專利名稱：一種高強鋼材料成形時調節零件強度分布的方法
技術領域：
本發明涉及一種高強鋼材料的成形方法，具體涉及高強鋼材料成形時調節零件強度分布的方法。
背景技術：
在航空航天領域及汽車制造等行業，結構的輕量化已成為最重要的目標之一。實現結構輕量化的主要途徑，一是進行結構的優化設計，利用復雜、整體的構件代替以往分體成形、組裝焊接的構件；二是采用鋁合金、鎂合金等比強度高的輕質材料，利用相同質量的材料提供更高的強度。在汽車制造業，隨著對減重的要求日益迫切，一批高強度的鋼材被開發出來，如雙相(DP)鋼、相變誘導塑性(TRIP)鋼、馬氏體(M)鋼、復相(CP)鋼、熱成形(HF)鋼、孿晶誘導塑性(TWIP)鋼和熱成形(HF)鋼，因為這些材料所成形出零件的抗拉強度遠遠高于普通的鋼材，可達到1500MPa甚至更高，所以此類材料也可稱為輕質材料。在實際應用過程中，在要求零件高強度的同時，往往還要求其整體或局部具有足夠的塑性或韌性，以滿足碰撞、連接等方面的要求。以往，可通過激光拼焊的方法，將不同種類、不同厚度的坯料焊接在一起然后變形，以得到合理強度分布的零件。但是由于異種材料的焊接比較困難，另外在焊接處材料的厚度等發生突變，常導致零件的成形困難或成形后零件的強度分布達不到要求。中國專利號為201110126218. 8
公開日為2011年05月16日的發明專利公開了一種強度柔性分布的熱沖壓成形汽車零件及其控制方法，該專利的成形過程是通過控制零件上不同部位的冷卻淬火速度，實現強度分布的控制和調整。但對于非熱成形的高強鋼，如雙相(DP)鋼、相變誘導塑性(TRIP)鋼、馬氏體(M)鋼、復相(CP)鋼和孿晶誘導塑性(TffIP)鋼，目前仍然沒有一種能夠簡單有效的成形出強度變化分布的高強鋼零件的方法。

發明內容
本發明的目的是為解決目前對于成形雙相鋼、相變誘導塑性鋼、馬氏體鋼、復相鋼或孿晶誘導塑性鋼零件時，控制零件強度分布困難的問題，而提供一種高強鋼材料成形時調節零件強度分布的方法。本發明的方法是通過以下步驟實現的步驟一、利用加熱裝置對高強鋼坯料I上強度要求低的區域局部加熱到20(TC IOOO0C ；步驟二、對高強鋼坯料I保溫O 30min，使高強鋼坯料I的局部組織發生轉變；步驟三、關閉加熱器2，使高強鋼坯料I冷卻到室溫；步驟四、將局部加熱處理后的高強鋼坯料I置于模具中進行成形，得到所需的強度變化分布的高強鋼零件。本發明與現有技術相比具有以下效果
一、為了成形變強度分布的高強鋼零件，對于成形后要求零件強度較弱的區域，在成形前進行局部加熱處理，使該區域的馬氏體、貝氏體或殘余奧氏體組織發生轉變，減少馬氏體和貝氏體含量可以降低其初始強度以及加工硬化速率；減少殘余奧氏體含量可減少變形時發生相變生成的馬氏體，本發明正是從改變高強鋼坯料成形前的組織出發，只需通過對高強鋼坯料進行局部加熱處理，控制加熱溫度和加熱時間，可得到不同的組織和強度，避免了傳統拼焊方法的性能突變，簡化了模具設計和工藝過程，高強鋼零件的強度分布更理想。二、成形前先對坯料進行局部加熱處理，避免了在零件成形后再進行熱處理時加熱與冷卻而引起零件形狀尺寸變化，保證了零件形狀尺寸精度。三、通過對坯料不同部位進行局部加熱處理軟化，可以提高材料的局部塑韌性，控制材料不同部位的變形順序，適于成形形狀更復雜的零件。四、本發明的材料應用范圍較廣，可應用于雙相(DP)鋼、相變誘導塑性(TRIP)鋼、馬氏體(M)鋼、復相(CP)鋼和孿晶誘導塑性(TWIP)鋼等先進高強鋼。



圖1是具體實施方式
一中步驟一的加熱過程示意圖；圖2是具體實施方式
一中步驟三對零件強度要求高的區域增設局部冷卻裝置3，使該區域溫度始終低于200°C的實施過程示意圖；圖3是具體實施方式
六的實施過程示意圖；圖4是具體實施方式
七的實施過程示意圖；圖5是具體實施方式
