CN105479116B - 一种高强度扭力梁横梁的制作方法 - Google Patents

一种高强度扭力梁横梁的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高强度扭力梁横梁的制作方法，属于汽车配件技术领域。解决的问题是为了如何实现提高材料的强度性能和耐疲劳的效果，提供一种高强度扭力梁横梁的制作方法，该方法包括选取微观组织为铁素体和珠光体双相组织的钢板坯料卷曲成相应尺寸的圆管，再进行焊接，使获得闭合的圆管；然后进行预成型和内高压成型得到成型后的扭力梁横梁，最后，使得到的成型后的扭力梁横梁在温度为900℃～980℃的条件下进行热加工处理，然后，进行冷却淬火，获得高强度的扭力梁横梁。本发明的方法得到的产品具有较好的抗拉强度性能和疲劳耐久性能，实现抗拉强度能够达到1500MPa以上，屈服强度能够达到1000MPa以上。

Description

一种高强度扭力梁横梁的制作方法
技术领域
本发明涉及一种高强度扭力梁横梁的制作方法，属于汽车配件技术领域。
背景技术
随着全球汽车保有量的不断增加及生态环境的日益恶化，如何减少汽车的碳排放成为世界各国汽车行业的首要解决问题。而汽车的自重则跟油耗、碳排放有直接的关系，经研究发现：汽车自重每减轻10％，其油耗可降低8％-10％，因此汽车的轻量化则是解决这一问题的有效方法之一。而高强度钢的运用，可以在保证汽车零部件的结构强度，满足碰撞要求的同时，能够有效降低零件的厚度，实现对汽车零部件的轻量化。
汽车扭力梁横梁是汽车的底盘零部件，在进行设计及材料选择时，需要同时考虑零件的强度及疲劳耐久性能(疲劳极限)。目前，汽车扭力梁横梁通常有两类型：闭口梁和开口梁，而开口梁相对于闭口梁来说，在满足同样性能要求的基础上，开口梁的重量要增加2kg-5kg。因此，目前在制造扭力梁横梁时，基于强度，疲劳耐久及轻量化的考虑，通常采用高强度钢作为原料,采用内高压成形获得闭口式扭力梁横梁。
扭力梁横梁内高压成型工艺一般工艺加工流程如下：制管：通过制管设备，将高强度钢板弯曲成所需要的尺寸的圆管，随后通过高频焊机进行焊接，从而获得一根闭合截面的圆管；预成型：通过人工或机器人将管件放置冷成形模具中，通过冷冲压的方式获得具有大致形面的半成品件；内高压成形：将半成品件放置内高压成型模具中，通过管件内外部的冲液，加压，成形，从而获得最终零件形貌。如韩聪等人发表的预制坯形状对扭力梁内高压成形的影响分析(材料科学与工艺，第19卷，第4期，2011年8月)通过采用高强度的钢板坯料制成圆管，然后再进行预成型处理和内高压成型，得到最终的高强度扭力梁横梁。虽然，该方法能够获得一定强度的扭力梁横梁，然而，随着材料强度的提高，获得闭口式扭力梁横梁所需装备的载荷及模具的要求也逐渐增大，模具的磨损加剧，易造成模具使用寿命的降低和零件的成品率降低等问题，因此，现有的采用内高压成型的强度最大也大多是只能达到780MPa左右，而为了满足成品率的要求一般也只采用强度在600MPa的钢板材料，而该文献中为了得到较高强度的成品是通过对预成型加工工序的改进来实现，但其也只能达到428MPa左右的强度性能。由于材料的强度无法提高，又导致扭力梁无法满足最初的设计要求，疲劳循环次数也无法达到要求。
发明内容
本发明针对以上现有技术中存在的问题，提供一种高强度扭力梁横梁的制作方法，解决的问题是如何实现提高材料的强度性能和耐疲劳的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的，一种高强度扭力梁横梁的制作方法，该方法包括以下步骤：
A、制管：选取微观组织为铁素体和珠光体双相组织的钢板坯料，根据扭力梁横梁的尺寸大小，通过制管机进行卷曲成相应尺寸的圆管，再进行焊接，使获得闭合的圆管；
