CN114635024A - 一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法 - Google Patents

一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法，特点是包括以下步骤：(1)将中锰钢零件加热至奥氏体转变结束温度Ac3以上30℃‑50℃，保温5‑10分钟，使得组织完全奥氏体化；(2)然后将中锰钢零件在马氏体转变开始温度Ms点和马氏体转变结束温度Mf点之间进行热冲压成形，并保压0‑20s，保压压力为3000KG；(3)再转移至加热炉内，在高于马氏体转变开始温度Ms点30‑50℃进行10s‑60s的碳配分热处理后冷却至室温；(4)最后送至加热炉内在奥氏体化转变开始温度Ac1点和奥氏体化转变结束温度Ac3点之间进行临界区退火热处理并空冷至室温即可，优点是尺寸精度高和性能优异。

Description

一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法
技术领域
本发明涉及一种中锰钢处理方法，尤其是涉及一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法。
背景技术
中锰钢是通过奥氏体逆转变在含5％-10％Mn的低碳钢中获得大量的奥氏体和超细晶的铁素体组织。高性能中锰钢由于强度高，采用传统冷冲压工艺成形时，极易出现回弹变形、起皱开裂、尺寸精度差以及成形抗力大、设备易损等问题。针对上述问题，目前国际上通常采用热冲压成形的方法，即利用材料高温状态下良好的成形性而淬火后获得超高强度，同时减少甚至消除回弹，是实现汽车轻量化的先进技术。热冲压成形后的中锰钢零件的抗拉强度能达到1500MPa以上，而断后延伸率却只有约为10％，其强塑积(强塑积＝抗拉强度×总伸长率)远达不到第三代高强钢的碰撞安全性能需求(30～40GPa％)。而中锰钢冷冲压技术需要的设备吨位大，成形零件质量和精度差，中锰钢热冲压技术所获取的零件力学性能不能满足要求。而单纯通过热处理的方式来实现钢板的优异性能则难以在实际过程中得到应用，因此，亟需提出一种能结合热冲压塑性成形方法与中锰钢配分-临界区退火的热处理方法来综合提升中锰钢制件的力学性能的处理方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种尺寸精度高和性能优异的基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法，包括以下步骤：
(1)将中锰钢零件加热至奥氏体转变结束温度Ac3以上30℃-50℃，保温5-10分钟，使得组织完全奥氏体化；
(2)将步骤(1)奥氏体化后的得到的中锰钢零件在马氏体转变开始温度Ms点和马氏体转变结束温度Mf点之间进行热冲压成形，并保压0-20s，保压压力为3000KG，在此期间完成中断淬火过程；
(3)将步骤(2)中断淬火后得到中锰钢零件转移至加热炉内，在高于马氏体转变开始温度Ms点30-50℃进行10s-60s的碳配分热处理，随后冷却至室温；
(4)将步骤(3)得到的中锰钢零件送至加热炉内，在奥氏体化转变开始温度Ac1点和奥氏体化转变结束温度Ac3点之间进行60-90min的临界区退火热处理并空冷至室温，得到尺寸精度高和性能优异的中锰钢零件。
进一步，步骤(1)所述的奥氏体转变结束温度Ac3为810℃。
进一步，步骤(2)所述的马氏体转变开始温度Ms点和马氏体转变结束温度Mf点之间为230℃-260℃。
进一步，步骤(3)所述的马氏体转变开始温度Ms点为260℃。
进一步，步骤(4)所述的奥氏体化转变开始温度Ac1点和奥氏体化转变结束温度Ac3点之间为650℃-700℃。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法，结合成形与热处理工艺的优势，通过热冲压成形技术改善成形性，成形抗力小，所需吨位小，成形后零件质量和尺寸精度高，通过中断淬火-碳配分-临界区退火热处理工艺使得最终零件的力学性能好，强塑积大于30GPa％，从而得到尺寸精度高和力学性能好的中锰钢热冲压零件。
附图说明
图1为基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理工艺示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
一、具体实施例
