用中厚硼合金钢板材热冲压成型制造汽车零件的工艺方法及步骤

　　本发明属于成型领域，具体涉及用中厚度板材热冲压成型制造汽车部件。

　　背景技术：

　　热冲压成型(hotstamping/hotpressforming)也称冲压硬化，是近年来出现的一项专门用于汽车高强度钢板冲压成型件的新技术，也是实现汽车轻量化生产的关键技术工艺之一。热成型产品成型后几乎没有回弹，具有成型精度高。采用热冲压成型技术制得的冲压件强度可高达1500mpa，并且能够更出色地吸收车辆碰撞能量，减少车辆碰撞型变，最大程度地保护车内人员安全并实现车身轻量化。因此引起业界的普遍关注并迅速成为汽车制造领域内的热门技术，广泛用于车门防撞梁、前后保险杠等安全件以及a柱、b柱、c柱、中通道等车体结构件的生产。

　　随着我国汽车板料零件设计、制造水平的不断提高，热冲压技术的应用集中于板料零件，其各方面的标准和规范经过实践的检验和修正目前已在产品设计和生产制造环节中越发完善。以往，钢板热成形技术所采用的板料一般是厚度在3.5mm以下的薄板料，

　　现有的低于3.5mm厚度的薄板料零件的工艺过程为：

　　冲裁坯料：把常温下强度为500～600mpa的硼合金钢板冲压出所需外轮廓坯料。

　　坯料加热奥氏体化：包括加热和保温两个阶段。在加热炉中将坯料加热到约940℃，持续一段时间，使坯料完全奥氏体化，

　　热坯料快速入模：将加热并保温后的坯料从加热炉中取出并迅速放进冲压机上用循环水冷却的热成型模具中。此工序包括从加热炉中零件抓取放置到模具上。

　　冲压及模内淬火：坯料放进模具之后，立即对坯料进行冲压成型。成型以后模具要合模保压、冷却，稳定坯料的形变及利用模具对钢板进行淬火处理，冷却速度从入模温度起，以40～100℃/s的幅度降温至200℃以下，使模腔内的成型件从奥氏体转为马氏体，成型件出模，自然降温至压机环境温度后，得强度不低于1500mpa的热成型汽车部件。

　　成型件后续处理：在热成型件出模冷至室温后，根据部件设计要求进行诸如酸洗、喷丸等表面处理及激光切边、打孔整形处理。

　　与薄板材料不同，对于板厚大于5mm的厚板料，从cct曲线可获知，胚料从全部奥氏体转化为全部马氏体所要求的冷却速率越高越好，而板料过厚使得板料内部散热差、温度冷却速率下降，下降的程度导致胚料形成贝氏体、铁素体等。由于其内部在加热时热得慢且在冷却时又冷得慢，不仅导致加热时间久能耗大，而且冷却速率过慢使得金相组织难以获得完全马氏体化的理想状态，很易形成铁素体获贝氏体从而恶化零件的机械性能。所以在商用车车架横梁、纵梁和加强板类等厚板料零件，在热冲压成型淬火方面还存在的技术难题，导致其应用远不如薄板料零件冲压成型技术应用广泛和成熟。

　　技术实现要素：

　　本发明的目的是提供一种用中厚硼合金钢板材热冲压成型制造汽车零件的工艺方法，克服此前的用此类板材制造汽车部件存在的前述技术问题。

　　本发明的大于3.5mm厚度的中厚板材热成型制造汽车部件的工艺方法包括：冲裁坯料、坯料加热奥氏体化、热坯料入模、冲压及模内淬火、成型件后续处理。所作的改进是：

　　1、在坯料加热奥氏体化步骤中，先将板材加热到外部约930—950℃，距离表面1mm以上的内部温度810—900℃，达到材料完全奥氏体化；

　　2、加热炉中移出的热坯料抓取转入冲压模步骤中，控制热料坯在空气的时长为4—6秒钟，热料坯的入模温度在700—750℃之间。

　　3、在冲压及模内保压淬火步骤中，4—7mm厚坯料入模后合模成型，模内保压淬火，保压时间20—40秒，模具水循环腔中水温6—10℃，流量为100—140l/min，成型件出模温度100—200℃之间。

　　在冲压及模内保压淬火步骤中，对于6mm厚坯料入模后合模成型，模内保压淬火，保压时间优选30秒钟，模具水循环腔中水温优选8℃，流量优选120l/min，成型件出模温度100—200℃之间。

　　本发明的积极效果是：不同于传统工艺把培料内外全部加热成930℃以上，而是通过在坯料加热步骤中使坯料内、外形成温差，相对现有技术降低坯料内部的温度，克服了由于板厚导致的冷却效果差难以完全马氏体化的难点。实现大幅提升零件在模具内快速冷却速率的效果，使得冷却速率可以满足全部马氏体化的条件。在保证板料加热全部奥氏体化的条件下，避免因厚坯料心部的高温延缓冷却而降低马氏体转化率的结果，确保所成型部件的设计精度和构件的强度，克服了用中厚板材热冲压成型制造薄壳机械零件特别是汽车部件现存的技术障碍，为使用中厚硼合金板材热成型制造汽车部件提供了可用于生产的技术方案。

