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1、在高温下硼钢的热成型模具淬火期间的实验热传递系数测量摘要热成型模具淬火被汽车工业用于生产具有高强度重量比的超高强度钢部件。通过在使用加热模具的淬火步骤期间控制局部冷却速率，可以获得具有分布特性的防撞结构部件。该过程需要空白/模具界面处的传热系数的详细空间知识。在Usibor1500P硼钢坯料上进行热冲压实验，以研究压力和坯料和模具温度如何影响传热系数，这是使用反向热传导分析推断的。发现传热系数在整个实验中随着表面粗糙度峰的变形和坯料和模具温度的演变而变化。尽管在冲压过程开始时的传热系数随着初始模温
2、度而增加，但是它收敛到仅取决于所施加的压力的值。此外，发现零压力的实验传热系数与半经验模型预测的气隙电导相匹配，但压力相关分量低于模型预测的固体接触电导。1.介绍新的材料和制造工艺被用于汽车工业，以减少车辆重量，而不损害碰撞性能，会提高燃料效率并减少二氧化碳排放[1,2]。重量减少可以使用聚合物，镁和铝，但也与高和超高强度钢（UHSS），更轻的材料相比具有优越的强度重量比获得[3,4]。UHSS的一个实例是可淬火的硼钢22MnB5，其中少量的硼（约0.005pct）增加了淬透性，并允许最大抗拉强度
3、为1600MPa[5,6]。因此，与冷冲压高强度钢部件相比，可以实现更薄，更轻的横截面的碰撞性能要求[5,7]。自从1984年在汽车制造中引入以来，UHSS结构件的使用急剧增加。使用UHSS材料（如22MnB5硼钢）制造的抗撞击组件包括A柱，B柱，门梁，保险杠梁以及车顶和侧梁[7,8]。超高强度钢在室温下的低成形性与非常高的成形载荷和显着的回弹有关[1-3,9,10]，这限制了冷压UHSS零件简单的几何形状如门和保险杠梁[5,10]。然而，这些材料在较高温度下的高延展性和低流动应力降低了冲压载荷，
4、并允许形成具有令人满意的尺寸公差的复合形状[5,9]。热成型模淬火（HFDQ）工艺如图1所示，也称为加压硬化，在一个步骤中结合了高温板材成型和淬火硬化。常规的热成型模具淬火通过将硼钢板“坯料”预热至约900LC开始，以形成具有良好成形性的均匀奥氏体微结构。然后将坯料转移到一组水冷却的工具（冲头，模具），其中发生冲压成最终形状。由于冷的工具表面，在冲压期间和之后获得高的冷却速率。根据图1所示的22MnB5硼钢的连续冷却变形（CCT）图2将奥氏体（A）完全转变成马氏体（M）并获得最大硬度和抗拉强度[4
5、,11-13]，需要25-30LC/s的最小冷却速率。在较低的冷却速率下形成较软的相如铁素体（F）或贝氏体（B）[7,11,12]。HFDQ工艺还可以用于制造具有分布特性的结构部件。例如，当具有较低强度但具有较高延展性的较软相（例如铁氧体或贝氏体）能够在碰撞期间吸收更大量的能量时，诸如B柱的部件的碰撞性能得到改善[2,6,14]。在其它技术中，可以通过实现亚临界冷却速率来获得“定制的”机械性能(i.e.<30LC/s)。通过在工具和坯料[7]之间或使用具有较低热导率[2]或加热区[7,15]的成型
6、工具引入薄空气间隙，可以实现冷却速度的局部降低。图1.热成型模具淬火（HFDQ）工艺示意图[11].图2.根据Naderi的22MnB5钢的实验CCT图[13].使用部分加热的工具生产具有分布式机械性能的结构部件需要精确控制局部冷却速率。这只能通过对坯料/工具界面处的热传递现象的准确了解来实现。在空白和工具之间的传热系数（HTC）的小的不准确性可导致在HFDQ过程中计算坯料内的热历史，微结构演变和相应的最终机械性质的显着误差[17]。一些研究人员已经研究了HFDQ工艺中坯料和工具之间的热传递。用S
7、alo-monsson等人研究了用低温（例如室温或水冷却）工具进行热冲压的实验HTC值[18,19]，Merklein和Lechler[8]，Bosettietal[20]和Abdulhayetal[21,22]。使用各种方法将用热电偶测量的空白或工具温度转换成传热系数。在所有情况下，发现在坯料/工具界面处的计算的传热系数随着施加的压力而增加。Caronetal[23]使用半经验热接触电导模型预测Usibor11500P硼钢坯料和平面AISI4140工具钢模具之间的HTC。根据开发的一般模型计算传
8、热系数由Çetinkale和Fishenden[25]，其中热接触电容h是两个独立的贡献之和：两个表面之间的空气间隙的热传递hg和小的，随机分布的接触点处的固体接触电导hc(1)预测的气隙电导率hg由下式给出(2)其中空气的热导率kg在室温下为0.0262W/mK[26]，而有效气隙厚度使用由Rapier等人开发的相关性计算。[27]，并基于坯料和模具表面粗糙度的平均峰-谷高度。使用轮廓仪进行的表面粗糙度测量确定Usibor1500P硼钢坯料的平均峰-谷高度为6.0lm，AISI4
