CN105499358A - 一种车身地板纵梁加强板及其热冲压工艺 - Google Patents
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Abstract
一种车身地板纵梁加强板及其热冲压工艺，包括基体钢板，所述基体钢板的表面设置有涂覆层；所述基体钢板与涂覆层之间形成有扩散层，所述涂覆层内部从扩散层到加强板外表面依次形成有低铁塑性层、第一高温塑性层、低铁脆性层、第二高温塑性层和表层。在制造热冲压时需要经历预处理、喷涂润滑剂和加热冲压淬火三个步骤。本设计不仅热塑性好、涂覆层不易脱落，而且机械性能优、抗形变性能强。
Description
技术领域
本发明涉及一种车身地板纵梁加强板，尤其涉及一种车身地板纵梁加强板及其热冲压工艺，具体适用于增强钢板强度，防止钢板锈蚀。
背景技术
汽车轻量化是现代汽车设计制造的主流，对减轻汽车整车自重、提高整车燃油经济性和节能环保至关重要。为了满足商品竞争力提升的要求，目前使用减薄的超高强度钢成为汽车车身用材主流趋势。目前生产地板纵梁零件存在的问题有：1、现有车型的地板纵梁加强梁采用普通高强度钢材料，零件强度低，防撞级别低，不能满足新的安全法规的要求；2、采用超高强度钢替代原材料，解决零件强度低的问题，但超高强度钢冷冲压时成形性较差，容易发生起皱、开裂、回弹大等缺陷，难以加工结构、形状相对复杂的车身零件；3、零件的耐腐蚀性能较差，影响零件的疲劳使用寿命。热冲压成型工艺解决了超高强度钢成形问题，降低钢板冲压前强度，冲压后再强化零件。
中国专利申请公布号为CN102300707B，申请公布日为2014年10月29日的发明专利公开了一种热冲压涂覆部件的制造方法，该方法包括如下的连续步骤，依次为：提供包括钢基材和铝-硅合金预涂层的热轧或冷轧钢板，所述预涂层含有大于50%的游离铝且厚度为15至50微米；然后切割所述钢板以获得预涂覆的钢坯料；然后在非保护性气氛下加热所述坯料到Te-10℃至Te的温度Ti，Te为所述预涂层的低共熔或固相线温度；然后在非保护性气氛下以30℃/s至90℃/s的加热速率V将处于温度Ti的坯料加热到840至950℃的温度Tm以获得涂覆的加热坯料，V为温度Ti至温度Tm的加热速率；然后将所述涂覆的加热坯料在所述温度Tm下均热处理20s至90s的时间tm；然后热冲压所述坯料以获得热冲压涂覆部件；然后以一定冷却速率冷却所述冲压部件。虽然该发明能够得到马氏体或贝氏体，但其仍存在以下缺陷：
1、该方法的感应加热方式加热时间短，容易出现热传导不均匀，成品镀层容易产生热裂纹和镀层脱落。
2、该方法获得的产品是马氏体或贝氏体的至少一种成分的微结构，其结构相对于纯马氏体结构机械性能较差，容易变形。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的镀层不稳定易脱落的问题，提供一种镀层稳定不易脱落的车身地板纵梁加强板及其热冲压工艺。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：
一种车身地板纵梁加强板，包括基体钢板，所述基体钢板的表面设置有涂覆层；
所述基体钢板与涂覆层之间形成有扩散层，所述涂覆层内部从扩散层到加强板外表面依次形成有低铁塑性层、第一高温塑性层、低铁脆性层、第二高温塑性层和表层。
所述扩散层的厚度小于等于16微米，所述涂覆层的厚度小于等于50微米，所述低铁塑性层的厚度为1微米–3微米，所述低铁脆性层的厚度为0–3微米。
所述基体钢板内部呈马氏体相组织形态，所述扩散层呈α–Fe相，扩散层的含铁量大于等于86%。
所述第一高温塑性层与第二高温塑性层在温度大于等于800摄氏度时为塑性。
所述低铁塑性层呈FeAl3相，低铁塑性层的硅含量为10%；
所述第一高温塑性层呈FeAl相，第一高温塑性层的硅含量为7%；
所述低铁脆性层呈Al5Fe2相，低铁脆性层的硅含量为10%；
