CN105251802A - 一种高强度中厚钢板热冲压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强度中厚钢板热冲压方法，具体步骤包括落料、钻孔、加热、冲压及淬火、后处理等，相比于传统的热冲压工艺，本发明在落料与加热之间设置有钻孔工序，根据板料的厚度和尺寸，在厚度方向钻取大小相同，分布均匀的圆形通孔，在不影响板料结构强度的情况下可通过调节通孔直径和孔间距来控制淬火时的冷却速率，以达到马氏体转换的临界速率。

Description

一种高强度中厚钢板热冲压方法
技术领域
本发明属于热冲压成形领域，具体涉及一种高强度中厚钢板热冲压方法。
背景技术
热冲压技术是将传统热处理技术及冷冲压技术相结合的最新制造技术，其主要原理是先将钢板放在专用的加热装置中加热到900℃以上，并且保温一段时间，使板料完全奥氏体化，然后把高温下的板料通过机械手等装置迅速转移到热冲压模具中并且快速成形，在热冲压模具中设置有冷却装置，在成形的同时对钢板进行淬火，使钢板的显微结构由奥氏体组织转变为均匀的马氏体组织，成形件得到强化硬化，强度大幅度提高。常温下强度500~600MP的硼合金钢在淬火后抗拉强度可达1500MP以上，并且具有非常高的尺寸精度，基本没有回弹。
热冲压成形工艺中钢板在成形之前必须被加热到奥氏体化温度以上，通过模具自带的冷却系统使其淬火，得到均匀的马氏体组织，而马氏体转变的发生要求板料的冷却速率必须大于某一临界值，以22MnB5为例，其马氏体转变的理论临界冷却速率为27℃/s，但是实际上冷却速率通常大于30℃/s才能保证奥氏体充分转变为马氏体。然而目前热冲压成形一般仅限于薄板，由于薄板厚度薄，当板料与模具充分接触时，板料的温度迅速降低，并且可以快速传递到板料的中性面内，既满足冷却速率大于30℃的要求，板料的冷却又均匀。中厚板因板料厚度较厚，板料中心面部分无法均匀冷却淬火，无法让奥氏体向马氏体的转变顺利进行。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是现有的中厚钢板在冲压成型过程中因板料厚度较厚，板料中心面部分无法均匀冷却淬火，无法让奥氏体向马氏体的转变顺利进行。
本发明的具体实施方案是：一种高强度中厚钢板热冲压方法，在待加热的钢板板料上设置有用于控制淬火时的冷却速率达到马氏体转换的临界速率的通孔。
进一步的，高强度中厚钢板热冲压包括下列步骤：
（1）对待加工中厚钢板根据成型要求进行冲料；
（2）对冲料完成后的中厚钢板上进行通孔的钻孔工序；
（3）对钻孔完成后的中厚钢板转移至模具内进行冲压成型；
（4）成型后的冲压件进行淬火，使钢板的显微结构由奥氏体组织转变为均匀的马氏体组织，成形件得到强化硬化。
进一步的，所述钻孔工序的通孔呈圆形,且沿板料长宽方向均匀分布。
进一步的，所述的通孔在钢板冲压弯曲、变形处不钻孔以免引起应力集中使板料冲断。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明在落料与加热之间设置有钻孔工序，根据板料的厚度和尺寸，在厚度方向钻取大小相同，分布均匀的圆形通孔，在不影响板料结构强度的情况下可通过调节通孔直径和孔间距来控制淬火时的冷却速率，以达到马氏体转换的临界速率。
附图说明
图1为本发明冲压钢板板材结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，下面通过实例对本发明进行做进一步的详细说明。
实例1：
U形件钢板材料：22MnB5、厚度：8mm钢板热成形步骤为：
（1）落料：是把板材冲压出所需外轮廓坯料的过程。
（2）钻孔：在厚度方向钻取大小相同，分布均匀的圆形通孔，通孔的直径4mm，圆角处不钻孔。
（3）加热：即奥氏体化工序，将板料放在加热炉中加热至900℃，并保温5分钟，使其均匀奥氏体化。加热过程中为了防止板料氧化，加热炉内设置有惰性气体保护机制。
（4）转移：通过机械手臂将高温下的板料快速送进带有冷却系统的热冲压模具的一个工序，板料成形初始温度为800℃。
（5）冲压及淬火：板料转移到摩擦系数0.35的冲压模具中立即对板料进行冲压，冲压速率为0.15m/s，成形之后合模保压10s，使其在模具内充分冷却淬火，实现奥氏体向马氏体的充分转变。
实例2：
钢板材料：22MnB5、厚度：16mm钢板热成形步骤为：
（1）落料：是把板材冲压出所需外轮廓坯料的过程。
（2）钻孔：在厚度方向钻取大小相同，分布均匀的圆形通孔，通孔的直径8mm，在板料弯曲、变形处不钻孔，以免引起应力集中使板料冲断。
（3）加热：即奥氏体化工序，将板料放在加热炉中加热至950℃，并保温5分钟，使其均匀奥氏体化。加热过程中为了防止板料氧化，加热炉内设置有惰性气体保护机制。
（4）转移：通过机械手臂将高温下的板料快速送进带有冷却系统的热冲压模具的一个工序。板料成形初始温度为850℃。
（5）冲压及淬火：板料转移到摩擦系数0.35的冲压模具中立即对板料进行冲压，冲压速率为0.2m/s，成形之后合模保压12s，使其在模具内充分冷却淬火，实现奥氏体向马氏体的充分转变。
本发明工艺制备的零件可用于汽车结构梁、防撞梁等部件；也可以作为船体、航母支撑件使用，此时从钢板两侧焊接薄板，通孔中用软钢填充，主要目的是保证良好的防水效果。本发明工艺在中厚板热冲压成形过程中表现出良好的相变及成形过程，成形后钢板具有良好的机械性能，强度达1500MPa以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种高强度中厚钢板热冲压方法，其特征在于，在待加热的钢板板料上设置有用于控制淬火时的冷却速率达到马氏体转换的临界速率的通孔。
2.根据权利要求1所述的一种高强度中厚钢板热冲压方法，其特征在于，高强度中厚钢板热冲压包括下列步骤：
(1)对待加工中厚钢板根据成型要求进行冲料；
(2)对冲料完成后的中厚钢板上进行通孔的钻孔工序；
(3)对钻孔完成后的中厚钢板转移至模具内进行冲压成型；
(4)成型后的冲压件进行淬火，使钢板的显微结构由奥氏体组织转变为均匀的马氏体组织，成形件得到强化硬化。
3.根据权利要求1所述的一种高强度中厚钢板热冲压方法，其特征在于，所述钻孔工序的通孔呈圆形,且沿板料长宽方向均匀分布。
4.根据权利要求1所述的一种高强度中厚钢板热冲压方法，其特征在于，所述的通孔在钢板冲压弯曲、变形处不钻孔以免引起应力集中使板料冲断。
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