B、预成型：将上述闭合的圆管进行冷冲压成型，使获得具有扭力梁横梁形面的扭力梁横梁半成品；
C、内高压成型：将获得的扭力梁横梁半成品再通过内高压成型加工，得到成型后的扭力梁横梁；
D、热加工：使得到的成型后的扭力梁横梁在温度为900℃～980℃的条件下进行热加工处理，然后，进行冷却淬火，获得高强度的扭力梁横梁。
本发明的高强度扭力梁横梁的制作方法，由于采用微观组织为铁素体和珠光体双相组织的钢板坯料为原材料，相比于高强度的钢板，由于所选用的原材料具有较低的强度，使具有较高的延伸率，实现无需增加成型设备的载荷，就能够满足预冷冲压成型和内压成型的要求，从而能够减少模具磨损，保证了模具的精度要求，从而使具有较高的成品率要求；但另一方面，由于采用较低强度的钢板其通过内高压成型后的产品的强度还较低，为了解决该问题，本发明通过对内高压成型后的产品进行热加工处理，通过使其在900℃～980℃的条件下进行处理，然后，再经过淬火过程，从而使其微观组织发生转化，最终获得均匀的马氏体组织，从而使得到的扭力梁横梁具有相当高的力学性能，抗拉强度能够达到1500MPa以上，屈服强度能够达到1000MPa以上，从而也就提高了扭力梁横梁的疲劳耐久性能，而由于强度性能的提高，从而使能够满足扭力梁横梁的疲劳耐久要求的基础上，还能够降低所选钢板坯料的厚度，也实现了对产品轻量化的要求。
在上述的高强度扭力梁横梁的制作方法中，作为优选，步骤A中所述钢板坯料主要由以下成分的质量百分比的原料组成：
C：0.2wt％～0.3wt％；Mn：1.2wt％～1.5wt％；Si：0.3wt％～0.5wt％；Cr：0.1wt％～0.2wt％；Nb：0.001wt％～0.002wt％；B：0.001wt％～0.005wt％；余量为铁。采用上述钢板坯料不仅具有较好的成型性能，使预冷冲压成型和内高压成型能够有效的完成，同时，也是为了使后续的热加工过程中能够使钢板坯料的微观组织能够更好的转化成马氏体组织，实现有效提高抗拉强度和疲劳耐久性的效果。作为进一步的优选，所述Mn的质量百分比为1.3wt％～1.35wt％。保证延展性的同时，又能够充分的提高材料的抗拉强度性能，能够与加入的B起到较好的协同作用，作为进一步的优选，所述B的质量百分比为0.003wt％～0.004wt％。当然，上述材料各元素之间是相互共同作用才能够有效的达到本发明的效果，具有较高的抗拉强度性能和疲劳耐久性。
当然，上述材料中的C能够有效的提高钢板的焊接性能，又能够使微观组织中能够充分使奥氏体残留，有利于后续热处理后更好的转化成马氏体来提高抗拉强度性能。上述Si的加入能够有效抑制有害碳化物的生成，使钢板具有较好的延展性能。上述Nb和Cr的加入能够进一步使钢得到强化，提高钢材料的延展性能。
在上述的高强度扭力梁横梁的制作方法中，作为优选，步骤A中所述铁素体的面积率为40％～85％；所述珠光体的面积率为15％～60％。通过使微观组织中的铁素体面积率和珠光体的面积率进行控制，目的是为了使钢板具有较好的延展性能，使采用普通的预成型设备和模具即可实现成型，同时，也是为了使后续能够更好的转化成马氏体微观组织，使具有较高的抗拉强度和疲劳耐久性。作为进一步的优选，步骤A中所述铁素体的面积率为55％～80％；所述珠光体的面积率为20％～45％。
在上述的高强度扭力梁横梁的制作方法中，作为优选，步骤B中所述冷冲压成型的温度为25℃～35℃。通过进行冷冲压成型目的是为了能够使后续的变形更均匀和壁厚的分布，从而使最终产品使各个区域均具有较好的的强度性能。