所述第二高温塑性层呈FeAl相，第二高温塑性层的硅含量为8%。
一种车身地板纵梁加强板的热冲压工艺，其特征在于：所述热冲压工艺包括以下步骤：
第一步：预处理，将铝硅镀层热成型钢板进行切割下料并去油处理，得到钢板件；
第二步：喷涂润滑剂，在钢板件表面喷涂玻璃防护润滑剂的水溶液，得到润滑剂钢板件；
第三步：加热冲压，将已喷涂润滑剂钢板件放入内部温度为890摄氏度–950摄氏度的箱式加热炉中保温3分钟–7分钟，然后将加热后的钢板件在3秒内由加热炉转移到冲压模具上正确安放，并且迅速按下冲压开关，上模具快速冲压下行对钢板件进行冲压，当上、下模具合模的瞬间，冷却水通过上下模具内部的冷却水管路对冲压后的钢板件进行淬火冷却，保持上、下模具合模状态19秒–21秒，钢板件的温度降至120摄氏度–180摄氏度，冷却水入口关闭，上、下模具分开，上述过程中淬火冷却的速度大于30摄氏度每秒，即得到本设计的加强板。
所述第三步：加热冲压中上模具与钢板件上表面接触前上模具的下行速度大于130毫米每秒，上模具与钢板件上表面接触后上模具的下行速度为18毫米每秒–22毫米每秒。
所述第一步：预处理中去除钢板件表面油污的加热温度为200摄氏度–250摄氏度，加热时间为8秒–12秒。
所述第二步：喷涂润滑剂中耐高温玻璃防护润滑剂的水溶液是由耐高温玻璃防护润滑剂与水按一比一的比例混合制作，耐高温玻璃防护润滑剂的使用温度大于等于950摄氏度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种车身地板纵梁加强板中的扩散层、低铁塑性层、第一高温塑性层和第二高温塑性层在高温条件下均为塑性层在热冲压时具有良好的延展性，在热冲压的过程中阻碍了涂覆层内部裂纹的扩展，减少了热冲压过程中涂覆层的脱落；同时本设计涂覆层的耐腐蚀性优于氮气保护的热冲压钢板件。因此，本设计热塑性好，涂覆层不易脱落，耐腐蚀性强。
2、本发明一种车身地板纵梁加强板中的基体钢板为马氏体相组织形态，物理性能优秀，有良好的耐冲击抗形变性能，本设计地板纵梁加强板的零件机械性能达到1500Mpa。因此，本设计机械性能优，抗形变性能强。
3、本发明一种车身地板纵梁加强板中低铁脆性层的厚度为0–3微米，由于镀层中低铁脆性层的厚度较小，对涂覆层整体塑性的影响较小，涂覆层不易脱落，更好的确保了涂覆层的完整性；同时，在低铁塑性层硅元素富集，在高温环境下可以有效阻止Fe-Al合金层的进一步增厚，降低涂覆层的脱落率。因此，本设计涂覆层不易脱落，地板纵梁加强板不易腐蚀。
4、本发明一种车身地板纵梁加强板的热冲压工艺中将汽车车身的地板纵梁加强板零件由热成型钢材料加热后热冲压成形，避免了冷冲压造成的易于开裂、强度低、防撞级别低、回弹过量等问题；使用材料采用铝硅镀层热成型钢材料，避免了钢板材料在高温下被空气中的氧气氧化，在加工过程中需要定期清理钢板板材表面的氧化层问题，提高零件耐腐蚀性能，以及加热系统不需添加气体保护装置。因此，本设计冲压工艺简单，成品耐腐蚀性好。
5、本发明一种车身地板纵梁加强板的热冲压工艺中在地板纵梁加强板冲压成型后在进行淬火冷却，从而使地板纵梁加强板的基体钢板内部呈马氏体相组织形态，有效提升了地板纵梁加强板的机械性能。因此，本设计的冲压工艺方法步骤合理，地板纵梁加强板的机械性能优。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的制造工艺流程图。
图3是本发明的镀层扫描电镜图。
图4是本发明的镀层成分扫描电镜图。
图中：扩散层1、低铁塑性层2、第一高温塑性层3、低铁脆性层4、第二高温塑性层5、表层6、基体钢板7、涂覆层8。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1至图4，一种车身地板纵梁加强板，包括基体钢板7，所述基体钢板7的表面设置有涂覆层8，其特征在于：
