CN104651573A - 高强度零件的成型工艺 - Google Patents

高强度零件的成型工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN104651573A
CN104651573A CN201410222416.8A CN201410222416A CN104651573A CN 104651573 A CN104651573 A CN 104651573A CN 201410222416 A CN201410222416 A CN 201410222416A CN 104651573 A CN104651573 A CN 104651573A
Authority
CN
China
Prior art keywords
forming technology
steel
strength
tempering
thermoforming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410222416.8A
Other languages
English (en)
Inventor
殷平玲
陆红军
姚杰
王韬
张梅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Huizhong Automotive Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Huizhong Automotive Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Huizhong Automotive Manufacturing Co Ltd filed Critical Shanghai Huizhong Automotive Manufacturing Co Ltd
Priority to CN201410222416.8A priority Critical patent/CN104651573A/zh
Publication of CN104651573A publication Critical patent/CN104651573A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度零件的成型工艺，其比热成型工艺的成本要低。为解决上述技术问题，本发明提供一种高强度零件的成形工艺，其特点是选择材料为热成型钢即硼钢(MnB)的工件，利用冷冲压设备对工件进行冷冲压成形，然后对成形的零件进行整体淬火热处理，然后再对零件进行回火处理，将零件的抗拉强度提高到不低于800MPa。

Description

高强度零件的成型工艺
技术领域
本发明涉及高强度钢零件的成型工艺。
背景技术
随着汽车碰撞安全性能和节能环保法律法规的出台，要求在降低汽车零部件重量的同时要提高零部件的强度性能。采用超高强度钢既可以减轻汽车重量、实现节能和减排，又可提高汽车的安全性。通常钢的成型性随着强度提高而下降，可以通过将成型和强化分为两个步骤来解决强度和成型性的矛盾。钢的热成型即是当前将成型和强化分为两个步骤生产超高强度汽车零部件的一种新工艺。热成型过程分为直接成型和间接成型两种工艺，直接热成型中，板材不经过预成型，直接将平板加热奥氏体化，然后放入模具中高速成型，一旦冲压深度到达预定值，零件立即被淬火硬化。在间接热成型中，材料首先在常规冷成型模具中成型到最终形状的90％到95％，然后将预成型的零件加热奥氏体化并热成型和淬火硬化。对于热成型工艺可参看《山东冶金》第31卷第5期记载的论文《热成型钢及热成型技术》。另外，在百度文库中检索到的《车用高强度钢板热成形工艺参数实验研究》对牌号为22MnB5的热压成型钢的热成型工艺有研究。
但是，从开发的经济性来看，热成形设备成本高于热处理设备，另外，从生产投入模具方面对比，热成形采用的模具成本远远高于热处理采用的模具成本。
因此如何低成本地实现高强度钢汽车零件，需要突破传统的思维。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度零件的成型工艺，其比热成型工艺的成本要低。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高强度零件的成形工艺，其特点是选择材料为热成型钢即硼钢(MnB)的工件，利用冷冲压设备对工件进行冷冲压成形，然后对成形的零件进行整体淬火热处理，然后再对零件进行回火处理，将零件的抗拉强度提高到不低于800MPa。
所述的成形工艺，其进一步的特点是，所述热成型钢的牌号为22MnB5。
所述的成形工艺，其进一步的特点是，所述零件的厚度在2.1mm到3.5mm之间，所述整体淬火的加热温度在880℃到920℃之间，对零件全截面淬透，并保持一段时间，使零件的奥氏体化更均匀，随后以临界冷却速度对零件进行冷却，以获得零件的马氏体组织；所述回火处理的回火温度在200℃到500℃之间，回火保温时间在1.5h到2.5h之间；将零件的抗拉强度提高到800MPa到1500MPa之间。
所述的成形工艺，其进一步的特点是，在淬火之后两小时内进行回火处理。
所述的成形工艺，其进一步的特点是，所述零件为汽车后桥扭转梁。
所述的成形工艺，其进一步的特点是，在回火之后还对零件进行表面处理，所述表面处理之后还利用激光对零件的端面进行切割。
从开发的经济性对比可知：进口热成形设备成本要远大于国产热成形设备，而国产热成形设备成本仍高于进口热处理设备；另外，从生产投入模具方面对比，热成形采用的模具成本远远高于热处理采用的模具成本。因此，通过采用普通的冷冲压设备进行零件的低成本成形后，采用热处理工艺来提高零件的强度来保证零件的轻量化和安全碰撞性具有明显的经济优势，同时，采用热处理工艺手段可以保证高强钢扭转梁零件实现变截面和等效厚度变化设计要求，在热处理工艺中不受限制。本发明通过传统冲压设备进行冷成形，后通过采用整体淬火热处理的方法提高零件的强度(抗拉≥800MPa)，可以满足现代汽车工业的发展需求，由于热处理设备的成本明显低于热成型设备的成本，因此本发明比热成型工艺的成本要低。
