CN111154960A - 一种热成型软硬区零件及其生产工艺 - Google Patents

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刘鹏
尤宝卿
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Abstract

本发明公开一种热成型软硬区零件，包括软区、过渡区和硬区，且过渡区介于软区和硬区之间；其中，软区的抗拉强度为640～865MPa，屈服强度为420～550MPa，延伸率A50≥15％，硬度HV10/HV30为200～270；硬区的抗拉强度为1300～1650MPa，屈服强度为900～1300MPa，延伸率为A50≥5％，硬度HV10/HV30为400～520。本发明提供的热成型软硬区零件具有硬区部位机械强度高、抗冲击能力强，软区部位机械性能较低，碰撞时吸能与溃缩的特点；本发明通过精确控制不同区域的冷却降温速率的成型过程，实现料片硬区部位全部完全马氏化，软区部位保留原有奥氏体、珠光体和铁素体的多项组合组织，工艺简单，成本低，适于大规模化生产。

Description

一种热成型软硬区零件及其生产工艺
技术领域
本发明涉及热成型技术领域，具体涉及一种热成型软硬区零件及其生产工艺。
背景技术
在全球石油资源短缺，大气污染严重、气候变暖，交通事故愈频繁的大背景下，有利于汽车安全性、汽车轻量化、汽车节能减排的热成型技术备受青睐。
但是传统的热成型零件组织结构主要为淬火马氏体，同一个零件上只能实现一种强度范围。对热成型零件采用局部软化工艺，设置局部材料组织结构，可以实现同一个零件在不同的区域有不同的强度范围，更利于优化整车的碰撞性能。
现有技术中，一般可采用补丁板或激光拼焊板工艺实现在同一零件的部同区域有不同的强度范围，然而上述工艺均存在成本高的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种热成型软硬区零件及其生产工艺，解决现有技术中现有的生产工艺成本高的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的第一方面提供了一种热成型软硬区零件，包括软区、过渡区和硬区，且过渡区介于软区和硬区之间；其中，
软区的抗拉强度为640～865MPa，屈服强度为420～550MPa，延伸率A50≥15％，硬度HV10/HV30为200～270；
硬区的抗拉强度为1300～1650MPa，屈服强度为900～1300MPa，延伸率为A50≥5％，硬度HV10/HV30为400～520。
本发明的第二方面提供了一种热成型软硬区零件的生产工艺，包括以下步骤：
将料片置于加热炉内加热至910～930℃，使料片奥氏体化；
将奥氏体化的料片置于模具中，使料片软区对应的模具镶块温度为60～75℃，使料片硬区对应的模具镶块温度为450～500℃，保温8～15S，得到热成型软硬区零件。
本发明第二方面提供的热成型软硬区零件的生产工艺用于制备本发明第一方面中提供的热成型软硬区零件。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的热成型软硬区零件具有硬区部位机械强度高、抗冲击能力强，软区部位机械性能较低，碰撞时吸能与溃缩的特点；两者结合能够有效地提高汽车的碰撞安全性能，实现汽车轻量化，并具有成型性好，回弹小，稳定性强的特点；
本发明提供的热成型软硬区零件及其生产工艺通过精确控制不同区域的冷却降温速率的成型过程，实现料片硬区部位全部完全马氏化，软区部位保留原有奥氏体、珠光体和铁素体的多项组合组织，工艺简单，成本低，适于大规模化生产。
附图说明
图1是本发明热成型软硬区零件的一实施方式的结构示意图；
图2是本发明热成型软硬区零件的生产工艺所用模具一实施方式的结构示意图；
图3是本发明热成型软硬区零件的生产工艺所用控制机构的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1，图1是本发明热成型软硬区零件的一实施方式的结构示意图。第一方面，本发明提供了一种热成型软硬区零件1，包括软区11、过渡区12和硬区13，且过渡区12介于软区11和硬区13之间；其中，软区11的抗拉强度为640～865MPa，屈服强度为420～550MPa，延伸率A50≥15％，硬度HV10/HV30为200～270；硬区13的抗拉强度为1300～1650MPa，屈服强度为900～1300MPa，延伸率为A50≥5％，硬度HV10/HV30为400～520。
