本發(fā)明屬于高強(qiáng)鋼熱成形領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高強(qiáng)鋼熱成形差異化力學(xué)性能分布柔性控制方法。

背景技術(shù)：

近年來，為了滿足安全性和節(jié)能減排(減重)的需要，高強(qiáng)度鋼受到普遍的重視，越來越多地被用來制造車身的重要結(jié)構(gòu)件和安全件。由于強(qiáng)度級別的提高，傳統(tǒng)的冷沖壓成形技術(shù)無法克服高強(qiáng)度鋼成形后的回彈和保證汽車零件的尺寸精度。熱成形能利用高強(qiáng)度鋼來生產(chǎn)復(fù)雜部件，成形和淬火同時進(jìn)行，通過相變強(qiáng)化來實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度。高強(qiáng)鋼熱沖壓成形后的零件抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到1500MPa及以上，在節(jié)能減重的同時滿足安全性需求，熱成形技術(shù)已經(jīng)成為汽車制造領(lǐng)域的前沿實(shí)用技術(shù)。

在汽車安全件應(yīng)用中，零件的力學(xué)性能往往需要和車身安全需求相匹配，不同的區(qū)域需要不同的強(qiáng)塑性來滿足整體的安全需求，即有些區(qū)域需要高強(qiáng)度防侵入，有些區(qū)域需要高塑性來吸收碰撞能量。同時，柔性的控制強(qiáng)塑性分布可以降低成形零件切邊及打孔難度，減少昂貴的激光切割設(shè)備投入和時間投入。

為滿足力學(xué)性能的差異化分布，目前已經(jīng)有多種技術(shù)，如非均一板料，選擇性加熱，選擇性冷卻，選擇性退火等。非均一板料指的是化學(xué)成分不同、板厚不同的通過激光拼焊、電阻點(diǎn)焊、鉚釘和螺栓連接的板料，其主要包括拼焊板、差厚板和補(bǔ)丁板三類，其中：拼焊板是利用激光拼焊技術(shù)將不等厚板、不同材質(zhì)的板材焊接在一起得到的非均一板材，該技術(shù)存在毛坯加工成本高，焊縫位置難以確定，不適用于涂層板等問題；差厚板技術(shù)是在軋制過程中通過調(diào)節(jié)軋制輥輪的間隙軋制出厚度不均一，化學(xué)成分均一的板材，然后使用該板材進(jìn)行熱成形，該技術(shù)生產(chǎn)成本高，難以實(shí)現(xiàn)曲面拼接，柔性差；補(bǔ)丁板是通過電阻點(diǎn)焊連接技術(shù)或者激光焊接技術(shù)將局部需要強(qiáng)化的位置連接疊加一塊板，用于增加該處的厚度，該種方法和差厚板的效果類似，都是通過板料的厚度來控制零件結(jié)構(gòu)上的剛度強(qiáng)弱，其實(shí)際性能卻不如差厚板工藝。選擇性加熱是通過將板料部分加熱至奧氏體化狀態(tài)，部分板料不加熱(或者加熱至Ac1以下某一溫度)，最后將溫度梯度化分布的板料轉(zhuǎn)移至模具上成形淬火，該方法中主要有采用隔熱板，電加熱，電磁感應(yīng)局部加熱，火焰噴火局部加熱等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)，但使用隔熱板過程麻煩，電加熱受坯料截面影響柔性差，電磁感應(yīng)加熱均勻性性差，火焰加熱溫度控制差等問題。選擇性冷卻是指完全奧氏體化的板料在轉(zhuǎn)移或者成形淬火過程中，控制部分板料冷卻速率降低，相變形成復(fù)相組織(鐵素體，貝氏體和馬氏體)，從而實(shí)現(xiàn)成形件力學(xué)性能柔性分布，主要技術(shù)手段有模具局部加熱，采用不同模具材料等方法，這些方法均增大了模具設(shè)計制造成本，模具加熱還會降低模具壽命，增加能耗，而且還存在溫度控制差等問題。選擇性退火是指已完全淬火的熱成形件局部再次加熱最后空冷的工藝，主要包括電磁感應(yīng)局部加熱，火焰局部加熱等，這種方法缺點(diǎn)是又增加了一個工序，生產(chǎn)效率不高，且在退火過程中，零件會發(fā)生變形。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)鋼熱成形差異化力學(xué)性能分布柔性控制方法，其通過在坯料表面局部區(qū)域涂覆高吸收率的涂料，以提升局部加熱速率使其提前進(jìn)入奧氏體化，可柔性調(diào)節(jié)高強(qiáng)度鋼坯料不同區(qū)域的強(qiáng)度和塑性，具有操作簡單，自動化程度高，所用時間短，設(shè)備投入少等優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種高強(qiáng)鋼熱成形差異化力學(xué)性能分布柔性控制方法，包括如下步驟：