在上述的高强度扭力梁横梁的制作方法中，作为优选，步骤D中所述热加工处理的温度为930℃～950℃。目的是为了使微观组织能够更有效的从初始的铁素体和珠光体双相组织转变为均匀的奥氏体组织，从而使经过淬火后更有效的转化成马氏体组织，使具有较好的抗拉强度性能和疲劳耐久性能。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明的高强度扭力梁横梁的制作方法，通过采用低强度的钢板坯料作为原材料，使具有较高的延伸率，实现无需增加成型设备的载荷，就能够满足预冷冲压成型和内压成型的要求，从而能够减少模具磨损，保证了模具的精度要求，从而使具有较高的成品率要求，同时，通过结合热加工处理从而具有较好的抗拉强度性能和疲劳耐久性能，实现抗拉强度能够达到1500MPa以上，屈服强度能够达到1000MPa以上。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本实施例中所选用的钢板坯料主要由以下成分的质量百分比的原料组成：
C：0.2wt％；Mn：1.5wt％；Si：0.3wt％；Cr：0.1wt％；Nb：0.002wt％；B：0.005wt％；余量为铁。
本实施例中高强度扭力梁横梁可以采用以下方法制作得到：
选取微观组织为铁素体和珠光体双相组织的钢板坯料，根据扭力梁横梁的尺寸大小，通过制管机将钢板坯料进行卷曲，获得所需要的直径尺寸的相应圆管，随后采用高频焊机再进行焊接，当然也可以采用其它方式进行焊接成形，获得截面呈闭合的圆管；然后，将上述截面呈闭合的圆管通过人工或机械手放置到预冷冲压成型机模具中，在常温条件下进行冷冲压成型，使获得具有扭力梁横梁形面的扭力梁横梁半成品；将获得的扭力梁横梁半成品再通过内高压成型加工，得到成型后的扭力梁横梁；最后，将得到的成型后的扭力梁横梁放入马弗炉中进行加热，控制温度为900℃的条件下进行热加工处理15-20分钟，使成型后的扭力梁横梁中的微观组织从初始的铁素体加珠光体的双相组织转变为均匀的奥氏体组织，加热保温结束后，将成型后的扭力梁横梁放入淬火池中进行冷却淬火处理，冷却介质为淬火油，冷却淬火目的是为了使微观组织进一步发生马氏体相变，获得均匀的全马氏体组织，即获得高强度且具有疲劳耐久性能的扭力梁横梁。将得到的扭力梁横梁进行强度性能测试，具体为抗拉强度能够达到1600MPa，屈服强度能够达到1100MPa。
实施例2
本实施例中所选用的钢板坯料主要由以下成分的质量百分比的原料组成：
C：0.3wt％；Mn：1.2wt％；Si：0.5wt％；Cr：0.2wt％；Nb：0.001wt％；B：0.002wt％；余量为铁。
本实施例中高强度扭力梁横梁可以采用以下方法制作得到：
选取微观组织为铁素体和珠光体双相组织的钢板坯料，根据扭力梁横梁的尺寸大小，通过制管机将钢板坯料进行卷曲，获得所需要的直径尺寸的相应圆管，随后采用高频焊机再进行焊接，当然也可以采用其它方式进行焊接成形，获得截面呈闭合的圆管；然后，将上述截面呈闭合的圆管通过人工或机械手放置到预冷冲压成型机模具中，在25℃条件下进行冷冲压成型，使获得具有扭力梁横梁形面的扭力梁横梁半成品；将获得的扭力梁横梁半成品再通过内高压成型加工，得到成型后的扭力梁横梁；最后，将得到的成型后的扭力梁横梁放入马弗炉中进行加热，控制温度为980℃的条件下进行热加工处理15-20分钟，使成型后的扭力梁横梁中的微观组织从初始的铁素体加珠光体的双相组织转变为均匀的奥氏体组织，加热保温结束后，将成型后的扭力梁横梁放入淬火池中进行冷却淬火处理，冷却介质为淬火油，冷却淬火目的是为了使微观组织进一步发生马氏体相变，获得均匀的全马氏体组织，即获得高强度且具有疲劳耐久性能的扭力梁横梁。将得到的扭力梁横梁进行强度性能测试，具体为抗拉强度能够达到1680MPa，屈服强度能够达到1080MPa。
实施例3