优选地，软区11的延伸率A50为15.5～16.5％，硬区13的延伸率A50为5～6.5％。
第二方面，本发明提供了一种热成型软硬区零件的生产工艺，包括以下步骤：
S1:将料片置于加热炉内加热至910～930℃，使料片奥氏体化；
S2:将奥氏体化的料片置于模具中，使料片软区对应的模具镶块温度为60～75℃，使料片硬区对应的模具镶块温度为450～500℃，保温8～15S，得到热成型软硬区零件。
本发明第二方面提供的热成型软硬区零件的生产工艺用于制备本发明第一方面中提供的热成型软硬区零件。
本发明中，使料片软区对应的模具镶块温度为60～75℃，以此保证零件硬区部位金相组织由奥氏体化向马氏体化转化；使料片硬区对应的模具镶块温度为450～500℃，以此保证零件软区部位金相组织不发生马氏体化，保留原有的奥氏体、珠光体和铁素体的多项组合组织；保温8～15S，使需要软化的部分保留原有奥氏体、珠光体和铁素体的多项组合组织，以实现同一零件上不同区域有不同的机械性能。
优选地，将所述料片置于加热炉内加热前还需对料片进行表面防氧化涂层处理，从而减缓料片氧化。
优选地，在所料片置于加热炉内时，向加热炉内通入保护气体，从而减缓料片氧化。具体地，保护气体为N2。
本发明中，对料片进行表面防氧化处理和向加热炉内冲入保护气体均能减少料片氧化程度，便于后续提高冲压淬火效果，有时甚至能够减少表面清理工序。
本发明中，将奥氏体化的料片置于模具的过程中，料片的温度为670～780℃。
图2是本发明热成型软硬区零件的生产工艺所用模具一实施方式的结构示意图。模具2包括冲压水冷模具本体21、加热丝22和隔温层23，隔温层23将冲压水冷模具本体21分为冷却区A和加热控温区B；加热丝22设于加热控温区B内。具体地，模具本体21内设有腔体，该腔体用于盛放料片，使料片成型；隔温层23为隔温石棉材料或耐高温高压玻璃纤维材料，从而将冷却区A和加热控温区B之间隔开，避免两侧发生热传导。
优选地，加热控温区B内设有第一镶块24和温度传感器25，加热丝22和温度传感器25通过第一镶块24固定设于冲压水冷模具本体21内。
具体地，本发明所用的加热丝为铁铬镍材质，直接为8mm。
优选地，加热控温区B内还设置有第一冷却水管26，第一冷却水管26均匀分布在第一镶块24内，其进水端与外接进水管连通，其出水端与外接出水管连通；冷却区A内设置有第二镶块27、第二冷却水管28和第二温度传感器29，第二冷却水管28均匀分布在第二镶块25内，其进水端与外接进水管连通，其出水端与外接出水管连通；更进一步地，第一冷却水管26和第二冷却水管28之间不连通，避免冷却区A和加热控温区B内的温度互相干扰。
进一步地，加热丝22设于第一冷却水管26远离腔体的一侧，从而乙方有利于加热控温区B内温度的均匀性，另一方面也避免加热丝22与料片直接接触。
更进一步地，模具2外侧还设置有控制机构3，控制机构3与加热丝22、第一温度传感器25、第二温度传感器29电连接，便于对冷却区A和加热控温区B内的温度进行控制。具体的，如图3，控制机构3包括显示屏31、控制开关32、控制面板33和控制器34；其中，控制面板33设于显示屏31下方，控制开关32设于控制面板33上，控制器34设于控制面板33内。控制器34与显示屏31、控制开关32、加热丝22、第一温度传感器25、第二温度传感器29通过导线连接。其中，第一温度传感器25用于检测加热控温区B内的温度，并将信号传递给控制器34，控制器34接收到信号后将信号传递给显示屏31并控制加热丝22工作，从而将加热控温区B内的软区模具镶块温度控制在450～500℃的范围内；第二温度传感器29用于检测冷却区A内的温度，并将信号传递给控制器34，控制器34接收到信号后，将信号传递给显示屏31。
实际生产过程中，可根据显示屏31上的读数实时监测冷却区A和加热控温区B的温度，并通过调节冷却水流速等参数对温度进行精确控制，进一步提高了成型工艺的稳定性。
