一種熱沖壓件獲得強(qiáng)塑性能差異化分布的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高強(qiáng)鋼熱沖壓成形領(lǐng)域，更具體地，涉及沖壓件獲得強(qiáng)塑性能差異化分布的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]通過熱沖壓技術(shù)獲得的高強(qiáng)鋼零件強(qiáng)度可達(dá)到1500MPa以上，但其延展性較低，延伸率在5%左右。隨著高強(qiáng)鋼及熱沖壓成形技術(shù)的應(yīng)用推廣，行業(yè)內(nèi)已逐漸認(rèn)識到除提高汽車結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度之外，零部件力學(xué)性能與車身安全性要求相匹配的問題同樣值得關(guān)注。
[0003]同一零件的不同區(qū)域可能有不同的力學(xué)性能需求，即零件力學(xué)性能的差異化分布。以汽車B柱為例，其上部和中部需要高強(qiáng)度以保證汽車承受沖擊時車體保持完整，下部則需要一定的強(qiáng)度和較好的延展性以吸收能量，防止碰撞侵入造成乘員危害。
[0004]現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)零件性能差異化分布的方法通常是在模具上采用分塊技術(shù)，通過不同的模具溫度控制材料相變，使要求高強(qiáng)度的區(qū)域發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，要求高延展性的區(qū)域發(fā)生鐵素體或貝氏體轉(zhuǎn)變。
[0005]這一方法雖然能夠在一步成形過程中實(shí)現(xiàn)零件性能的差異化分布，但尚存在以下技術(shù)問題:(I)在模具上采用分塊技術(shù)的工藝控制難度較大，且過渡區(qū)性能不穩(wěn)定；(2)延展性較高區(qū)域的強(qiáng)度損失較大，抗拉強(qiáng)度僅為600MPa左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種熱沖壓件獲得強(qiáng)塑性能差異化分布的方法及裝置，其目的在于，針對熱沖壓成形并部分淬火至淬火中止溫度的熱沖壓件，選擇性的對其具有不同強(qiáng)塑性能要求的區(qū)域進(jìn)行冷卻或加熱作用，冷氣流的冷卻作用能獲得高強(qiáng)度，熱氣流的加熱保溫作用能獲得高塑性，從而能提高熱沖壓件的綜合強(qiáng)塑力學(xué)性能，簡單、有效實(shí)現(xiàn)熱沖壓件強(qiáng)塑性能差異化分布。由此解決現(xiàn)有強(qiáng)塑性能差異化技術(shù)中，或者工藝控制難度較大、或者高塑性區(qū)內(nèi)強(qiáng)度損失大的技術(shù)問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種熱沖壓件獲得強(qiáng)塑性能差異化分布的方法，采用冷氣流和熱氣流分別作用在淬火件的強(qiáng)度增強(qiáng)區(qū)和塑性增強(qiáng)區(qū)，所述熱氣流的作用是在配分溫度范圍內(nèi)和配分時間范圍內(nèi)進(jìn)行，以使碳由馬氏體向殘余奧氏體擴(kuò)散，從而使淬火件中殘余奧氏體穩(wěn)定化，進(jìn)而使塑性增強(qiáng)區(qū)在使用溫度范圍內(nèi)為馬氏體和殘余奧氏體混合組織；所述冷氣流用于使淬火件中殘余奧氏體繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使強(qiáng)度增強(qiáng)區(qū)在使用溫度范圍內(nèi)為馬氏體組織；
[0008]所述淬火件是指熱沖壓成形后在淬火中止溫度下經(jīng)過部分淬火處理的零件。
[0009]通過以上發(fā)明構(gòu)思，采用冷氣流或熱氣流同時作用在淬火件的相應(yīng)位置上，冷氣流的冷卻作用使要求高強(qiáng)度的區(qū)域繼續(xù)發(fā)生馬氏體相變，獲得高強(qiáng)度；熱氣流的加熱保溫作用，使要求高塑性的區(qū)域發(fā)生碳配分，有效提高延伸率的同時保留強(qiáng)度，從而提高熱沖壓件的綜合強(qiáng)塑力學(xué)性能，是一種簡單、有效實(shí)現(xiàn)熱沖壓件強(qiáng)塑性能差異化分布的方法。
[0010]進(jìn)一步的，所述熱氣流作用的配分溫度范圍為200°C?600°C，所述配分時間范圍為1s?600s。該配分溫度范圍和配分時間范圍主要由材料的淬火一碳配分熱處理特性以及高塑性區(qū)域的延伸率要求決定。
[0011]進(jìn)一步的，所述冷氣流是指溫度低于25°C的氣流。
[0012]進(jìn)一步的，所述熱氣流或者所述冷氣流的介質(zhì)優(yōu)選為空氣。介質(zhì)不限定為空氣，還可以是氮?dú)猓瑲鍤?，氦氣等單一氣體或者多種氣體組成的混合氣體。
[0013]進(jìn)一步的，在所述作用結(jié)束后，采用溫度低于25°C的氣流對整個零件進(jìn)行冷卻處理。冷卻處理的作用是迅速結(jié)束高塑性區(qū)域的碳配分過程，同時使整個零件快速冷卻至室溫。
[0014]進(jìn)一步的，所述零件的材料為適用于淬火-碳配分處理的熱沖壓用鋼。
[0015]按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種實(shí)現(xiàn)如上所述方法的裝置，其特征在于，包括熱沖壓件固定單元和熱氣流封閉單元，所述熱沖壓件固定單元和熱氣流封閉單元分別包括第一氣流隔離板和第二氣流隔離板，所述第一氣流隔離板和第二氣流隔離板分與所述零件外形相匹配，分別能將所述零件固定和能與零件形成供熱氣流容置的封閉空間。