所述基体钢板7与涂覆层8之间形成有扩散层1，所述涂覆层8内部从扩散层1到加强板外表面依次形成有低铁塑性层2、第一高温塑性层3、低铁脆性层4、第二高温塑性层5和表层6。
所述扩散层1的厚度小于等于16微米，所述涂覆层8的厚度小于等于50微米，所述低铁塑性层2的厚度为1微米–3微米，所述低铁脆性层4的厚度为0–3微米。
所述基体钢板7内部呈马氏体相组织形态，所述扩散层1呈α–Fe相，扩散层1的含铁量大于等于86%。
所述第一高温塑性层3与第二高温塑性层5在温度大于等于800摄氏度时为塑性。
所述低铁塑性层2呈FeAl3相，低铁塑性层2的硅含量为10%；
所述第一高温塑性层3呈FeAl相，第一高温塑性层3的硅含量为7%；
所述低铁脆性层4呈Al5Fe2相，低铁脆性层4的硅含量为10%；
所述第二高温塑性层5呈FeAl相，第二高温塑性层5的硅含量为8%。
一种车身地板纵梁加强板的热冲压工艺，其特征在于：所述热冲压工艺包括以下步骤：
第一步：预处理，将铝硅镀层热成型钢板进行切割下料并去油处理，得到钢板件；
第二步：喷涂润滑剂，在钢板件表面喷涂玻璃防护润滑剂的水溶液，得到润滑剂钢板件；
第三步：加热冲压，将已喷涂润滑剂钢板件放入内部温度为890摄氏度–950摄氏度的箱式加热炉中保温3分钟–7分钟，然后将加热后的钢板件在3秒内由加热炉转移到冲压模具上正确安放，并且迅速按下冲压开关，上模具快速冲压下行对钢板件进行冲压，当上、下模具合模的瞬间，冷却水通过上下模具内部的冷却水管路对冲压后的钢板件进行淬火冷却，保持上、下模具合模状态19秒–21秒，钢板件的温度降至120摄氏度–180摄氏度，冷却水入口关闭，上、下模具分开，上述过程中淬火冷却的速度大于30摄氏度每秒，即得到本设计的加强板。
所述第三步：加热冲压中上模具与钢板件上表面接触前上模具的下行速度大于130毫米每秒，上模具与钢板件上表面接触后上模具的下行速度为18毫米每秒–22毫米每秒。
所述第一步：预处理中去除钢板件表面油污的加热温度为200摄氏度–250摄氏度，加热时间为8秒–12秒。
所述第二步：喷涂润滑剂中耐高温玻璃防护润滑剂的水溶液是由耐高温玻璃防护润滑剂与水按一比一的比例混合制作，耐高温玻璃防护润滑剂的使用温度大于等于950摄氏度。
本发明的原理说明如下：
所述铝硅镀层热成型钢板的基材为22MnB5钢。
由于本发明的加强板主体为马氏体结构，其机械性能较好，强度、硬度高，因此热冲压后的成品需要使用激光切割的方式进行后期加工，对附近材料造成的影响更小。
第三步：加热冲压，将已喷涂润滑剂钢板件放入内部温度为890摄氏度–950摄氏度的箱式加热炉中保温3分钟–7分钟，本设计保温时间充足保证最终形成完全的马氏体组织，且镀层不会过度生长，影响后续焊接涂装性能，其零件机械性能达到1500MPa，远高于该专利中的零件组织性能，具有优良的抗变形性能。
将加热后的钢板3s内由加热炉快速转移至热冲压模具(见图2)上，开启压机下行按钮，模具快速下行，为防止材料在成形前组织硬化，速度高达到130mm/s以上；当压力机闭合并开始加压时速度降至20mm/s，上下模具慢速合模。
冷却水流通时压力为0.2Mpa，温度为13℃，模具内冷却水管直径为40mm,单件成形时模具内冷却水最大流量为6.4m3/h，由计算可知水流速为1.42m/s，此时可得到完全充分的马氏体组织。计算可知，冷却水流速在1m/s最大值时，钢板淬火冷却速度高于30℃/s；再根据热成型钢材料的TTT曲线可知，淬火冷却速度达到30℃/s以上时，即可得到充分的马氏体组织。
FeAl相在温度大于等于800摄氏度时表现为塑性，在温度低于800摄氏度时表现为脆性。
α－Fe：温度在912摄氏度以下的纯铁，晶格类型是体心立方，α－Fe相表现为塑性。
由于涂覆层8表面存在脱落情况，因此所述表层6的成分不确定。由于扩散层1和涂覆层8的五层结构是由热扩散形成的，故扩散层1、低铁塑性层2、第一高温塑性层3、低铁脆性层4、第二高温塑性层5和表层6的单层厚度是不均匀的，每一层的厚度是在一定厚度范围内变化的。