本发明中，硬区13利用模具的冷却区A对高温板料进行淬火热处理，使热冲压零件硬区部位获得均匀的马氏体组织和良好的机械性能；软区利用加热控温区B持续加热保压，使热冲压零件软区部位保留原有奥氏体，让其不进行马氏体转化；过渡区介于硬区和软区之间，多为残余奥氏体、珠光体、马氏体、铁素体一种或者多种组织而成。此外，保压可以减小回弹，提高热冲压零件形状精度。
优选地，将热成型软硬区零件从模具中取出时，可利用酸洗或喷丸的方法去除零件表面的氧化皮，从而提高零件表面质量。
根据料片置于模具时的温度、软区模具镶块温度、硬区模具镶块温度、保温时间的不同，本发明热成型软硬区零件的生产工艺可以有多个不同的实施情况，其具体见表1。
表1
Figure BDA0002352504180000061
根据料片置于模具时的温度、软区模具镶块温度、硬区镶块温度、保温时间的不同，本发明热成型软硬区零件的生产工艺可以有多个不同的对比情况，其具体见表2。
表2
Figure BDA0002352504180000071
对实施例1～7和对比例1～4中得到的成型软硬区零件的性能进行测试，其测试结果见表3。
表3
Figure BDA0002352504180000072
Figure BDA0002352504180000081
由表3可以看出，通过本发明的工艺可得到同时具有两种不同机械性能的热成型软硬区零件，且在本发明提供的参数范围内，所得热成型软硬区零件的综合性能最好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热成型软硬区零件，其特征在于，包括软区、过渡区和硬区，且所述过渡区介于所述软区和所述硬区之间；其中，
所述软区的抗拉强度为640～865MPa，屈服强度为420～550MPa，延伸率A50≥15％，硬度HV10/HV30为200～270；
所述硬区的抗拉强度为1300～1650MPa，屈服强度为900～1300MPa，延伸率为A50≥5％，硬度HV10/HV30为400～520。
2.根据权利要求1所述热成型软硬区零件，其特征在于，所述软区的延伸率A50为15.5～16.5％，硬区13的延伸率A50为5～6.5％。
3.一种如权利要求1～2中任一项所述热成型软硬区零件的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
将料片置于加热炉内加热至910～930℃，使所述料片奥氏体化；
将奥氏体化的所述料片置于模具中，使所述料片软区对应的模具镶块温度为60～75℃，使所述料片硬区对应的模具镶块温度为450～500℃，保温8～15S，得到热成型软硬区零件。
4.根据权利要求3所述热成型软硬区零件的生产工艺，其特征在于，将所述料片置于加热炉内加热前还需对料片进行表面防氧化涂层处理和/或在所料片置于加热炉内时，向加热炉内通入保护气体。
5.根据权利要求3所述热成型软硬区零件的生产工艺，其特征在于，将奥氏体化的所述料片置于模具的过程中，所述料片的温度为670～780℃。
6.根据权利要求3所述热成型软硬区零件的生产工艺，其特征在于，所述模具包括冲压水冷模具本体、加热丝和隔温层，所述隔温层将所述冲压水冷模具本体分为冷却区A和加热控温区B，且所述加热丝设于所述加热控温区B内。
7.根据权利要求6所述热成型软硬区零件的生产工艺，其特征在于，所述加热控温区B内设有第一镶块和温度传感器，所述加热丝和温度传感器通过第一镶块固定设于所述冲压水冷模具本体内。
8.根据权利要求7所述热成型软硬区零件的生产工艺，其特征在于，所述加热控温区B内还设置有第一冷却水管，所述第一冷却水管均匀分布在所述第一镶块内，其进水端与外接进水管连通，其出水端与外接出水管连通；所述冷却区A内设置有第二镶块、第二冷却水管和第二温度传感器，所述第二冷却水管均匀分布在所述第二镶块内，其进水端与外接进水管连通，其出水端与外接出水管连通。
9.根据权利要求8所述热成型软硬区零件的生产工艺，其特征在于，所述模具外侧还设置有控制机构，所述控制机构与加热丝、第一温度传感器、第二温度传感器电连接。
10.根据权利要求9所述热成型软硬区零件的生产工艺，其特征在于，所述控制机构包括显示屏、控制开关、控制面板和控制器；其中，
所述控制器与所述显示屏、所述控制开关、所述加热丝、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器通过导线连接。
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