CN104475527A - 高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热冲压成形技术领域，尤其是指一种实现高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的成形方法。该方法利用感应加热控制不同区域的电磁场和涡流场不同，从而控制板料不同区域加热的温度不同，从而冲压完成后得到不同的强度。加热温度850~1000℃，保温0~10min，将钢板加热至完全奥氏体化状态，热成形后钢板的强度达到1500MPa以上；加热温度25~850℃，保温0~10min，将钢板加热至不完全奥氏体化状态，热成形后钢板的强度达500~900MPa。根据零件不同区域强度的需求来设计感应加热线圈的形状，线圈与板料间的距离，电流和频率，进行热冲压成形后，零件获得最佳强塑性匹配的碰撞性能。

Description

高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的成形方法
技术领域
本发明涉及热冲压成形技术领域，尤其是指一种高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的成形方法。
背景技术
热冲压成形零件因其高的强度（1500MPa以上）在汽车安全结构件中获得广泛的应用；然而强度过高，延伸率较低，大大降低了成形件的碰撞性能。为了在保证强度的前提下，提高热成形件的碰撞性能，需要提高特定部位的延伸率。现有提高热成形件特定部位延伸率的方法有很大的局限性。比如一些方法，中国专利申请号为：CN201110412533.7，CN201120393429.3，CN201110126218.8的专利所描述的技术，是通过在成形过程中控制板料不同区域的冷却速率不同而获得不同的强度，但这些方法实现难度较大，工艺稳定性较差，过渡区性能不稳定，且需要更改原有的模具设计，生产成本较高。
中国专利CN102618703 A公开了《一种板材快速高温加热方法及装置》，该装置是利用感应加热线圈加热石墨管，再通过高温石墨管热辐射加热板料。但该专利中加热方法的加热效率较低，且无法灵活的控制板料的加热区域。
中国专利CN102994737 A公开了《一种高强钢材料成形时调节零件强度分布的方法》，该方法主要是利用加热装置将板料的局部进行加热；之后空冷至室温；最后将局部处理后的高强钢板料置于模具中进行成形，获得强度变化分布的高强钢零件。该工艺方法冲压过程中，板料是冷态；实际冲压过程是冷冲压；且该种方法无法对22MnB5型热冲压板料进行成形。
中国专利CN103317033 A公开了《一种可定制超高强钢热冲压件强度的成形方法》，该方法是利用电加热的加热手段，通过控制板料不同区域的横截面不同，在输入钢板总的电能一定的条件下实现板料不同位置加热温度不同；在冲压完成后得到不同的强度和塑形。该种方法需要改变坯料的原有设计原则，需要刻意的改变坯料的形状，导致成形性能降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种实现均一板料高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的成形方法，使得加工出的汽车安全结构件在保证强度的前提下提高特定区域的延伸率，提高热成形件的综合碰撞性能。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的成形方法，包括如下步骤：
步骤A、根据零件的不同区域强度的需求确定成形板料的各个不同强度区域的位置；
步骤B、根据碰撞吸能区域的位置和高强度区域的位置确定感应加热线圈的形状、线圈与板料之间的距离、各个感应加热线圈的加热温度和保温时间；
步骤C、根据步骤B中设定的结构进行组装，并利用感应加热线圈对成形板料的各个区域加热相应的时间，得到热成形板料；
步骤D、对热成形板料进行热冲压加工得到成形件。
优选的，所述各个不同强度区域的位置包括碰撞吸能区域的位置和高强度区域的位置。
优选的，所述高强度区域的加热温度为850～1000℃，保温时间为0～10min。
优选的，所述碰撞吸能区域加热温度25～850℃，保温时间为0～10min。
优选的，步骤A中成形板料为22MnB5、22MnB或22SiMn2TiB型含硼退火状态的热冲压成形板料。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的成形方法，使用感应加热方法比传统炉子加热方法更节约能源；比电阻加热方法更灵活，可控；减少了零件的生产成本和减低了工业化难度；感应加热可以灵活的控制板料的电磁场和涡流场来实现板料不同区域的温度分布不同，无需更改板料的形状设计，保证了板料的成形性能；该方法不改变原有的模具设计原则和冲压工艺；降低了生产难度，易于实现工业化。
