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[汽车钢板] 带状组织对热冲压成形件组织性能的影响

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发表于 2020-5-7 17:21:27 | 显示全部楼层 |阅读模式

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带状组织对热冲压成形件组织性能的影响

马光宗1,2 冯运莉2 李建英1 马德刚1 王耐1
(1.华北理工大学 冶金与能源学院,唐山 063009;2.河钢集团唐钢公司汽车板事业部,唐山 063000)
摘要:通过平面模具淬火试验,对不同显微组织的热冲压成形用钢进行模拟冲压,比较不同带状组织对热冲压成形用钢的拉伸性能、折弯性能的影响,同时对横纵向性能差异进行对比。结果表明:带状组织经热冲压后在厚度方向的中心会产生条带状马氏体,对各向均匀性产生影响,抗拉强度在横向和纵向上相差约36 MPa,屈服强度相差约105 MPa,折弯角度偏差6°。
关键词:带状组织 平面模具冲压 拉伸性能 弯曲性能 条带状马氏体

近年来,随着汽车轻量化需求的不断扩大,热冲压成形用钢在白车身中的应用不断增加,数据显示,热冲压成形零件的数量在车身中的应用已超过15 个。对于热冲压成形用钢而言,由于其在使用过程中多需经过加热、淬火等热处理工艺,因此对碳、锰、铬等合金元素的含量有着一定的要求。而较高的碳、锰等合金元素的加入,必然使得钢材的显微组织中常常伴随产生一定级别的带状组织,国内尚无带状组织对热冲压成形用钢的系统研究[1-4]。本文通过平面模具淬火试验方法,对具有带状组织的钢板进行了模拟冲压,利用拉伸试验、三点弯曲试验、组织分析等方法,对带状组织的影响进行了分析及评价。


2 试验材料与方法

取相同化学成分的热冲压成形用钢22 MnB5钢带,通过调整退火工艺,获得具有不同显微组织的试验钢,如表1 所示。

[size=0.8em]表1 试验钢化学成分
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[size=1em]将两组试样放入厢式炉加热,加热温度设定为930 ℃,保温5 min 后取出进行平面模具淬火试验,将平面模具冲压后的试样在180 ℃温度下保温20 min 进行回火。

[size=1em]对平面模具冲压试验后的材料进行显微组织、维氏硬度、拉伸性能、三点弯曲性能检测。


3 试验结果与分析

3.1 机械性能

[size=1em]汽车碰撞时,要保证较好的吸能效果,尤其侧碰性能是不允许保险件提前出现断裂或者吸能不足的,因此研究拉伸性能、冷弯性能非常重要,特别是三点弯曲性能体现了金属材料的成形性和对成形过程中由于弯曲或者碰撞载荷造成失效的敏感性,横纵向机械性能差异的存在必然对车身安全性带来隐患,因此,保证热成形件性能均匀性对保证汽车安全有着重要的意义[5]。

[size=1em]按照GB∕T 228.1—2010《金属材料拉伸试验第1 部分:室温试验方法》对试样进行拉伸试验检测,按照VDA 238-100《弯曲角度测试方法》进行三点弯曲试验检测,结果如表2、图1 所示。

表2 热冲压后机械性能
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图1 热冲压后机械性能

[size=1em]结合表2 和图1 可以看出,1#试样横向和纵向抗拉强度均在1 450 MPa 左右,延伸率相当,力学性能较为稳定,进行三点弯曲试验,两个方向弯曲角达到60°左右,1#试样在抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、三点折弯角度方面均差异不大。2#试样横向抗拉强度1 500 MPa,纵向抗拉强度在1 460 MPa 左右,横向屈服强度1 068 MPa,纵向屈服强度在1 172 MPa 左右,延伸率均在7%左右,进行三点弯曲试验,横向弯曲角较差、仅为53°,纵向弯曲角达到59°。2#试样在抗拉强度、断后伸长率差异不大,屈服强度相差105 MPa,三点折弯角度相差6°,且纵向性能明显优于横向性能。2#试样和1#试样相比,三点折弯角度相差3~6°。

3.2 显微组织

[size=1em]按照 GB∕T 34474.1~2017《钢中带状组织的评定》对试样进行显微组织检测。按照JEOL JXA 8530F 场发射电子探针显微镜进行微观形貌观察。按照 GB∕T 4340.1~2009 对 2#试样进行维氏硬度检测。如图2、图3 和图4 所示。

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图2 热冲压前的显微组织

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图3 2#试样热成形后的中心部组织形貌

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图4 2#试样沿厚度方向的维氏硬度

[size=1em]由图2 可知,两组试样在热冲压前的组织明显有所不同,2#试样在热冲压前的组织为铁素体和珠光体组成,且呈连续条带状。由图3、图4 可知,2#试样在热冲压后组织由马氏体和铁素体组成,且沿厚度方向中心存在厚度约0.1 mm 左右的全马氏体条带,其余部分的显微组织由马氏体和铁素体组成,带钢存在明显的组织分布不均,铁素体的存在导致硬度下降。硬度偏高区域与带钢中心马氏体条带区域重合。

[size=1em]由于材料在热冲压前存在带状组织,在厚度中心位置富集着大量的C、Mn 等元素,降低了材料的Ac3 温度,因而可以在相对较低的加热温度和较短的保温时间下实现完全奥氏体化,并在随后的淬火过程中在带钢中心形成马氏体条带,其他区域C、Mn 元素含量的减少,则不能保证完全奥氏体化,在后续的淬火过程中必然含一定量的贝氏体或残余奥氏体,最终导致硬度明显偏低。在进行三点折弯测试时,微裂纹自马氏体和铁素体的晶界位置首先产生,导致弯曲性能变差[6,7]。


4 结论

4.1 带状组织对热冲压前后的力学性能有着遗传影响,尤其是对三点折弯性能影响较大,横向折弯角度较纵向折弯角度差6°。

4.2 带状组织由于其成分偏析的影响,最终在热冲压后易在厚度方向的中心产生条带状马氏体,造成带钢中心硬度偏高。


参考文献:

[size=1em][1]康永林.现代汽车板工艺及成形理论与技术[M].北京:冶金工业出版社,2009.

[size=1em][2]张永亮,李雪刚,张鑫.高强度钢板热冲压成形研究与进展[J].汽车工艺与材料,2015,(02):41-46.

[size=1em][3]金英锡,吕晓东,等.高强度钢板的成形特性及成形技术现状[J].汽车工艺与材料,2016,(09):46-53.

[size=1em][4]杜庆辉, 黄超.钢板热冲压技术在车身制造上的应用[J].汽车工艺与材料,2014,(03):23-27.

[size=1em][5]马鸣图,路洪洲,等.22MnB5钢三种热冲压成形件的冷弯性能[J].机械工程材料,2016,(07):7-12..

[size=1em][6]李兵,张春,等.初始成形温度对超高强钢板热成形件精度的影响[J].热加工工艺,2017,(11):107-109..

[size=1em][7]徐玉松,李国一,等.马氏体时效钢带状组织产生的原因[J].材料开发与应用,2009,(06):62-66..



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