(1)在高強(qiáng)鋼坯料成形后需獲得具有高強(qiáng)度的位置表面處涂覆具有高吸收率且耐高溫的涂料；

(2)將涂覆有涂料的所述高強(qiáng)鋼坯料置于加熱爐中加熱1-6min，在加熱過程中，涂覆有涂料的區(qū)域比未涂覆涂料的區(qū)域加熱速度快，從而使涂覆涂料的區(qū)域提前完全奧氏體化，而未涂覆涂料的區(qū)域非奧氏體化或非完全奧氏體化；

(3)將加熱處理后的所述高強(qiáng)鋼坯料從加熱爐中取出后在1-10s內(nèi)快速轉(zhuǎn)移至成形模具上；

(4)所述成形模具在壓力機(jī)的帶動下閉合使坯料成形并保壓冷卻5-20s，獲得成形零件，在成形過程中，涂覆有涂料的區(qū)域冷卻后發(fā)生相變得到完全的馬氏體組織，強(qiáng)度提升塑性下降，未涂覆涂料的區(qū)域冷卻后得到其他組織。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(1)中高吸收率且耐高溫具體指吸收率為0.3-1，耐高溫范圍為300-1000℃。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(1)中的高強(qiáng)鋼坯料包括板材和管材。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(2)中的奧氏體化溫度為800-1000℃。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(4)中涂覆涂料的區(qū)域冷卻到馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的冷卻速率為30℃/s-100℃/s。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，還包括步驟(5)：將成形零件轉(zhuǎn)移至沖裁模具上進(jìn)行模具切邊沖孔，優(yōu)選的，該步驟(5)中的切邊沖孔在常溫下進(jìn)行。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的，若只需要切邊沖孔則在需要切邊沖孔過程中去除區(qū)域之外涂覆涂料。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明利用涂覆涂料后坯料表面對加熱爐輻射的吸收率增加而提升局部加熱速率而使其提前完全奧氏體化，而未涂覆區(qū)域則沒有奧氏體化或沒有完全奧氏體化的原理，使其在利用冷模具成形冷卻后即可分別獲得高強(qiáng)度低塑性的馬氏體組織和低強(qiáng)度高塑性的其他組織，柔性的調(diào)節(jié)了高強(qiáng)鋼力學(xué)性能的差異化分布，實(shí)驗(yàn)和研究均證明涂覆本發(fā)明中的涂料后均改善加熱速度，從而使涂覆涂料區(qū)域更快更早完全奧氏體化。

2.本發(fā)明簡單實(shí)用，可柔性調(diào)節(jié)高強(qiáng)度鋼坯料不同區(qū)域的強(qiáng)度和塑性，并可在模具上進(jìn)行切邊沖孔，一定程度上減少生產(chǎn)周期和能耗，提升生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。

3.本發(fā)明屬于選擇性加熱技術(shù)中的一種，相比于現(xiàn)有技術(shù)存在柔性好，操作簡單，自動化程度高，所用時間短，設(shè)備投入少等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的高強(qiáng)鋼熱成形差異化力學(xué)性能分布柔性控制方法的流程框圖；

圖2是本發(fā)明的非切邊零件差異化力學(xué)性能分布示意圖；

圖3是本發(fā)明的零件切邊區(qū)域示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)鋼熱成形差異化力學(xué)性能分布柔性控制方法，該方法包括如下步驟：

(1)將包含高吸收率且耐高溫的適量(涂覆厚度低于0.1mm)涂料物質(zhì)涂覆于高強(qiáng)鋼坯料在成形完畢后需獲得高強(qiáng)度的位置表面，若只需切邊沖孔則在切邊沖孔過程中需要去除區(qū)域之外涂覆涂料。

其中，高吸收率且耐高溫涂料物質(zhì)的吸收率為0.3-1，耐高溫范圍為300-1000℃，其還具有導(dǎo)熱性好等性質(zhì)，例如選用氮化硼、石墨等，選用具有上述性能的材料作為涂料，可以在加熱過程中增加對輻射的吸收而加快加熱速度，使涂覆涂料的區(qū)域更早完全奧氏體化，同時可以經(jīng)受加熱過程中的高溫沖擊以及不大幅影響成形冷卻過程中坯料和模具之間熱量的傳導(dǎo)。所述高強(qiáng)鋼坯料包括板材、管材，例如22MnB5板料和管料。在涂覆過程中，具有高吸收率的涂料物質(zhì)可根據(jù)需要柔性的涂覆，該柔性涂覆是指可以方便地不受空間或技術(shù)手段限制在需要涂覆的區(qū)域進(jìn)行涂覆操作，通過柔性涂覆可根據(jù)需要獲得不同區(qū)域具有不同力學(xué)性能的成形零件。