附图说明
图1是本发明一实施例中汽车管状后桥横梁的成型工艺的流程图。
图2是图1中淬火回火步骤的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
以下的实施例以汽车的后桥横梁(扭转梁或扭力梁)为例进行说明，但本发明不限于后桥横梁，可以是其他汽车高强度零件，甚至可以是其他领域的高强度零件。
以往的高强度横梁在中国范围内可以获知的情况是基本上采用冷成形方式，此冷成形的零件强度基本保持在300MPa—600MPa范围内，强度较低无法满足现在汽车碰撞安全性能和节能环保法律法规的要求。为了提高汽车后桥扭转梁零件的强度，一般采用非常成熟的热成型钢即硼钢(MnB)通过热成型工艺来实现零件的相变强化。
相对于热成型工艺，为了降低工艺的成本，发明人的工艺路线是：采用通过传统冲压设备对硼钢进行冷成形，后通过采用整体淬火热处理的方法提高零件的强度(抗拉≥800MPa)来满足现代汽车工业的发展需求。这相对于以往的热成型工艺，是具有突破性的，能显著降低成本，之所以得到这样的突破性工艺，是发明人注意到硼钢(MnB)是在20Mn的基础上添加了0.3％——0.5％的硼元素，其材料强度(抗拉540MPa)不是很高并保有很好的塑性(δ≥24％)，另外此材料具有非常优秀的淬透性，适合于通过热处理提高其强度，达到高强钢和超高强钢的优良性能。并且此钢种具有优良的冷冲压性能。前述工艺路线在可以获得的现有技术中从无报道过或尝试过的。
如图1所示，在本发明的实施例中，在步骤1中，以牌号为22MnB5热成型钢为材料，冷冲压出一定规格尺寸的冷冲横梁零件，以此为坯料，依次完成步骤2加热，步骤3保温，步骤4淬火，步骤5回火，步骤6抛丸，步骤7激光切端口，最终获得高强度后桥横梁。后桥横梁的截面形状可以是管状，也可以是V形或U形，本发明对不同结构的零件都能较好地适用，不受任何零件结构的限制。
在步骤1中，选用22MnB5热成型钢，进行冷冲零件的制作，此时22MnB5钢的抗拉强度基本在545-560MPa之间，屈服强度在365-375MPa之间，延伸率大于25％，冷冲压成形非常好。
步骤2至步骤4属于整体淬火热处理的步骤，也可以统称为整体淬火步骤，整体淬火热处理即把待加热的零件置入整体式加热炉内(可以是台车炉，也可以是井式炉和电阻炉)，加热到设定温度后，并保温一定的时间内，快速地放入到冷却介质中进行冷却达到淬火组织，而后在2-3小时内配以不同的温度进行回火处理的一种热处理方法。22MnB5钢种的AC3＝811℃，AC1＝736℃，也就是说钢板完全奥氏体化，在步骤2中，需要加热到811℃以上。在整体式淬火过程中虽然采用的材料厚度不同，其加热选用的温度是一样的，目的是得到全马氏体组织状态，在本发明的实施例中，冷冲零件的厚度在2.1mm到3.5mm之间，加热温度选择了880-920℃之间的温度范围，此时的淬火冷却速度达到90℃/S，而回火温度根据所要求的零件强度级别不一样选用温度不一样，回火时间随着厚度的增加而延长，但零件最终性能级别由零件的金相组织决定，与材料的厚度关系不是很大。以厚度3.0mm为例，不同淬火温度及不同回火温度与强度关系如表一，回火所采用的时间一致，为2小时。
表一淬火、回火温度与强度关系
在拉伸试验中，拉伸试验按照标准进行取样，取样有两种方式：标准试样和非标试样。表一中，A80为非标试样，表示原始标距(L0)为80mm的断后延伸率。
在本发明的其他实施例中，对于2.1mm---3.5mm之间不同厚度的后桥扭转梁零件的整体式淬火热处理工艺，加热温度保持在880-920℃之间，并在对应温度下保温8-15min的时间，使其奥氏体更加均匀化，后以≥30℃/s的临界冷却速度进行冷却，最后得到了全马氏体的组织。为了达到如此大的冷却速度，淬火液采用的是自来水进行冷却。在工业化生产过程中采用循环水，以保证冷却水的温度始终保持在20-30℃之间，以获得全马氏体组织，用来获得强度更高、耐磨性和疲劳性能好的零件。
淬火后配以不同的温度(回火温度设定为200-500℃之间)回火(回火保温时间设定为1.5-2.5h)工艺得到最终零件强度覆盖800—1500MPa范围内的所有不同强度级别的后桥扭转横梁零件，
淬火和回火的具体实施工艺如图2所示。在图2中，在淬火过程中的第一次加热为热处理炉的升温过程，此过程中工件不装炉，只是炉子从室温升温到工艺规定的温度，此过程为了节省加热时间，往往按照炉子的设计功率进行全功率的加热，到温后需要炉膛内的温度均匀，需要保温一段时间，这段加热时间根据炉子的设计功率不同而各有差异，所以选择了根据功率。而第二次加热为工件装炉后的加热，为避免工件加热过程中的过烧和过热问题，要控制加热时间需要全功率加热。在较佳的实施例中，没有把这两个加热过程和在一起，这对于厚度较薄的工件来说是有利的。如果工件从冷炉进行装炉，加热到淬火温度，加热时间过长，容易导致加热过程中的过热和过烧，故分了两个步骤进行加热。
经热处理后的零件表面存在少量的表面氧化皮，需进行抛丸处理。通过抛丸处理不仅去除了零件表面的氧化皮，而且通过抛丸过程消除了热处理过程中产生的内应力提高了零件的强度，使其零件使用过程中性能更加稳定。
抛丸后的零件需要进行最后的成型，因为此时的零件强度达到800-1500MPa的强度级别，采用传统的冲压切端口显得力不存心了。需要通过激光来完成最后零件端面的切割，切口位置和形状可以根据不同零件的形状在激光机上实现。
最后，激光切割完成了零件，为了满足下一步的焊接匹配，对零件的死角区域按照不同图纸的装配要求进行打磨，以确保匹配间隙在焊接公差以内。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，例如牌号为22MnB5热成型钢还可以替换为20MnB5或者27MnB5等等，只是在前述工艺中对加热温度进行变化即可实现，即前述实施例也可以用于其他MnB钢。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (6)