附图说明
图1为实施例一中感应加热控制板料不同区域的电磁场和涡流场进行加热。
图2为实施例一在压力机的推动下模具进行冲压。
图3为实施例一中具有不同性能平稳过渡的热成形件。
附图标记包括：1-板料；2-感应加热线圈；3-热冲压成形上模；4-热冲压成形下模；5、9-碰撞吸能区域；6、8-过渡区域；7-高强度区域。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
在实施例一中，如附图1所示，一种高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的成形方法，本实施例中采用含硼热冲压成形钢，板厚为0.5～3.0mm均一板料，供货状态为退火态。化学成分如表1。
表1含硼钢化学成分（wt, %）
 具体包括如下步骤：
步骤A、根据零件的不同区域强度的需求确定成形板料1的碰撞吸能区域（5、9）的位置和高强度区域7的位置；
步骤B、根据碰撞吸能区域（5、9）的位置和高强度区域7的位置确定感应加热线圈2的形状、线圈与板料之间的距离、各个感应加热线圈2的加热温度和保温时间；如图3所示：根据某汽车安全结构件的性能要求，高强度区域7的抗拉强度1500MPa以上，延伸率5～10%；碰撞吸能区的抗拉强度400MPa以上，延伸率15%以上；过渡区的性能平稳过渡，不出现软化区。
步骤C、根据步骤B中设定的结构进行组装，并利用感应加热线圈2对成形板料1的各个区域加热相应的时间，得到热成形板料1；其中，高强度区域7的加热温度850～1000℃，保温0～10min，将钢板加热至完全奥氏体化状态；碰撞吸能区域（5、9）加热温度25～850℃，保温0～10min，将钢板加热至不完全奥氏体化状态。
为达到步骤C中提高的零件的性能要求，需要利用感应加热线圈2来控制板料不同区域的电磁场和涡流场分布，以达到板料不同区域奥氏体化状态不同；
步骤D、将热成形板料1放到热冲压模具中进行热冲压加工成形得到成形件。
如图3，冲压完成后得到满足性能要求的汽车安全结构件。
本发明的成形方法利用感应加热控制不同区域的电磁场和涡流场不同，从而控制板料不同区域加热的温度不同，从而冲压完成后得到不同的强度。加热温度850~1000℃，保温0~10min，将钢板加热至完全奥氏体化状态，热成形后钢板的强度达到1500MPa以上；加热温度25~850℃，保温0~10min，将钢板加热至不完全奥氏体化状态，热成形后钢板的强度达500~900MPa。根据零件不同区域强度的需求来设计感应加热线圈2的形状，线圈与板料间的距离，电流和频率，进行热冲压成形后，零件获得最佳强塑性匹配的碰撞性能。
在实施例二中，一种高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的成形方法，本实施例中采用含硼热冲压成形钢，板厚为2.0mm均一板料，供货状态为退火态。化学成分如表2。
表2含硼钢化学成分（wt, %）
 具体包括如下步骤：
步骤A、根据零件的不同区域强度的需求确定成形板料1的碰撞吸能区域（5、9）的位置和高强度区域7的位置；
步骤B、根据碰撞吸能区域（5、9）的位置和高强度区域7的位置确定感应加热线圈2的形状、线圈与板料之间的距离、各个感应加热线圈2的加热温度和保温时间；根据某汽车安全结构件的性能要求，高强度区域7的抗拉强度1600MPa以上，延伸率7～9%；碰撞吸能区的抗拉强度450MPa以上，延伸率17%以上；过渡区的性能平稳过渡，不出现软化区。
步骤C、根据步骤B中设定的结构进行组装，并利用感应加热线圈2对成形板料1的各个区域加热相应的时间，得到热成形板料1；其中，高强度区域7的加热温度900～950℃，保温2～8min，将钢板加热至完全奥氏体化状态；碰撞吸能区域（5、9）加热温度50～700℃，保温3～7min，将钢板加热至不完全奥氏体化状态。
为达到步骤C中提高的零件的性能要求，需要利用感应加热线圈2来控制板料不同区域的电磁场和涡流场分布，以达到板料不同区域奥氏体化状态不同；
步骤D、将热成形板料1放到热冲压模具中进行热冲压加工成形得到成形件。
冲压完成后得到满足性能要求的汽车安全结构件。