本实验所采用钢的化学成分组成及其质量百分比为：C：0.18％，Mn：4.6％，Si：0.23％，余量为Fe。
实施例1
一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)将中锰钢零件加热至850℃保温10min，使得组织完全奥氏体化；
(2)将步骤(1)奥氏体化后的得到的中锰钢零件在马氏体转变开始温度Ms点和马氏体转变结束温度Mf点之间的温度230℃进行热冲压成形，并保压10s，保压压力为3000KG，在此期间完成中断淬火过程；
(3)将步骤(2)中断淬火后得到中锰钢零件转移至加热炉内，在温度300℃(高于马氏体转变开始温度Ms点40℃)进行30s的碳配分，随后冷却至室温；
(4)将步骤(3)得到的中锰钢零件送至加热炉内，在奥氏体化转变开始温度Ac1点和奥氏体化转变结束温度Ac3点之间的温度680℃进行75min临界区退火热处理，并空冷至室温，得到尺寸精度高和性能优异的中锰钢零件。
实施例2
一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)将中锰钢零件加热至840℃保温10min，使得组织完全奥氏体化；
(2)将步骤(1)奥氏体化后的得到的中锰钢零件在马氏体转变开始温度Ms点和马氏体转变结束温度Mf点之间的温度260℃进行热冲压成形，并保压10s，保压压力为3000KG，在此期间完成中断淬火过程；
(3)将步骤(2)中断淬火后得到中锰钢零件转移至加热炉内，在温度290℃(高于马氏体转变开始温度Ms点30℃)进行60s的碳配分，随后冷却至室温；
(4)将步骤(3)得到的中锰钢零件送至加热炉内，在奥氏体化转变开始温度Ac1点和奥氏体化转变结束温度Ac3点之间的温度700℃进行60min临界区退火热处理，并空冷至室温，得到尺寸精度高和性能优异的中锰钢零件。
实施例3
一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)将中锰钢零件加热至860℃保温5min，使得组织完全奥氏体化；
(2)将步骤(1)奥氏体化后的得到的中锰钢零件在马氏体转变开始温度Ms点和马氏体转变结束温度Mf点之间的温度230℃进行热冲压成形，并保压20s，保压压力为3000KG，在此期间完成中断淬火过程；
(3)将步骤(2)中断淬火后得到中锰钢零件转移至加热炉内，在温度310℃(高于马氏体转变开始温度Ms点50℃)进行10s的碳配分，随后冷却至室温；
(4)将步骤(3)得到的中锰钢零件送至加热炉内，在奥氏体化转变开始温度Ac1点和奥氏体化转变结束温度Ac3点之间的温度660℃进行90min临界区退火热处理，并空冷至室温，得到尺寸精度高和性能优异的中锰钢零件
实施例4
一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)将中锰钢零件加热至850℃保温10min，使得组织完全奥氏体化；
(2)将步骤(1)奥氏体化后的得到的中锰钢零件在马氏体转变开始温度Ms点和马氏体转变结束温度Mf点之间的温度230℃进行热冲压成形，并保压18s，保压压力为3000KG，在此期间完成中断淬火过程；
(3)将步骤(2)中断淬火后得到中锰钢零件转移至加热炉内，在温度300℃(高于马氏体转变开始温度Ms点40℃)进行30s的碳配分，随后冷却至室温；
(4)将步骤(3)得到的中锰钢零件送至加热炉内，在奥氏体化转变开始温度Ac1点和奥氏体化转变结束温度Ac3点之间温度的680℃进行80min临界区退火热处理，并空冷至室温，得到尺寸精度高和性能优异的中锰钢零件。
实施例5
一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)将中锰钢零件加热至850℃保温8min，使得组织完全奥氏体化；
(2)将步骤(1)奥氏体化后的得到的中锰钢零件在马氏体转变开始温度Ms点和马氏体转变结束温度Mf点之间的温度250℃进行热冲压成形，并保压2s，保压压力为3000KG，在此期间完成中断淬火过程；
(3)将步骤(2)中断淬火后得到中锰钢零件转移至加热炉内，在温度300℃(高于马氏体转变开始温度Ms点40℃)进行30s的碳配分，随后冷却至室温；
(4)将步骤(3)得到的中锰钢零件送至加热炉内，在奥氏体化转变开始温度Ac1点和奥氏体化转变结束温度Ac3点之间的温度650℃进行90min临界区退火热处理，并空冷至室温，得到尺寸精度高和性能优异的中锰钢零件。
对比例1