1.高强度零件的成形工艺，其特征在于选择材料为热成型钢即硼钢(MnB)的工件，利用冷冲压设备对工件进行冷冲压成形，然后对成形的零件进行整体淬火热处理，然后再对零件进行回火处理，将零件的抗拉强度提高到不低于800MPa。
2.如权利要求1所述的成形工艺，其特征在于，所述热成型钢的牌号为22MnB5。
3.如权利要求2所述的成形工艺，其特征在于，所述零件的厚度在2.1mm到3.5mm之间，所述整体淬火的加热温度在880℃到920℃之间，对零件全截面淬透，并保持一段时间，使零件的奥氏体化更均匀，随后以临界冷却速度对零件进行冷却，以获得零件的马氏体组织；所述回火处理的回火温度在200℃到500℃之间，回火保温时间在1.5h到2.5h之间；将零件的抗拉强度提高到800MPa到1500MPa之间。
4.如权利要求2所述的成形工艺，其特征在于，在淬火之后两小时内进行回火处理。
5.如权利要求2所述的成形工艺，其特征在于，所述零件为汽车后桥扭转梁。
6.如权利要求1所述的成形工艺，其特征在于，在回火之后还对零件进行表面处理，所述表面处理之后还利用激光对零件的端面进行切割。
CN201410222416.8A 2014-05-23 2014-05-23 高强度零件的成型工艺 Pending CN104651573A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410222416.8A CN104651573A (zh) 2014-05-23 2014-05-23 高强度零件的成型工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410222416.8A CN104651573A (zh) 2014-05-23 2014-05-23 高强度零件的成型工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104651573A true CN104651573A (zh) 2015-05-27

