汽车用薄钢板的热处理强化技术

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1、汽车用薄钢板的热处理强化技术1．前言　　为提高汽车的冲撞安全性和减轻车身重量，要求进一步提高车体部件的强度。车体部件用薄钢板一般在冷加工成形后就可直接使用，因此为提高部件的强度，必须使用高强度钢材。一般说来，钢材的强度和成形性是一种对立的关系，由于开发了既能提高钢材强度又能提高成形性的技术，因此各种汽车用高强度钢板已应用于实际。但是，780MPa级和980MPa级超高强度钢板应用于车体部件时，部件在冲压成形时出现的弹性变形回复和翘曲等形状不良现象变得明显。这些不良现象受钢材的强度和纵弹性模量的影响，靠提高钢材延性等机械

2、特性是难以解决的。　　另一方面，对于变速箱等部件，一般是采取将球化退火处理后变软的高碳钢板在成形后进行热处理来提高强度的技术。通过这种热处理，虽然提高强度容易，但它不仅增加了工序，而且降低了生产率，因此它不是车体部件中能与高强度钢板竞争的技术。　　近年来，对超过980MPa级高强度钢板的需求越来越大，但在高强度钢板的冷加工成形时，形状不良和加工成形载荷要求高等问题越来越明显，因此热处理作为一种全面的工艺已引起人们的关注。　　具体说来，通过热冲压和局部淬火使强度达到1200～1500MPa的技术已应用于实际，应用的例子也

3、在不断增加。这些都是塑性加工技术和热处理技术结合的结果，各个关键技术的研究水平都已达到了顶峰。但是，为能在性能价格比上与冷加工成形技术相抗争，必须优化使用薄钢板制作汽车部件的制造工艺。本文就这些技术的概况进行说明，并介绍了今后的研究课题。　　2．部件的制造工艺　　2．1热冲压　　热冲压是指在高温下的冲压，但本文仅限于以强化淬火为目的的技术，也就是说，它是一种在900℃左右的奥氏体区对加热数分钟的工件进行冲压，通过工件在冲压金属模内冷却，强化淬火的技术。　　在金属模内对被加热的部件实施挤压的状态下进行淬火时，由于能减轻热

4、处理变形，因此很早以前就应用于片状齿轮等的淬火，它可称为冲压淬火和金属模淬火。这些技术都是对已加工成最终形状的部件进行热处理的技术，并不是积极进行高温成形的技术。　　薄钢板部件的热处理强化工艺有，先将钢板进行加热，然后在高温下进行冲压成形的同时，在冲压金属模内进行冷却淬火的方法。因此，积极进行高温成形的方法在冠以成形淬火或开发商的名字后，称为PlannjaProcess。虽然各专业术语有以上所述那样的微细差别，但实际上在很多情况下都是意义相同，本文统一使用“热冲压”这一术语。　　还有一种方法与前述的齿轮加工一样，是将冷

5、加工成形的部件进行加热，而不是在高温下积极进行成形的方法，相对前述的直接方式，它可称为间接方式或预成形方式。另外，由于所使用的钢板添加了硼元素，因此称作Boronsteel(或B－steel)名称的钢材有时也意味着它是采用热冲压加工方法的钢材。　　2．2低温冲压　　即使它是一种将加热的钢板进行冲压成形的方法，但在加热温度低的情况下无法强化淬火。本文把不以淬火强化为目的，而以减轻成形载荷为目的，加热温度在500～700℃左右的成形工艺称为低温冲压。除加热温度外，其冲压工艺与直接方式的热冲压相同。　　2．3局部淬火　　局部

6、淬火工艺是对冷加工成形部件的局部进行高频感应加热，在水冷后进行局部淬火强化。与把整个部件进行淬火相比，它只是对部件性能所要求的部位进行淬火，由此可降低热处理成本和减少热处理变形。局部淬火法有移动淬火法和定置淬火法。前者是一面移动加热带卷，一面按顺序对要求淬火的部位进行淬火的方法。后者是在不移动带卷的情况下能同时对要求的淬火部位进行加热的定置淬火方法。另外，还有将钢板局部淬火后进行成形的方法。　　2．4工艺的特征　　各工艺特征示于表1。超高强度钢由于变形阻抗高，因此在对大的部件进行冷加工成形时需要大的成形载荷，冲压机的设

7、备费高。不论是采用在高温下成形的热冲压(直接方式)和低温冲压的方法，还是采用将较软的钢材进行冷加工成形的热冲压(预成形方式)和局部淬火的方法，其成形载荷并没有那么大。　　在超高强度钢的冷加工成形中存在着弹性变形回复和扭曲等问题，但在将软钢进行成形时，形状不良的问题少。薄钢板成形部件的刚性一般很小，因此淬火时的应变是一个问题，采用局部淬火来应对应变的措施是很重要的。在热冲压时，工件在金属模内被约束到所规定的形状下进行冷却、淬火，因此几乎不会发生应变。　　在热处理时，加热手段是必不可少的，其设备投资也是不可少的。在热冲压和

8、低温冲压时，为使加热钢材的输送与冲压机的冲压同节拍，因此需要大型连续式加热炉。另一方面，采用局部淬火时，不要求加热钢材的输送与冲压机的冲压同节拍，由于加热范围窄，可以使用较小的高频加热设备。另外，采用预成形方式的热冲压时，为对成形部件进行加热，因此需要比加热钢板更大的大型加热炉。　　热冲压必须保持冲压的下死点，因此生产节拍长，但采