八的實施過程示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1 圖5具體說明本實施方式的實現步驟步驟一、利用加熱裝置對高強鋼坯料I上最終強度要求低的區域局部加熱到200°C 1000°C ;最終強度要求低的區域是指成形后的高強鋼零件強度要求低的區域。強度要求高的區域和強度要求低的區域的劃分是根據零件的需要來劃分；步驟二、對高強鋼坯料I保溫O 30min，使高強鋼坯料I的局部組織發生轉變；步驟三、關閉加熱器2，使高強鋼坯料I冷卻到室溫；步驟四、將局部加熱處理后的高強鋼坯料I置于模具中進行成形，得到所需的強度變化分布的高強鋼零件。采用該實施方式，對零件要求強度高的區域不加熱，保持其原始組織狀態，零件成形后該區域強度仍然較高；對零件要求強度較弱的區域進行局部加熱處理，使該區域組織發生變化而使強度降低或加工硬化速率降低，導致零件成形后該區域的強度較弱。
具體實施方式
二 結合圖1說明本實施方式，本實施方式的步驟一中高強鋼坯料I為雙相(DP)鋼、相變誘導塑性(TRIP)鋼、馬氏體(M)鋼、復相(CP)鋼或孿晶誘導塑性(TffIP)鋼。對于雙相(DP)鋼、相變誘導塑性(TRIP)鋼、馬氏體(M)鋼、復相(CP)鋼和孿晶誘導塑性(TWIP)鋼，其組織都含有馬氏體或殘余奧氏體，因此初始強度很高或者在變形時發生相變由殘余奧氏體形成馬氏體或者材料發生劇烈的加工硬化而獲得更高的強度。雙相(DP)鋼的顯微組織主要是在軟基體的鐵素體上分布著島狀的硬質馬氏體相，馬氏體含量越高則初始強度越高，并且由于硬質馬氏體相的存在，使雙相鋼有很高的加工硬化速率。因此在成形前通過對坯料的局部加熱處理，減少其馬氏體相的含量，可以降低其強度，并且減小加工硬化速率，因此可以通過局部熱處理來調節高強鋼零件的強度分布。相變誘導塑性(TWIP)鋼中存在多相組織，通常為鐵素體、貝氏體、殘余奧氏體和馬氏體。在形變過程中，殘余奧氏體向馬氏體轉變時引起了相變強化，因此通過對坯料的局部加熱處理，不僅可以減少其初始組織中的貝氏體和馬氏體，以降低其初始強度，還可以減少其殘余奧氏體的含量，從而減少變形時發生相變生成的馬氏體，從而調節高強鋼零件的強度分布。對于馬氏體(M)鋼、復相(CP)鋼和孿晶誘導塑性(TWIP)鋼，調節其強度分布的機理也是類似的。采用本實施方式，對于雙相(DP)鋼、相變誘導塑性(TRIP)鋼、馬氏體(M)鋼、復相(CP)鋼，通過局部加熱處理使組織中的馬氏體、貝氏體或殘余奧氏體等轉變為鐵素體或珠光體，使其初始強度降低。對于孿晶誘導塑性(TWIP)鋼，室溫下組織為穩定的奧氏體，成形前通過退火處理使其組織發生變化，退火溫度越高，保溫時間越長，退火后奧氏體晶粒越大，退火孿晶數量越多，此時強度降低，而塑性提高。需要特別指出的是，不同材料的加熱溫·度和保溫時間不同，需要通過具體實驗測定。其它步驟和參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖2說明本實施方式，本實施方式的步驟一中在零件強度要求高的區域(即不需要加熱的區域)，設置局部冷卻裝置3，在加熱的過程中，通過局部冷卻裝置3向該區域噴射冷卻水或液氮，使該區域溫度始終低于20(TC。采用該實施方式，可防止由于導熱使加熱區域的熱量傳導至不需要加熱的區域，使不需要加熱的區域溫度始終保持低于200°C，組織不發生變化，更有利于控制零件的強度分布。另外，采用液氮作為冷卻介質還可起到保護氣氛的作用，防止坯料表面氧化。其它步驟和參數與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四結合圖1 圖5說明本實施方式，本實施方式的步驟一中的加熱裝置為加熱器2或感應線圈。上述加熱方式使高強鋼坯料I迅速加熱到所需溫度，加熱時間短，效率高。其它步驟和參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五結合圖3 圖5說明本實施方式，本實施方式的感應線圈為螺旋式感應線圈4、平面螺旋式感應線圈5或平面并排式感應線圈6。其它步驟和參數與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六結合圖3說明本實施方式，本實施方式的步驟一中的高強鋼坯料I為管材，局部加熱方式采用螺旋式感應線圈4。