Family

ID=53243210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410222416.8A Pending CN104651573A (zh) 2014-05-23 2014-05-23 高强度零件的成型工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104651573A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105256116A (zh) * 2015-10-27 2016-01-20 武昌船舶重工集团有限公司 10CrNi3MoV钢球形封头热压成型方法
CN106834620A (zh) * 2016-12-31 2017-06-13 马鞍山市川金属科技有限公司 一种高强度汽车左后门护板支架的加工方法
CN113249553A (zh) * 2021-06-25 2021-08-13 宁波威乐新材料科技有限公司 一种钢材的淬火方法、热成型工艺以及钢材工件
CN115261565A (zh) * 2022-06-29 2022-11-01 河钢股份有限公司 一种适用于35MnB钢耐磨件的热处理方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101797685A (zh) * 2010-04-08 2010-08-11 浙江裕泰紧固件制造有限公司 一种高强度螺栓的制造工艺
CN102560258A (zh) * 2012-01-06 2012-07-11 北京工业大学 一种低碳高硼铸造耐磨合金钢及其制备方法
CN103320702A (zh) * 2013-06-26 2013-09-25 武汉钢铁(集团)公司 一种抗拉强度1700MPa级热成形钢及其生产方法
CN103459618A (zh) * 2011-02-18 2013-12-18 悬挂系统股份有限公司 用于制造在使用中经受疲劳应力的高强度钢板部件的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101797685A (zh) * 2010-04-08 2010-08-11 浙江裕泰紧固件制造有限公司 一种高强度螺栓的制造工艺
CN103459618A (zh) * 2011-02-18 2013-12-18 悬挂系统股份有限公司 用于制造在使用中经受疲劳应力的高强度钢板部件的方法
CN102560258A (zh) * 2012-01-06 2012-07-11 北京工业大学 一种低碳高硼铸造耐磨合金钢及其制备方法
CN103320702A (zh) * 2013-06-26 2013-09-25 武汉钢铁(集团)公司 一种抗拉强度1700MPa级热成形钢及其生产方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
东北工学院金属学与热处理教研室: "《合金钢》", 30 June 1961, 中国工业出版社 *
本溪钢铁公司第一炼钢厂: "《硼钢》", 30 November 1977, 冶金工业出版社 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105256116A (zh) * 2015-10-27 2016-01-20 武昌船舶重工集团有限公司 10CrNi3MoV钢球形封头热压成型方法
CN106834620A (zh) * 2016-12-31 2017-06-13 马鞍山市川金属科技有限公司 一种高强度汽车左后门护板支架的加工方法
CN106834620B (zh) * 2016-12-31 2019-05-10 鹿寨维安汽车配件有限责任公司 一种高强度汽车左后门护板支架的加工方法
CN113249553A (zh) * 2021-06-25 2021-08-13 宁波威乐新材料科技有限公司 一种钢材的淬火方法、热成型工艺以及钢材工件
CN115261565A (zh) * 2022-06-29 2022-11-01 河钢股份有限公司 一种适用于35MnB钢耐磨件的热处理方法
CN115261565B (zh) * 2022-06-29 2023-11-21 河钢股份有限公司 一种适用于35MnB钢耐磨件的热处理方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101280352B (zh) 热成型马氏体钢零件制备方法
CN111575580B (zh) 一种高强韧和高强塑积汽车钢及其制备方法
CN101787419B (zh) 一种aisi4340钢锻件的热处理工艺
CN103266212B (zh) 一种提高25Cr2Ni4MoV钢锻件低温冲击韧性的热处理工艺
CN104668326B (zh) 一种高强度钢材零部件性能梯度化分布的热冲压方法
CN102534134B (zh) 一种中碳轴承钢贝氏体等温淬火热处理工艺方法
CN102453791A (zh) 用于制造热成型和加压淬火的金属构件的方法
CN104046915A (zh) 大截面压铸用高性能热作模具钢及其制备工艺
CN103255340B (zh) 一种汽车用高强韧性热成形钢板及其制备方法
CN110306123A (zh) 一种抗拉强度≥1800MPa级的高韧性热成形钢及其生产方法
KR20180054460A (ko) 열간 프레스 성형 방법 및 열간 프레스 성형품
CN105643222A (zh) 一种汽车一轴锻造模具的加工方法
CN103436803A (zh) 五缸柱塞泵泵头体锻件加工方法
CN104384283A (zh) 一种22MnB5高强度薄钢板热冲压成形工艺
CN107858590B (zh) 一种42CrMo4风力发电机主轴控制方法
CN104862597A (zh) 一种利用残余奥氏体提高冷轧双相钢伸长率的方法
CN104651573A (zh) 高强度零件的成型工艺
CN100584962C (zh) 一种贝氏体球墨铸铁等温淬火工艺
CN110872641A (zh) 一种奥氏体逆正转变与亚温成形生产汽车安全件的方法
CN102041371A (zh) 一种高韧性高强度钢板的热处理方法
CN106947919A (zh) 一种高韧性热成形钢及其生产方法
CN103469090A (zh) 一种超高强热成形钢的退火方法
CN106929755A (zh) 一种用于生产低温热冲压汽车零部件的钢板及其制造方法和用途
CN106834941A (zh) 一种热冲压成形钢及其生产方法
Ganapathy et al. A feasibility study on warm forming of an as-quenched 22MnB5 boron steel

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20150527