　　附图说明

　　图1为本发明参考的22mnb5的cct曲线图(与宝钢及本钢的材料差异但不大)。

　　具体实施方式

　　选材：本实施例选用厚度6mm的硼合金钢板材。

　　1、冲压裁出坯料：

　　2，坯料入炉加热奥氏体化：将裁出的坯料加入炉温950℃的加热炉，加热4分钟，得到表面温度950℃，心部温度大于850℃，金相组织结构全部为奥氏体的坯料；

　　原因如下：对于6mm厚的钢板，传统工艺把钢板从内到外整体都加热到950℃则需要12分钟。而采用本工艺时，6mm厚钢板可以用950℃加热4分钟，得到表面950℃，心部也大于850度的结果，此时保证钢板全部奥氏体化。通过此方法降低了钢板内部的温度100℃左右，提高了钢板内部的冷却速度。零件内部温度越高的情况下，厚度越厚散热越差，则会导致零件内部的冷却速度越慢。而依据cct曲线判断，冷却速率越高越有助于零件全部马氏体化，在零件的初始入模温度和冷却速率同时满足全部马氏体化的范围内时，零件金相组织才不会产生铁素体、贝氏体等。本工艺通过降低厚板零件内部温度的方法以规避厚度过厚导致的零件内部冷却速率低、马氏体转化率差的结果。本工艺要求在保证全部可以马氏体化的前提下，通过最大程度降低厚板零件内部加热后的初始温度来提升零件内部冷却速率。超过3.5mm厚度的钢板都可以减少相应的加热时间，使其心部大于全部奥氏体化的10～100℃即可，心部不必过高，利于冷却速率处于全部转化为马氏体的cct曲线范围内。

　　使其心部(心部截面中心线两侧距离2mm)，高于奥氏体转化温度10～100℃，使热坯料实际入模温度与冷却速率同时满足图1所示的cct曲线全部转换成马氏体的区域要求。

　　3、热坯料控温抓取入模：由于料厚不同，板件在空气中的冷却速度也不一样，因此板件在空气中转移过程需要按照cct曲线中的8秒时间控制就不会进入铁素体和贝氏体区。即将零件从加热炉抓取直到放置到模具上的时间，考虑到常规模具闭合时间2秒左右，则最佳零件抓取放置到模具时间为6秒以下。首个热坯料入模时自身温度通常在750℃～900℃，在成型十数件后，模具内表面升温稳定在60～90℃时，再尝试继续降低入模温度，但最低不低于750℃，坯料至成型模具之间的转移时间，依坯料出炉温度降至入模温度确定。

　　4、冲压及模内保压淬火：6mm厚坯料入模后合模成型，模内保压淬火，保压时间30秒，模具水循环腔中水温8℃，流量为120l/min，成型件出模温度100—200℃之间。

　　不同板厚的钢板的保压时间可以在保证以下三个必要前提下得到：(1)稳定的生产节拍，在连续生产数十件后，模具镶块温度会维持到一个平衡温度50～90℃，在此基础上得到的保压时间是准确的；(2)稳定的冷却水温度和流量，固定的上料时间；(3)出模温度控制到100度以上，200度以下即可。此外，加热炉中取出的热坯料入冲压模的温度控制到750℃，入模坯料温度下限是700℃，零件抓取时间6秒以下，然后再尝试继续降低入模温度以获得更短的保压时间。厚板冷却速度慢，入模温度越低，得到的保压时间会越短。

　　5、成型件后续处理：在热成型件出模冷至室温后，根据部件设计要求进行诸如酸洗、喷丸等表面处理及激光切边、打孔整形处理。

　　技术特征：

　　技术总结

　　一种用中厚硼合金钢板材热冲压成型制造汽车零件的工艺方法，包括：冲裁坯料、坯料加热奥氏体化、热坯料入模、冲压及模内淬火、成型件后续处理。所作的改进是：在坯料加热奥氏体化步骤中，板材加热到外部约930℃以上，距离表面1mm以上的内部温度810—900℃，加热炉中移出的热坯料抓取转入冲压模步骤中，控制热料坯在空气的时长为4—6秒钟，热料坯的入模温度在700—750℃之间。在冲压及模内保压淬火步骤中，模内保压时间优选30秒，模具水循环腔中水温8℃，流量120L/min，成型件出模温度100—200℃之间。本发明的积极效果是：通过使坯料内、外形成温差，克服了由于板厚导致的冷却效果差难以完全马氏体化的难点。确保所成型部件的设计精度和构件的强度。

　　技术研发人员：王中;李龙泽;王勇强;何璇;战鹏;张文斌

　　受保护的技术使用者：吉林省正轩车架有限公司

　　技术研发日：2018.12.11

　　技术公布日：2019.04.16