本实施例中所选用的钢板坯料主要由以下成分的质量百分比的原料组成：
C：0.25wt％；Mn：1.3wt％；Si：0.4wt％；Cr：0.15wt％；Nb：0.002wt％；B：0.004wt％；余量为铁。
本实施例中高强度扭力梁横梁可以采用以下方法制作得到：
选取微观组织为铁素体和珠光体双相组织的钢板坯料，根据扭力梁横梁的尺寸大小，通过制管机将钢板坯料进行卷曲，获得所需要的直径尺寸的相应圆管，随后采用高频焊机再进行焊接，当然也可以采用其它方式进行焊接成形，获得截面呈闭合的圆管；然后，将上述截面呈闭合的圆管通过人工或机械手放置到预冷冲压成型机模具中，在35℃条件下进行冷冲压成型，使获得具有扭力梁横梁形面的扭力梁横梁半成品；将获得的扭力梁横梁半成品再通过内高压成型加工，得到成型后的扭力梁横梁；最后，将得到的成型后的扭力梁横梁放入马弗炉中进行加热，控制温度为930℃的条件下进行热加工处理15-20分钟，使成型后的扭力梁横梁中的微观组织从初始的铁素体加珠光体的双相组织转变为均匀的奥氏体组织，加热保温结束后，将成型后的扭力梁横梁放入淬火池中进行冷却淬火处理，冷却介质为淬火油，冷却淬火目的是为了使微观组织进一步发生马氏体相变，获得均匀的全马氏体组织，即获得高强度且具有疲劳耐久性能的扭力梁横梁。将得到的扭力梁横梁进行强度性能测试，具体为抗拉强度能够达到1500MPa，屈服强度能够达到1010MPa。
实施例4
本实施例中所选用的钢板坯料主要由以下成分的质量百分比的原料组成：
C：0.22wt％；Mn：1.35wt％；Si：0.4wt％；Cr：0.15wt％；Nb：0.002wt％；B：0.003wt％；余量为铁。
本实施例中高强度扭力梁横梁可以采用以下方法制作得到：
选取微观组织为铁素体和珠光体双相组织的钢板坯料，所述铁素体的面积率为85％，珠光体的面积率为15％，根据扭力梁横梁的尺寸大小，通过制管机将钢板坯料进行卷曲，获得所需要的直径尺寸的相应圆管，随后采用高频焊机再进行焊接，当然也可以采用其它方式进行焊接成形，获得截面呈闭合的圆管；然后，将上述截面呈闭合的圆管通过人工或机械手放置到预冷冲压成型机模具中，在30℃条件下进行冷冲压成型，使获得具有扭力梁横梁形面的扭力梁横梁半成品；将获得的扭力梁横梁半成品再通过内高压成型加工，得到成型后的扭力梁横梁；最后，将得到的成型后的扭力梁横梁放入马弗炉中进行加热，控制温度为950℃的条件下进行热加工处理15-20分钟，使成型后的扭力梁横梁中的微观组织从初始的铁素体加珠光体的双相组织转变为均匀的奥氏体组织，加热保温结束后，将成型后的扭力梁横梁放入淬火池中进行冷却淬火处理，冷却介质为淬火油，冷却淬火目的是为了使微观组织进一步发生马氏体相变，获得均匀的全马氏体组织，即获得高强度且具有疲劳耐久性能的扭力梁横梁。将得到的扭力梁横梁进行强度性能测试，具体为抗拉强度能够达到1710MPa，屈服强度能够达到1180MPa。
实施例5
本实施例中所选用的钢板坯料主要由以下成分的质量百分比的原料组成：
C：0.28wt％；Mn：1.3wt％；Si：0.45wt％；Cr：0.18wt％；Nb：0.0015wt％；B：0.004wt％；余量为铁。
本实施例中高强度扭力梁横梁可以采用以下方法制作得到：