实施例1：
参见图1至图4，一种车身地板纵梁加强板，包括基体钢板7，所述基体钢板7的表面设置有涂覆层8，所述基体钢板7与涂覆层8之间形成有扩散层1，所述涂覆层8内部从扩散层1到加强板外表面依次形成有低铁塑性层2、第一高温塑性层3、低铁脆性层4、第二高温塑性层5和表层6；所述扩散层1的厚度小于等于16微米，所述涂覆层8的厚度小于等于50微米，所述低铁塑性层2的厚度为1微米–3微米，所述低铁脆性层4的厚度为0–3微米；所述基体钢板7内部呈马氏体相组织形态，所述扩散层1呈α–Fe相，扩散层1的含铁量大于等于86%，其余成分为铝和硅；所述第一高温塑性层3与第二高温塑性层5在温度大于等于800摄氏度时为塑性；所述低铁塑性层2呈FeAl3相，低铁塑性层2的硅含量为10%；所述第一高温塑性层3呈FeAl相，第一高温塑性层3的硅含量为7%；所述低铁脆性层4呈Al5Fe2相，低铁脆性层4的硅含量为10%；所述第二高温塑性层5呈FeAl相，第二高温塑性层5的硅含量为8%。
一种车身地板纵梁加强板的热冲压工艺，其特征在于：所述热冲压工艺包括以下步骤：
第一步：预处理，将铝硅镀层热成型钢板进行切割下料，然后将其在200摄氏度–250摄氏度的条件下加热8秒–12秒，去除油污，得到钢板件；
第二步：喷涂润滑剂，在钢板件表面喷涂玻璃防护润滑剂的水溶液，得到已喷涂润滑剂钢板件，喷涂润滑剂中耐高温玻璃防护润滑剂的水溶液是由耐高温玻璃防护润滑剂与水按一比一的比例混合制作，耐高温玻璃防护润滑剂的使用温度大于等于950摄氏度；
第三步：加热冲压，将已喷涂润滑剂钢板件放入内部温度为890摄氏度的箱式加热炉中保温7分钟，然后将加热后的钢板件在3秒内由加热炉转移到冲压模具上正确安放，并且迅速按下冲压开关，上模具快速冲压下行对钢板件进行冲压，当上、下模具合模的瞬间，冷却水通过上下模具内部的冷却水管路对冲压后的钢板件进行淬火冷却，保持上、下模具合模状态21秒，钢板件的温度降至120摄氏度–180摄氏度，冷却水入口关闭，上、下模具分开，上述过程中淬火冷却的速度大于30摄氏度每秒，即得到本设计的加强板；加热冲压中上模具与钢板件上表面接触前上模具的下行速度大于130毫米每秒，上模具与钢板件上表面接触后上模具的下行速度为18毫米每秒–22毫米每秒。
实施例2：
实施例2与实施例1基本形同，其不同之处在于：
第三步：加热冲压，将已喷涂润滑剂钢板件放入内部温度为910摄氏度的箱式加热炉中保温6分钟，然后将加热后的钢板件在3秒内由加热炉转移到冲压模具上正确安放，并且迅速按下冲压开关，上模具快速冲压下行对钢板件进行冲压，当上、下模具合模的瞬间，冷却水通过上下模具内部的冷却水管路对冲压后的钢板件进行淬火冷却，保持上、下模具合模状态20秒，钢板件的温度降至120摄氏度–180摄氏度，冷却水入口关闭，上、下模具分开，上述过程中淬火冷却的速度大于30摄氏度每秒，即得到本设计的加强板；加热冲压中上模具与钢板件上表面接触前上模具的下行速度大于130毫米每秒，上模具与钢板件上表面接触后上模具的下行速度为20毫米每秒。
实施例3：
实施例3与实施例1基本形同，其不同之处在于：
第三步：加热冲压，将已喷涂润滑剂钢板件放入内部温度为930摄氏度的箱式加热炉中保温5分钟，然后将加热后的钢板件在3秒内由加热炉转移到冲压模具上正确安放，并且迅速按下冲压开关，上模具快速冲压下行对钢板件进行冲压，当上、下模具合模的瞬间，冷却水通过上下模具内部的冷却水管路对冲压后的钢板件进行淬火冷却，保持上、下模具合模状态20秒，钢板件的温度降至120摄氏度–180摄氏度，冷却水入口关闭，上、下模具分开，上述过程中淬火冷却的速度大于30摄氏度每秒，即得到本设计的加强板；加热冲压中上模具与钢板件上表面接触前上模具的下行速度大于130毫米每秒，上模具与钢板件上表面接触后上模具的下行速度为20毫米每秒。
实施例4：
实施例4与实施例1基本形同，其不同之处在于：