[0016]通過以上發(fā)明構(gòu)思，根據(jù)熱沖壓件的形狀特點(diǎn)，設(shè)計相應(yīng)的熱沖壓件固定單元與熱氣流封閉單元，針對淬火中止溫度下經(jīng)過部分淬火處理的熱沖壓件，將其迅速轉(zhuǎn)移至熱沖壓件固定單元上，使熱氣流封閉單元與熱沖壓件固定單元閉合，使用熱氣流對高塑性區(qū)域加熱保溫，使用冷氣流對高強(qiáng)度區(qū)域快速冷卻；最后移開熱氣流封閉單元，使用冷氣流對熱沖壓件進(jìn)行整體冷卻。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，成本低廉，運(yùn)用該裝置進(jìn)行差異化分布處理，可以提高工作效率，并能保證產(chǎn)品質(zhì)量。
[0017]進(jìn)一步的，所述熱氣流封閉單元還包括熱氣流出口管路和所述熱氣流入口管路，所述熱氣流入口管路軸線位置高于熱氣流出口管路軸線位置。
[0018]本發(fā)明中，采用了淬火一碳配分熱處理工藝，該工藝是將鋼在淬火中止溫度下進(jìn)行部分淬火，使其發(fā)生部分馬氏體轉(zhuǎn)變，之后在一定溫度(配分溫度)保溫一段時間(配分時間)使碳由馬氏體向奧氏體擴(kuò)散，從而產(chǎn)生一部分在室溫下穩(wěn)定的殘余奧氏體，提高鋼的塑性?；谝陨显淼姆椒?，可以保證高塑性區(qū)塑性大幅提高，但是強(qiáng)度不降低或者稍微降低。
[0019]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)熱沖壓件強(qiáng)塑性能差異化分布的方法中，是根據(jù)具體的零件及其服役條件確定高強(qiáng)度區(qū)域與高塑性區(qū)域的，也是根據(jù)高塑性區(qū)最終的延伸率要求并結(jié)合零件材料本身的淬火一碳配分熱處理特性，從而確定其淬火中止溫度，配分溫度范圍以及配分時間范圍的。淬火中止溫度是馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度Ms與終了溫度Mf之間的某一溫度，簡稱“中止溫度”。根據(jù)配分溫度范圍及配分時間范圍，并結(jié)合熱氣流的屬性，確定作用于高塑性區(qū)域的熱氣流溫度以及作用時間。
[0020]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0021](I)相比傳統(tǒng)的輻射加熱方式，通過溫度和流量可調(diào)的氣流與熱沖壓件之間的對流換熱實(shí)現(xiàn)冷卻或保溫，該方式傳熱速度快，可獲得較為均勻的溫度分布，保證了零件性能的穩(wěn)定；進(jìn)一步的，采用冷氣流進(jìn)一步冷卻高強(qiáng)度區(qū)，使先前已經(jīng)經(jīng)過部分淬火處理的熱沖壓件中殘余奧氏體進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而提高其強(qiáng)度，并相應(yīng)的采用熱氣流對高塑性區(qū)進(jìn)行處理，使殘余奧氏體穩(wěn)定化，從而能大幅度提高高塑性區(qū)的塑性并且不會導(dǎo)致該區(qū)的強(qiáng)度大幅降低。本發(fā)明方法中，可靈活選擇冷卻與加熱保溫區(qū)域，在略微降低強(qiáng)度的情況下顯著提高熱氣流作用區(qū)域的延伸率，且可保證冷卻區(qū)域的高強(qiáng)度，在實(shí)現(xiàn)強(qiáng)塑性能差異化的同時提高了零件的綜合抗沖擊力學(xué)性能。
[0022](2)本發(fā)明方法所需裝置結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活，易于實(shí)現(xiàn)，并且可以設(shè)置多個工位，同時能對多個零件進(jìn)行處理，效率高，成本低。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中零件結(jié)構(gòu)示意圖，其包括高強(qiáng)度區(qū)域與高塑性區(qū)域，其中，I代表第一高強(qiáng)區(qū)域，2代表高塑性區(qū)域，3代表第二高強(qiáng)區(qū)域。
[0024]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中熱沖壓件固定單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中熱氣流封閉單元結(jié)構(gòu)示意圖，圖3(a)是立體圖，圖3 (b)是主視圖；
[0026]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中冷、熱氣流同時換熱實(shí)現(xiàn)強(qiáng)塑性差異分布的示意圖；
[0027]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中熱沖壓件在冷氣流下整體冷卻的示意圖；
[0028]圖6為本發(fā)明實(shí)施例中對兩個熱沖壓件同時進(jìn)行換熱處理的示意圖。
[0029]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0030]1-第一高強(qiáng)度區(qū)域2-高塑性區(qū)域3-第二高強(qiáng)度區(qū)域
[0031]4-支撐底座5-隔熱墊6-支撐固定桿
[0032]7-第一氣流隔離板8-第二氣流隔離板 9-熱氣流出口管路
[0033]10-熱氣流入口管路 11-部分淬火的零件 12-第一冷氣流
[0034]13-熱氣流14-第二冷氣流15-加熱加壓裝置
[0035]16-—次熱氣流入口17-第一換熱工位 18-加熱電源
[0036]19-氣體再加熱裝置 20-第二換熱工位 21-熱氣流回收出口
【具體實(shí)施方式】
[0037]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限