选取微观组织为铁素体和珠光体双相组织的钢板坯料，所述铁素体的面积率为40％，珠光体的面积率为60％，根据扭力梁横梁的尺寸大小，通过制管机将钢板坯料进行卷曲，获得所需要的直径尺寸的相应圆管，随后采用高频焊机再进行焊接，当然也可以采用其它方式进行焊接成形，获得截面呈闭合的圆管；然后，将上述截面呈闭合的圆管通过人工或机械手放置到预冷冲压成型机模具中，在常温条件下进行冷冲压成型，使获得具有扭力梁横梁形面的扭力梁横梁半成品；将获得的扭力梁横梁半成品再通过内高压成型加工，得到成型后的扭力梁横梁；最后，将得到的成型后的扭力梁横梁放入马弗炉中进行加热，控制温度为940℃的条件下进行热加工处理15-20分钟，使成型后的扭力梁横梁中的微观组织从初始的铁素体加珠光体的双相组织转变为均匀的奥氏体组织，加热保温结束后，将成型后的扭力梁横梁放入淬火池中进行冷却淬火处理，冷却介质为淬火油，冷却淬火目的是为了使微观组织进一步发生马氏体相变，获得均匀的全马氏体组织，即获得高强度且具有疲劳耐久性能的扭力梁横梁。将得到的扭力梁横梁进行强度性能测试，具体为抗拉强度能够达到1710MPa，屈服强度能够达到1180MPa。
实施例6
本实施例的高强度扭力梁横梁具体制备方法同实施例5一致，这里不再赘述，区别在于，原材料微观组织为铁素体和珠光体双相组织的钢板坯料中所述铁素体的面积率为80％，珠光体的面积率为20％。获得高强度且具有疲劳耐久性能的扭力梁横梁。将得到的扭力梁横梁进行强度性能测试，具体为抗拉强度能够达到1680MPa，屈服强度能够达到1080MPa。
实施例7
本实施例的高强度扭力梁横梁具体制备方法同实施例5一致，这里不再赘述，区别在于，原材料微观组织为铁素体和珠光体双相组织的钢板坯料中所述铁素体的面积率为55％，珠光体的面积率为45％。获得高强度且具有疲劳耐久性能的扭力梁横梁。将得到的扭力梁横梁进行强度性能测试，具体为抗拉强度能够达到1620MPa，屈服强度能够达到1090MPa。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (8)

1.一种高强度扭力梁横梁的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、制管：选取微观组织为铁素体和珠光体双相组织的钢板坯料，根据扭力梁横梁的尺寸大小，通过制管机进行卷曲成相应尺寸的圆管，再进行焊接，使获得闭合的圆管；
B、预成型：将上述闭合的圆管进行冷冲压成型，使获得具有扭力梁横梁形面的扭力梁横梁半成品；
C、内高压成型：将获得的扭力梁横梁半成品再通过内高压成型加工，得到成型后的扭力梁横梁；
D、热加工：使得到的成型后的扭力梁横梁在温度为900℃～980℃的条件下进行热处理，然后，进行冷却淬火，获得高强度的扭力梁横梁。
2.根据权利要求1所述高强度扭力梁横梁的制作方法，其特征在于，步骤A中所述钢板坯料主要由以下成分的质量百分比的原料组成：
C：0.2wt％～0.3wt％；Mn：1.2wt％～1.5wt％；Si：0.3wt％～0.5wt％；Cr：0.1wt％～0.2wt％；Nb：0.001wt％～0.002wt％；B：0.001wt％～0.005wt％；余量为铁。
3.根据权利要求2所述高强度扭力梁横梁的制作方法，其特征在于，所述Mn的质量百分比为1.3wt％～1.35wt％。
4.根据权利要求3所述高强度扭力梁横梁的制作方法，其特征在于，所述B的质量百分比为0.003wt％～0.004wt％。
5.根据权利要求1或2所述高强度扭力梁横梁的制作方法，其特征在于，步骤A中所述铁素体的面积率为40％～85％；所述珠光体的面积率为15％～60％。
6.根据权利要求3所述高强度扭力梁横梁的制作方法，其特征在于，步骤A中所述铁素体的面积率为55％～80％；所述珠光体的面积率为20％～45％。
7.根据权利要求1所述高强度扭力梁横梁的制作方法，其特征在于，步骤B中所述冷冲压成型的温度为25℃～35℃。
8.根据权利要求1或2所述高强度扭力梁横梁的制作方法，其特征在于，步骤D中所述热处理的温度为930℃～950℃。
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