(1)将中锰钢零件加热至850℃保温10min，使得组织完全奥氏体化；
(2)将步骤(1)奥氏体化后的得到的中锰钢零件室温进行热冲压成形，并保压10s,保压压力为3000KG。
对比例2
(1)将中锰钢零件加热至850℃保温10min，使得组织完全奥氏体化；
(2)将步骤(1)奥氏体化后的得到的中锰钢零件在马氏体转变开始温度Ms点和马氏体转变结束温度Mf点之间的温度230℃进行热冲压成形，并保压10s，保压压力为3000KG，在此期间完成中断淬火过程；
(3)将步骤(2)中断淬火后得到中锰钢零件转移至加热炉内，在温度300℃(高于马氏体转变开始温度Ms点40℃)进行30s的碳配分，随后冷却至室温。
对比例3
(1)将中锰钢零件加热至850℃保温10min，使得组织完全奥氏体化；
(2)将步骤(1)奥氏体化后的得到的中锰钢零件室温进行热冲压成形，并保压10s，保压压力为3000KG；
(3)将步骤(2)得到的中锰钢零件送至加热炉内，在奥氏体化转变开始温度Ac1点和奥氏体化转变结束温度Ac3点之间的温度680℃进行75min临界区退火热处理，并空冷至室温。
二、对比试验
对实施例1-5和对比例1-3制得的中锰钢进行抗拉强度、断后延伸率、强塑积、奥氏体含量检测。
表1所示为最终测得中锰钢性能的相关参数：
Figure BDA0003504013370000051
Figure BDA0003504013370000061
根据所述工艺路线所得到的中锰钢零件，零件尺寸与设计尺寸最大偏差为0.4mm，精度远高于传统冷冲压成形，所得到的零件进行拉伸标准试验，测得抗拉强度为1328MPa，断后延伸率为27.2％，强塑积(抗拉强度*断后延伸率)＝1328MPa*27.2％＝36.1Ga％，性能远优于第三代高强钢所规定的30GPa％，证明所提出的工艺优越性。
对比例1显微组织由大量的马氏体和少量残余奥氏体组成，马氏体强度高但塑性差，强塑积达不到第三代汽车钢的要求；对比例2通过碳配分稳定了奥氏体，少量的提高了奥氏体含量，使得塑形略微提高；对比例3通过逆奥氏体相变获得到较高含量的残余奥氏体，塑形有了较高提升的同时强度下降较大；而本发明通过逆奥氏体相变获得高奥氏体含量的同时引入了碳配分能够进一步细化组织，使得强度和塑形都较为优异，最终得到强塑积满足第三代汽车钢要求的中锰钢。
综上所述，本发明将奥氏体化后的中锰钢材料通过中断淬火-碳配分-临界区退火热处理工艺使得最终零件的力学性能好，强塑积大于30GPa％，从而得到尺寸精度高和力学性能好的中锰钢热冲压零件。
上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将中锰钢零件加热至奥氏体转变结束温度Ac3以上30℃-50℃，保温5-10分钟，使得组织完全奥氏体化；
(2)将步骤(1)奥氏体化后的得到的中锰钢零件在马氏体转变开始温度Ms点和马氏体转变结束温度Mf点之间进行热冲压成形，并保压0-20s，保压压力为3000KG，在此期间完成中断淬火过程；
(3)将步骤(2)中断淬火后得到中锰钢零件转移至加热炉内，在高于马氏体转变开始温度Ms点30-50℃进行10s-60s的碳配分热处理，随后冷却至室温；
(4)将步骤(3)得到的中锰钢零件送至加热炉内，在奥氏体化转变开始温度Ac1点和奥氏体化转变结束温度Ac3点之间进行60-90min的临界区退火热处理并空冷至室温，得到尺寸精度高和性能优异的中锰钢零件。
2.根据权利要求1所述的一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法，其特征在于：步骤(1)所述的奥氏体转变结束温度Ac3为810℃。
3.根据权利要求1所述的一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法，其特征在于：步骤(2)所述的马氏体转变开始温度Ms点和马氏体转变结束温度Mf点之间为230℃-260℃。
4.根据权利要求1所述的一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法，其特征在于：步骤(3)所述的马氏体转变开始温度Ms点为260℃。
5.根据权利要求1所述的一种基于塑性成形与热处理相结合的中锰钢零件处理方法，其特征在于：步骤(4)所述的奥氏体化转变开始温度Ac1点和奥氏体化转变结束温度Ac3点之间为650℃-700℃。
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