CN104651574B - 高强度零件的成型工艺 - Google Patents

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感应淬火热处理，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感应淬火热处理，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，所述感应淬火热处的区域瞬间加热温度在920℃到980℃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，随后对加热区域以冷却速度大于或等于100℃/s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。

本发明通过传统冲压设备进行冷成形，后通过采用感应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，后通过采用感应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属于感应淬火热处理的步骤，也可以统称为感应淬火步骤，感应淬火热处理即把待加热的零件置入感应器内，利用高频感应电流使工件表面很快加热到淬火温度，然后用水或油喷射冷却的一种热处理方法。高频淬火的特点是加热速度快、淬火组织细、硬度高、耐磨性好、表面变形小、淬硬层深度容易控制、生产率高等。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，加热到811℃以上。感应淬火工艺在专用的淬火机床上完成，为局部快速加热并快速冷却的方式来实现零件强度的提升，即在整个感应淬火过程中零件保持不动，而感应器和冷却系统同时进行移动。感应热处理过程中，零件根据形状不同，设计制造不同的夹具固定于专用淬火机床上，保持零件的轴线在一条直线上，零件形状的不同，感应器和冷却系统的移动速度是不同的。在本发明的实施例中，冷冲零件的厚度在2.1mm到3.5mm之间，在表一中，显示了本发明一实施例中对于前述厚度范围内的管状扭力梁的淬火工艺的感应器和冷却系统的移动速度。

表一感应淬火机床的淬火工艺参数

表一中的移动速度是由试制过程中的零件形状决定的，因此，为了满足零件强度的一致性，不同形状处采用不同的移动速度。

在感应淬火过程中由于采用的材料厚度不同，其加热选用的频率不同，导致加热的温度也不一样。对于前述厚度的冷冲零件，本发明的实施例选用透入式横向磁场加热，在感应线圈加热的区域瞬间温度达到920-980℃(此温度与零件需要的淬硬层有关，本发明的实施例中零件要求全截面淬透，对于其他零件，可以不是全截面淬透)。在步骤3中，保持该区域瞬间温度一段时间，保持时间长短由零件的淬透深度来决定，目的是为了使零件的奥氏体化更均匀，保持的时间主要是依靠感应器与冷却系统之间的距离和它们的移动速度的大小来控制，因为为瞬间加热并瞬间冷却，保温时间非常的短，一般只有二三秒钟时间。在步骤4中，在保持时间结束后以大于临界冷却速度(30℃/s)的冷却速度≥100℃/s冷却。在本发明的一实施例中，采用喷液冷却的方式，淬火液采用了AQ251淬火冷却液，此时的冷却液的温度保持在20-25℃，淬火液的压力为5.5～6m3/h的速度冷却，以获得马氏体组织，用来获得强度更高、耐磨性和疲劳性能好的零件。

淬火后配以不同温度，回火加入温度为200-500℃，回火保温时间1.5-2.5h，一般淬完火后2小时内进行回火处理，回火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，具体的回火工艺如图2所示。

在感应淬火过程中由于采用的材料厚度不同，其加热选用的频率不同，导致加热的温度也不一样，对于厚度2.1mm零件为例，加热的瞬间温度为916℃，此时的冷却速度为120℃/S。对于厚度3.5mm加热的瞬间温度达到988℃，此时的冷却速度为160℃/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也不一样。例如厚度2.1mm的零件的回火温度与强度关系如表二，但回火所采用的时间为1.5小时。而对于厚度3.5mm的零件，回火和厚度2.1mm的零件一样，只是采用的回火时间延长至2.5小时。回火后的材料强度基本与厚度2.1mm的零件一样，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。

表二回火温度与强度关系

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 (4)

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感应淬火热处理，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，所述热成型钢的牌号为22MnB5，所述零件的厚度在2.1mm到3.5mm之间，所述感应淬火热处理的区域瞬间加热温度在920℃到980℃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，随后对加热区域以冷却速度大于或等于100℃/s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。

2.如权利要求1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。

3.如权利要求1所述的成形工艺，其特征在于，所述零件为汽车后桥扭转梁。

4.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。