其它步驟和參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七結合圖4說明本實施方式，本實施方式的步驟一中的高強鋼坯料I為板材，局部加熱方式采用平面螺旋式感應線圈5。其它步驟和參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八結合圖5說明本實施方式，本實施方式的步驟一中的高強鋼坯料I為板材，局部加熱方式采用平面并排式感應線圈6。其它步驟和參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九結合圖1 圖5說明本實施方式，本實施方式的步驟一中局部加熱溫度為50(TC。其它步驟和參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十結合圖1 圖5說明本實施方式，本實施方式的步驟二中對高強鋼坯料I保溫15min。其它步驟和參數與具體實施方式
一相同。·
權利要求
1.一種高強鋼材料成形時調節零件強度分布的方法，其特征在于所述方法是通過以下步驟實現的步驟一、利用加熱裝置對高強鋼坯料I上強度要求低的區域局部加熱到200°C IOOO0C ；步驟二、對高強鋼坯料I保溫O 30min，使高強鋼坯料I的局部組織發生轉變；步驟三、關閉加熱器2，使高強鋼坯料I冷卻到室溫；步驟四、將局部加熱處理后的高強鋼坯料I置于模具中進行成形，得到所需的強度變化分布的高強鋼零件。
2.根據權利要求1所述一種高強鋼材料成形時調節零件強度分布的方法，其特征在于所述步驟一中高強鋼坯料(I)為雙相鋼、相變誘導塑性鋼、馬氏體鋼、復相鋼或孿晶誘導塑性鋼。
3.根據權利要求1或2所述一種高強鋼材料成形時調節零件強度分布的方法，其特征在于所述步驟一中在零件強度要求高的區域，設置局部冷卻裝置(3)，在加熱的過程中， 通過局部冷卻裝置(3)向該區域噴射冷卻水或液氮，使該區域溫度始終低于200°C。
4.根據權利要求1所述一種高強鋼材料成形時調節零件強度分布的方法，其特征在于所述步驟一中的加熱裝置為加熱器(2)或感應線圈。
5.根據權利要求4所述一種高強鋼材料成形時調節零件強度分布的方法，其特征在于所述感應線圈為螺旋式感應線圈(4)、平面螺旋式感應線圈(5)或平面并排式感應線圈(6)。
6.根據權利要求1所述一種高強鋼材料成形時調節零件強度分布的方法，其特征在于所述步驟一中的高強鋼坯料(I)為管材，局部加熱方式采用螺旋式感應線圈(4)。
7.根據權利要求1所述一種高強鋼材料成形時調節零件強度分布的方法，其特征在于所述步驟一中的高強鋼坯料(I)為板材，局部加熱方式采用平面螺旋式感應線圈(5)。
8.根據權利要求1所述一種高強鋼材料成形時調節零件強度分布的方法，其特征在于所述步驟一中的高強鋼坯料(I)為板材，局部加熱方式采用平面并排式感應線圈(6)。
9.根據權利要求1所述一種高強鋼材料成形時調節零件強度分布的方法，其特征在于所述步驟一中的局部加熱溫度為500°C。
10.根據權利要求1所述一種高強鋼材料成形時調節零件強度分布的方法，其特征在于所述步驟二中對高強鋼坯料(I)保溫15min。
全文摘要
一種高強鋼材料成形時調節零件強度分布的方法，它涉及一種高強鋼材料的成形方法，以解決目前對于成形雙相鋼、相變誘導塑性鋼、馬氏體鋼、復相鋼或孿晶誘導塑性鋼零件時，控制零件強度分布困難的問題。方法步驟一、利用加熱裝置對高強鋼坯料上最終強度要求低的區域局部加熱到200℃～1000℃；步驟二、對高強鋼坯料保溫0～30min，使高強鋼坯料的局部組織發生轉變；步驟三、關閉加熱器，使高強鋼坯料冷卻到室溫；步驟四、將局部加熱處理后的高強鋼坯料置于模具中進行成形，得到所需的強度變化分布的高強鋼零件。本發明用于高強鋼成形。
文檔編號C21D11/00GK102994737SQ20121059340
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者何祝斌, 王志彪, 苑世劍 申請人:哈爾濱工業大學