德國熱沖壓簡介

1、摘要摘要用熱沖壓生產(chǎn)所需的高強(qiáng)度鋼構(gòu)件（也稱為沖壓硬化）需要淵博的知識(shí)和控制成形過程。這樣，才能使最后一部分的屬性達(dá)到預(yù)期目標(biāo)和適應(yīng)不同的工藝參數(shù)及滿足它們之間的相互關(guān)系。除了跟傳統(tǒng)的冷成型的一些參數(shù)外不同外，熱和微觀結(jié)構(gòu)等參數(shù)使得熱沖壓過程的機(jī)械性能變得更加復(fù)雜。這些參數(shù)是解釋物理現(xiàn)象必不可少的。在這篇文章中，對(duì)熱沖壓中的熱，機(jī)械，微觀結(jié)構(gòu)和技術(shù)領(lǐng)域的最新狀況進(jìn)行了綜述。研究所有工序后，從半成品加熱到熱沖壓空各個(gè)過程都進(jìn)行了描述。對(duì)現(xiàn)

2、有研究結(jié)果進(jìn)行調(diào)查顯示，在整個(gè)過程中的成形相轉(zhuǎn)變，連續(xù)流變行為，都和機(jī)械性能以及幾何形狀相關(guān)。形成的一些差距，主要和相變，連續(xù)流動(dòng)行為的領(lǐng)域，機(jī)械和幾何形狀之間的部分性質(zhì)的相關(guān)。這些和先進(jìn)工藝的工業(yè)應(yīng)用都有一些差距。該論述的目的是提供一個(gè)成型過程背景，并展示熱沖壓領(lǐng)域的巨大潛力。1、引言鑒于汽車的輕量化，安全化和抗沖擊性能，對(duì)于高強(qiáng)度汽車機(jī)構(gòu)鋼板的需求日益明顯。瑞典公司熱沖壓專利及其發(fā)展（1977年專利），被用于一些刀具刃上。1984年

3、Saab汽車公司是第一家采用硬化硼鋼板制作了Saab9000的汽車制造商。生產(chǎn)的零部件從1987年的的300萬件年到1977年的800萬件年。自從2000年起，更多的熱沖壓零部件被用于汽車上，并且年生產(chǎn)量在2007年已達(dá)到1億多件。熱沖壓件在汽車工業(yè)的應(yīng)用比如說汽車底盤，像A柱，B柱，保險(xiǎn)杠，車頂縱梁和管道，如圖1。目前熱沖壓存在兩種途徑：直接和間接熱沖壓方法。在直接熱沖壓中，半成品被加熱，再轉(zhuǎn)移到?jīng)_壓，隨后在閉式模具內(nèi)成型和淬火。見圖

4、2a。可以通過可行的冷卻速率開獲得。硼是對(duì)淬透性影響最大的元素，鑒于硼延緩了向軟組織轉(zhuǎn)變和導(dǎo)致馬氏體組織的產(chǎn)生。在奧氏體化條件下，在鋼與空氣接觸時(shí)很快就形成氧化膜。為了避免表面氧化和脫碳，大量的金屬板會(huì)涂覆上一層保護(hù)層。在直接熱沖壓中應(yīng)用最為廣泛的是AlSi涂層。Bsetto等研究了熱學(xué)參數(shù)對(duì)AlSi涂層機(jī)械性能的影響。這些合金鍍層通常是持續(xù)熱浸電鍍工藝，溶液為10%Si和3%Fe和87%Al。在對(duì)含有涂覆層的工件熱處理的過程中，F(xiàn)e擴(kuò)

5、散從表層基體界面到表層是個(gè)熱激活過程。AlSi涂層的熔點(diǎn)接近600℃。然而，由于基體中存在Fe，AlFe合金有著更高的熔點(diǎn)在界面生長并很快達(dá)到表面。AlFe合金遷移到表面，它們有高的熔點(diǎn)防止了表層被氧化。對(duì)于一個(gè)典型950℃熱沖壓過程，次層組織為交替變化的AlFe含量。在直接熱沖壓過程中，這個(gè)保護(hù)層阻止了氧化層的的產(chǎn)生。相比與在室溫下的初始狀態(tài)基礎(chǔ)材料，由于AlSi層較低形成的限制，熱浸鍍鋁板不能用于間接熱沖壓過程中，它們不適合冷成形。

6、這種涂層不提供陰極保護(hù)，如鋅，但有高的柵欄保護(hù)。類似的冷成型件，陰極保護(hù)是適用于熱沖壓零件的。汽車行業(yè)中的這些要求可能通過陰極保護(hù)得到滿足，如鋅。在加熱和熱沖壓過程中，熱浸鍍鋅的鋅層基體材料與形成金屬間化物鋅鐵相發(fā)生反應(yīng)。為了盡量減少涂層中的裂紋擴(kuò)展到基礎(chǔ)材料，熱浸鍍鋅22MnB5只能在間接熱沖壓中使用。在熱沖壓后，氧化層必須經(jīng)過噴丸移除，以避免不良的涂料附著。另一種22MnB5的保護(hù)涂層是Xtex。這相當(dāng)于給直接和間接的熱沖壓附加一層

7、防腐層。根據(jù)sol–gel工序涂層以μm的氧化材料的結(jié)合為基礎(chǔ)。有機(jī)和無機(jī)材料混合Al粒子來形成保護(hù)層。這種7μm的厚保護(hù)層在冷成型過程中使得材料在不加潤滑時(shí)候還能流動(dòng)。最新的防止氧化層產(chǎn)生的方法是采用防護(hù)油，正如MiIto（2009）中所描述的一樣。電爐中加熱的鋼板氧化能得到阻礙，并且研究了兩種不同的防護(hù)油。氧化防護(hù)油在成型和熱彎曲試驗(yàn)之外的冷卻試驗(yàn)中進(jìn)行了研究。鋼板的表面分析顯示潤滑（四次）可以減少表面氧化。3、加熱、加熱熱沖壓過程

8、是從加熱到奧氏體化溫度的鋼板開始的。為了了解該過程，在熱沖壓過程中設(shè)置觀察窗口，熱處理工藝參考LechlerMerklein（2008）的奧氏體溫度和時(shí)間。在這些測試中，試樣在兩端都是40MPa的壓力下淬火。為了評(píng)價(jià)相轉(zhuǎn)變以及淬火硬度，在維氏硬度計(jì)HV10上進(jìn)行硬度測試。最短的奧氏體化時(shí)間在不同的奧氏體化溫度和不同厚度的鋼板下火的最大的硬度為470HV，如圖4所示。研究結(jié)果顯示可淬火的22MnB5，其同等的奧氏體化程度最短熱處理時(shí)間的關(guān)

9、鍵因素是奧氏體化溫度圖4a和鋼板厚度圖4b，。研究發(fā)現(xiàn)，在爐溫為950℃下持續(xù)3min有利于獲的最大馬氏體含量，也是最大硬度約為470HV。隨著爐溫的下降，奧氏體化持續(xù)時(shí)間增加。在熱處理時(shí)隨著確定熱沖壓零部件足夠精確的焊接性能（Stoppetal.，2007），Al–Si涂層的上限時(shí)間取決于三元合金Al–Si–Fe層的厚度（AusterhoffRostek，2002）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)（Stoppetal.，2007），在爐中不超過奧氏體化時(shí)覆