本发明的成形方法利用感应加热控制不同区域的电磁场和涡流场不同，从而控制板料不同区域加热的温度不同，从而冲压完成后得到不同的强度。加热温度900~950℃，保温2~8min，将钢板加热至完全奥氏体化状态，热成形后钢板的强度达到1500MPa以上；加热温度50~700℃，保温3~7min，将钢板加热至不完全奥氏体化状态，热成形后钢板的强度达700~900MPa。根据零件不同区域强度的需求来设计感应加热线圈2的形状，线圈与板料间的距离，电流和频率，进行热冲压成形后，零件获得最佳强塑性匹配的碰撞性能。
在实施例三中，一种高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的成形方法，本实施例中采用含硼热冲压成形钢，板厚为1.0mm均一板料，供货状态为退火态。化学成分如表3。
表3含硼钢化学成分（wt, %）
 具体包括如下步骤：
步骤A、根据零件的不同区域强度的需求确定成形板料1的碰撞吸能区域（5、9）的位置和高强度区域7的位置；
步骤B、根据碰撞吸能区域（5、9）的位置和高强度区域7的位置确定感应加热线圈2的形状、线圈与板料之间的距离、各个感应加热线圈2的加热温度和保温时间；根据某汽车安全结构件的性能要求，高强度区域7的抗拉强度1400MPa以上，延伸率7～8%；碰撞吸能区的抗拉强度350MPa以上，延伸率15%以上；过渡区的性能平稳过渡，不出现软化区。
步骤C、根据步骤B中设定的结构进行组装，并利用感应加热线圈2对成形板料1的各个区域加热相应的时间，得到热成形板料1；其中，高强度区域7的加热温度850～950℃，保温2～5min，将钢板加热至完全奥氏体化状态；碰撞吸能区域（5、9）加热温度25～300℃，保温0～5min，将钢板加热至不完全奥氏体化状态。
为达到步骤C中提高的零件的性能要求，需要利用感应加热线圈2来控制板料不同区域的电磁场和涡流场分布，以达到板料不同区域奥氏体化状态不同；
步骤D、将热成形板料1放到热冲压模具中进行热冲压加工成形得到成形件。
冲压完成后得到满足性能要求的汽车安全结构件。
本发明的成形方法利用感应加热控制不同区域的电磁场和涡流场不同，从而控制板料不同区域加热的温度不同，从而冲压完成后得到不同的强度。加热温度850~950℃，保温2~5min，将钢板加热至完全奥氏体化状态，热成形后钢板的强度达到1400MPa以上；加热温度25~300℃，保温0~5min，将钢板加热至不完全奥氏体化状态，热成形后钢板的强度达500~700MPa。根据零件不同区域强度的需求来设计感应加热线圈2的形状，线圈与板料间的距离，电流和频率，进行热冲压成形后，零件获得最佳强塑性匹配的碰撞性能。
本发明的目的是为克服上述现有技术中的不足，提供一种实现均一板料高强钢热成形件不同区域性能平稳过得的成形方法不仅能够提高特定区域的延伸率，并且不同区域间性能平稳过渡，且方法简单，不改变原有的模具设计和冲压工艺，大大降低成本，适合工业化生产。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的成形方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤A、根据零件的不同区域强度的需求确定成形板料（1）的各个不同强度区域的位置；
步骤B、根据碰撞吸能区域（5、9）的位置和高强度区域（7）的位置确定感应加热线圈（2）的形状、线圈与板料之间的距离、各个感应加热线圈（2）的加热温度和保温时间；
步骤C、根据步骤B中设定的结构进行组装，并利用感应加热线圈（2）对成形板料（1）的各个区域加热相应的时间，得到热成形板料（1）；
步骤D、对热成形板料（1）进行热冲压加工得到成形件。
2.根据权利要求1所述的高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的成形方法，其特征在于：所述各个不同强度区域的位置包括碰撞吸能区域（5、9）的位置和高强度区域（7）的位置。
3.根据权利要求2所述的高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的成形方法，其特征在于：所述高强度区域（7）的加热温度为850～1000℃，保温时间为0～10min。
4.根据权利要求2所述的高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的成形方法，其特征在于：所述碰撞吸能区域（5、9）加热温度25～850℃，保温时间为0～10min。
5.根据权利要求1所述的高强钢热成形件不同区域性能平稳过渡的成形方法，其特征在于：步骤A中成形板料（1）为22MnB5、22MnB或22SiMn2TiB型含硼退火状态的热冲压成形板料（1）。
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