(2)將涂覆有涂料的坯料置于加熱爐中加熱一定時間，以使其局部奧氏體化，該加熱時間比未涂覆涂料區(qū)域的奧氏體化加熱時間短，具體為1-6分鐘。在加熱過程中，由于涂料的存在，增加了涂覆涂料區(qū)域?qū)彷椛涞奈章剩蛊浔任赐扛餐苛蠀^(qū)域加熱速度快，提前奧氏體化，其中，奧氏體化溫度為800-1000℃，通過控制加熱及保溫時間，使涂覆涂料區(qū)域奧氏體化而其他區(qū)域非奧氏體化。

(3)將加熱處理后的高強(qiáng)鋼坯料從加熱爐中取出后在1-10s內(nèi)快速轉(zhuǎn)移至成形模具上，以盡量降低轉(zhuǎn)移過程中的溫度損失，減少氧化和脫碳，提高效率。

(4)壓力機(jī)下行帶動模具閉合使坯料成形并保壓冷卻5-20s，在成形過程中，涂覆有涂料的區(qū)域冷卻后發(fā)生相變得到完全的馬氏體組織，強(qiáng)度提升塑性下降，未涂覆涂料的區(qū)域由于沒有奧氏體化冷卻后得到其他組織，強(qiáng)度較低塑性較高，其中，涂覆涂料的區(qū)域冷卻到馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的冷卻速率為30℃/s-100℃/s。

優(yōu)選的，本發(fā)明在步驟(1)-(4)的基礎(chǔ)上，在步驟(4)之后還包括步驟(5)：將成形零件轉(zhuǎn)移至沖裁模具上進(jìn)行模具切邊沖孔，完成成形零件的切邊與沖孔處理。具體的，該切邊沖孔操作在常溫下進(jìn)行。

以下為本發(fā)明的具體實(shí)施例。

實(shí)施例1

步驟(1)：按照圖2零件所示高強(qiáng)度低塑性區(qū)域?qū)?yīng)的某高強(qiáng)鋼(其成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)C：0.23％，Mn：0.95％，B：0.0019％)板料區(qū)域(圖2的A處)涂上厚度約為50μm的氮化硼涂料(主要物質(zhì)為氮化硼)。其中該涂料的吸收率在0.6-0.8，在氧化氛圍中的工作溫度上限為1200℃。

步驟(2)：將該板料置于爐膛溫度為850℃的加熱爐中加熱并保溫2min。

步驟(3)：開啟爐門后將加熱過的板料在10s內(nèi)快速轉(zhuǎn)移至成形模具上。

步驟(4)：壓力機(jī)下行帶動模具閉合使坯料成形并保壓冷卻20s。

如圖2所示，涂覆涂料后的區(qū)域A為馬氏體組織，具有高強(qiáng)度低塑性的特點(diǎn)，其強(qiáng)度約為1532MPa，延伸率約為7％；未涂覆涂料的區(qū)域B具有比較復(fù)雜的組織，主要是珠光體和鐵素體，具有低強(qiáng)度高塑性的特點(diǎn)，其強(qiáng)度約為490MPa，延伸率約為30％；除此之外，兩個區(qū)域之間還有過渡區(qū)域，包含馬氏體，珠光體和鐵素體等組織，力學(xué)性能也介于兩個區(qū)域之間。

實(shí)施例2

步驟(1)：按照圖3零件所示非切邊區(qū)域?qū)?yīng)的某高強(qiáng)鋼(其成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)C：0.23％，Mn：0.95％，B：0.0019％)板料區(qū)域(圖3的A處)用靜電吸附厚度約為50μm的石墨涂料。其中該涂料的吸收率約為0.8，并滿足耐高溫要求。

步驟(2)：將該板料置于爐膛溫度為850℃的加熱爐中加熱并保溫2min。

步驟(3)：開啟爐門后將加熱過的板料在10s內(nèi)快速轉(zhuǎn)移至成形模具上。

步驟(4)：壓力機(jī)下行帶動模具閉合使坯料成形并保壓冷卻20s。

步驟(5)：將成形零件轉(zhuǎn)移至沖裁模具上進(jìn)行模具切邊。

如圖3所示，涂覆涂料后的區(qū)域A為馬氏體組織，具有高強(qiáng)度低塑性的特點(diǎn)，其強(qiáng)度約為1500MPa，延伸率約為8％；未涂覆涂料的區(qū)域B(切邊區(qū)域)具有低強(qiáng)度高塑性的特點(diǎn)，其強(qiáng)度約為450MPa，延伸率約為32％。這種情況下，由于切邊區(qū)域有比較低的強(qiáng)度，采用模具即可完成冷切邊。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。