参数使用高强度钢板是实现汽车轻量化的重要途径。高强度钢板强度高，在常温下冲压变形，易开裂、回弹严重，复杂形状零件冲压成形困难。目前，一种使用可淬火硼钢板进行热冲压的新工艺可以克服上述难题，并成为世界上很多汽车生产厂商及研究人员关注的热点[1，2]。热成形工艺主要是利用金属在高温下，其塑性和延展性迅速增加，屈服强度迅速下降的特点，通过模具使零件成形，同时利用装有冷却系统的模具使钢板成形后在模具中淬火以获得马氏体。热冲压后钢板的抗拉强度可提高到初始值的250%[3，4]。但目前尚未见有针对热冲压工艺参数对热冲压零件力学性能及微观组织的影响进行研究的报导。因此，本文使用可淬火硼钢板进行热成形工艺试验，研究了淬火加热温度、保温时间及冷却水流速等主要工艺参数对热冲压件力学性能及微观组织的影响规律。1热冲压弯曲试验条件热冲压弯曲模具简图如图1所示。材料为硼钢，冲压前抗拉强度为600MPa。毛坯宽300mm，长410mm，料厚为211mm。凸模压下量90mm，法兰部分为80mm。凸凹模间隙为2135mm。所得到弯曲件如图2所示。图1热冲压弯曲模具简图图2热冲压弯曲零件热冲压弯曲模具装在改造后的液压机上，并在冲压前进行预热。将可淬火硼钢板在改造的电阻炉中加热到奥氏体区，然后，在装有水冷系统的模具中冲压成形并利用模具冷却淬火。热冲压后，材料的抗拉强度比热冲压前提高了215倍，达到1500MPa左右，且回弹角度大大减小，不超过2度。用相同模具进行冷冲压，获得的弯曲件如图3所示。由图2和图3可以看出，热冲压件的回弹问题不大。因此，本文将主要研究热冲压工艺对力学性能及微观组织的影响规律图3高强度钢板冷冲压件2加热温度的影响将板料加热到不同温度，保温相同的时间，然后迅速进行淬火，将得到的试件进行拉伸实验和金相观察。由拉伸试验得到的加热温度(θ)-抗拉强度(σb)关系曲线如图4所示。不同加热温度下微观组织见图5。图4加热温度-抗拉强度关系曲线加热温度为800℃b)加热温度为850℃c)加热温度为900℃d)加热温度为950℃e)加热温度为1000℃图5不同加热温度下的微观组织由图4可知，加热温度在850～950℃时，板料经淬火后抗拉强度均高于1600MPa，同原始板料相比，抗拉强度提高了215倍以上。由图5可知，加热温度在800～900℃时，随着加热温度的升高，淬火后板料的微观组织中马氏体份数逐渐增多，铁素体逐渐减少，从而使板料的抗拉强度逐渐提高。加热温度在900～1000℃，板料淬火后形成的主要是马氏体组织，但随着加热温度的升高，相同时间内形成的奥氏体晶粒越大，马氏体组织逐渐变得粗大，抗拉强度反而降低。为了得到晶粒细而均匀的奥氏体，以便淬火后获得细小的马氏体，并考虑实际热冲压成形时，板料从出炉到开始冲压存在一个短暂的降温过程，因此，加热温度范围可选择为850～950℃。3保温时间的影响将板料加热到某一最佳温度，保温不同时间后淬火，并进行拉伸试验和金相观察。由拉伸试验得到的保温时间(t)-抗拉强度(σb)关系曲线如(图6)所示。保温时间与微观组织关系所示。图6保温时间-抗拉强度关系曲线a)保温时间120sb)保温时间155sc)保温时间260sd)保温时间300s图7不同保温时间下试样的金相组织由图6可以看出，保温时间在155s之前，虽然形成的马氏体比较细小，但是由于奥氏体化时间比较短，尚存在一些未转化的铁素体，造成抗拉强度较低。同样，在保温时间延长到260s后，由于奥氏体晶粒粗大，造成淬火后获得的马氏体也比较粗大，使抗拉强度下降。为顺利实现淬火，应保证足够的保温时间，以便全部组织转变为奥氏体，且晶粒不至过于粗大。可选择保温时间为155～260s。4冷却水流速的影响采用如图1所示的模具进行热冲压试验，分别改变冲压模具中冷却水流速，在得到的热冲压零件的法兰、底部和侧壁各部位制取试样，进行拉伸实验和金相观察。同时，利用装在模具上的测温仪测量热冲压零件法兰、底部和侧壁的温度变化，得到了其热冲压过程中的平均冷却速度。不同冷却水流速(vw)情况下热冲压零件各个部位的抗拉强度(σb)如图8所示。部分零件的微观组织如图9所示。由图8可以看出，不通水情况下板料的抗拉强度最低。随着冷却水流速的提高，弯曲件