第三步：加热冲压，将已喷涂润滑剂钢板件放入内部温度为950摄氏度的箱式加热炉中保温3分钟，然后将加热后的钢板件在3秒内由加热炉转移到冲压模具上正确安放，并且迅速按下冲压开关，上模具快速冲压下行对钢板件进行冲压，当上、下模具合模的瞬间，冷却水通过上下模具内部的冷却水管路对冲压后的钢板件进行淬火冷却，保持上、下模具合模状态19秒，钢板件的温度降至120摄氏度–180摄氏度，冷却水入口关闭，上、下模具分开，上述过程中淬火冷却的速度大于30摄氏度每秒，即得到本设计的加强板；加热冲压中上模具与钢板件上表面接触前上模具的下行速度大于130毫米每秒，上模具与钢板件上表面接触后上模具的下行速度为20毫米每秒。
Claims (9)
1.一种车身地板纵梁加强板，包括基体钢板（7），所述基体钢板（7）的表面设置有涂覆层（8），其特征在于：
所述基体钢板（7）与涂覆层（8）之间形成有扩散层（1），所述涂覆层（8）内部从扩散层（1）到加强板外表面依次形成有低铁塑性层（2）、第一高温塑性层（3）、低铁脆性层（4）、第二高温塑性层（5）和表层（6）。
2.根据权利要求1所述的一种车身地板纵梁加强板，其特征在于：
所述扩散层（1）的厚度小于等于16微米，所述涂覆层（8）的厚度小于等于50微米，所述低铁塑性层（2）的厚度为1微米–3微米，所述低铁脆性层（4）的厚度为0–3微米。
3.根据权利要求1或2所述的一种车身地板纵梁加强板，其特征在于：
所述基体钢板（7）内部呈马氏体相组织形态，所述扩散层（1）呈α–Fe相，扩散层（1）的含铁量大于等于86%。
4.根据权利要求3所述的一种车身地板纵梁加强板，其特征在于：
所述第一高温塑性层（3）与第二高温塑性层（5）在温度大于等于800摄氏度时为塑性。
5.根据权利要求4所述的一种车身地板纵梁加强板，其特征在于：
所述低铁塑性层（2）呈FeAl3相，低铁塑性层（2）的硅含量为10%；
所述第一高温塑性层（3）呈FeAl相，第一高温塑性层（3）的硅含量为7%；
所述低铁脆性层（4）呈Al5Fe2相，低铁脆性层（4）的硅含量为10%；
所述第二高温塑性层（5）呈FeAl相，第二高温塑性层（5）的硅含量为8%。
6.一种根据权利要求1–5中任意一项所述的车身地板纵梁加强板的热冲压工艺，其特征在于：
所述热冲压工艺包括以下步骤：
第一步：预处理，将铝硅镀层热成型钢板进行切割下料并去油处理，得到钢板件；
第二步：喷涂润滑剂，在钢板件表面喷涂玻璃防护润滑剂的水溶液，得到已喷涂润滑剂钢板件；
第三步：加热冲压，将已喷涂润滑剂钢板件放入内部温度为890摄氏度–950摄氏度的箱式加热炉中保温3分钟–7分钟，然后将加热后的钢板件在3秒内由加热炉转移到冲压模具上正确安放，并且迅速按下冲压开关，上模具快速冲压下行对钢板件进行冲压，当上、下模具合模的瞬间，冷却水通过上下模具内部的冷却水管路对冲压后的钢板件进行淬火冷却，保持上、下模具合模状态19秒–21秒，钢板件的温度降至120摄氏度–180摄氏度，冷却水入口关闭，上、下模具分开，上述过程中淬火冷却的速度大于30摄氏度每秒，即得到本设计的加强板。
7.根据权利要求6所述的一种车身地板纵梁加强板的热冲压工艺，其特征在于：
所述第三步：加热冲压中上模具与钢板件上表面接触前上模具的下行速度大于130毫米每秒，上模具与钢板件上表面接触后上模具的下行速度为18毫米每秒–22毫米每秒。
8.根据权利要求6或7所述的一种车身地板纵梁加强板的热冲压工艺，其特征在于：
所述第一步：预处理中去除钢板件表面油污的加热温度为200摄氏度–250摄氏度，加热时间为8秒–12秒。
9.根据权利要求6或7所述的一种车身地板纵梁加强板的热冲压工艺，其特征在于：
所述第二步：喷涂润滑剂中耐高温玻璃防护润滑剂的水溶液是由耐高温玻璃防护润滑剂与水按一比一的比例混合制作，耐高温玻璃防护润滑剂的使用温度大于等于950摄氏度。
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