專利名稱：一種多層金屬復(fù)合板材的熱成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬復(fù)合板材的成形方法，特別是一種多層金屬復(fù)合板材的熱成形方法。
背景技術(shù)：
汽車輕量化的研究是現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)制造的一大主流。高強(qiáng)度材料的應(yīng)用是目前轎車車身輕量化技術(shù)所走的一種普遍途徑。近年來，發(fā)源于歐洲的高強(qiáng)度鋼板熱成形(也稱作熱沖壓)技術(shù)受到工業(yè)界的關(guān)注。熱成形工藝的技術(shù)優(yōu)勢是能夠成形強(qiáng)度高達(dá)1500MPa 的零部件，可組焊成高強(qiáng)度駕乘單元，承受6t以上的靜壓而不損；通過減小壁厚或截面尺寸從而減輕質(zhì)量(達(dá)18% 35% )，實(shí)現(xiàn)輕量化，并節(jié)約材料消耗。熱成形技術(shù)原理是把特殊的硼合金鋼加熱使之奧氏體化，隨后將紅熱的板料送入有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成形，同時(shí)被具有快速均勻冷卻系統(tǒng)的模具冷卻淬火，鋼板組織由奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，從而得到超高強(qiáng)度比的鋼板。熱成形技術(shù)不僅有高強(qiáng)度比的優(yōu)點(diǎn)， 高溫下，材料塑性、成形性好，能一次成形復(fù)雜的沖壓件；高溫下成形能消除回彈影響，零件精度高，成形質(zhì)量好。熱成形工藝打破常規(guī)，構(gòu)思新穎，是沖壓成形領(lǐng)域的前沿技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于汽車前、后保險(xiǎn)杠、A柱、B柱、C柱、車頂構(gòu)架、車底框架以及車門內(nèi)板、車門防撞桿等構(gòu)件的生產(chǎn)。但現(xiàn)有的熱成形鋼板，其沿厚度方向的硬度和強(qiáng)度性能基本上是相等的，不利于降低結(jié)構(gòu)的峰值沖擊力。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要提出一種具有表面硬度、強(qiáng)度低而內(nèi)部的硬度、強(qiáng)度高的多層金屬復(fù)合板材的熱成形方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種多層金屬復(fù)合板材的熱成形方法，包括以下步驟A、安裝冷卻管道將冷卻管道分別安裝在模具的上模具和下模具中；B、熱沖壓成形將硼合金鋼板材加熱使之奧氏體化，隨后將紅熱的板材送入有冷卻管路的模具內(nèi)、并將模具放入有可控氣氛保護(hù)加熱爐進(jìn)行熱沖壓成形；加熱爐中溫度控制在在750 800°C之間；C、快速均勻冷卻在大于50°C /s的冷卻速率下均勻冷卻成形。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、由于本發(fā)明的板材采用了一種稱為22MnB5的材料，是目前廣泛應(yīng)用于熱沖壓成形的鋼板，這類鋼的成分特點(diǎn)是在C-Mn鋼的基礎(chǔ)上添加一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硼。固溶的硼偏析在奧氏體晶粒邊界，延遲了鐵素體和貝氏體的形核進(jìn)而增加了鋼的強(qiáng)度。通過三個(gè)試樣硬度測試表明，材料的硬度從表面到內(nèi)部逐漸增加，HRC硬度從20左右增加到50左右，這與金相試驗(yàn)觀測到的微觀組織相對應(yīng)；三個(gè)試樣的變化趨勢基本一致，這也說明熱成形過程中試件得到均勻可控的成形與淬火。根據(jù)硬度與強(qiáng)度及材料塑性之間的關(guān)系可知，該試樣的強(qiáng)度分布與硬度分布趨勢相同，而材料塑性性能的分布與硬度的分布趨勢相反，這說明此金屬復(fù)合材料為具有表面硬度、強(qiáng)度低而內(nèi)部的硬度、強(qiáng)度高的連續(xù)梯度分布的復(fù)合材料。2、本發(fā)明的原理是把特殊的硼合金鋼加熱使之奧氏體化，隨后將紅熱的板村送入有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成形，同時(shí)被具有快速均勻冷卻系統(tǒng)的模具冷卻淬火，鋼板組織由奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，從而得到超高強(qiáng)度比的鋼板。熱成形技術(shù)不僅有高強(qiáng)度比的優(yōu)點(diǎn)， 高溫下，材料塑性、成形性好，能一次成形復(fù)雜的沖壓件；高溫下成形能消除回彈影響，零件精度高，成形質(zhì)量好。熱成形工藝打破常規(guī)，構(gòu)思新穎，是沖壓成形領(lǐng)域的前沿技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于汽車前、后保險(xiǎn)杠、A柱、B柱、C柱、車頂構(gòu)架、車底框架以及車門內(nèi)板、車門防撞桿等構(gòu)件的生產(chǎn)。3、經(jīng)過分析采用本發(fā)明制備的金屬復(fù)合板材各層的硬度、強(qiáng)度及塑性性能的連續(xù)梯度分布規(guī)律；進(jìn)而對防撞梁進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)及數(shù)值模擬，證明了車門防撞梁熱成形新型金屬復(fù)合板材具有優(yōu)越的承載性能，比常規(guī)高強(qiáng)度鋼高3倍左右。4、通過對比本發(fā)明制備的金屬復(fù)合板材與內(nèi)部各相材料在沖擊載荷作用下的沖擊力、吸能等性能，說明金屬復(fù)合板材有助于降低結(jié)構(gòu)的峰值沖擊力，同時(shí)較平緩的沖擊力水平及材料的逐層失效使結(jié)構(gòu)保持較高的吸能能力。因此，金屬復(fù)合板材綜合了各單相材料的優(yōu)秀性能，適合用于承受沖擊吸能的構(gòu)件的選材。


本發(fā)明共有附圖3張，其中圖1是本發(fā)明的熱成形模具示意圖。圖2是本發(fā)明的零件試樣圖。圖3是試樣沿厚度方向的硬度分布圖。圖中1、上模具，2、下模具，3、冷卻管路，4、板材。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地描述。如圖1-2所示，一種多層金屬復(fù)合板材的熱成形方法，包括以下步驟A、安裝冷卻管路3 將冷卻管路3分別安裝在模具的上模具1和下模具2中；B、熱沖壓成形將硼合金鋼板材4加熱使之奧氏體化，隨后將紅熱的板材4送入有冷卻管路3的模具內(nèi)、并將模具放入有可控氣氛保護(hù)加熱爐進(jìn)行熱沖壓成形；加熱爐中溫度控制在在750 800°C之間；C、快速均勻冷卻在大于50°C /s的冷卻速率下均勻冷卻成形。圖3是按照本發(fā)明的方法制造板材4的材料性能試驗(yàn)曲線，從圖3中可以看出硬度從表面到內(nèi)部逐漸增加，HRC硬度從20左右增加到50左右，這與金相試驗(yàn)觀測到的微觀組織相對應(yīng)；三個(gè)試樣的變化趨勢基本一致，這也說明熱成形過程中試件得到均勻可控的成形與淬火。
權(quán)利要求
1. 一種多層金屬復(fù)合板材的熱成形方法，其特征在于包括以下步驟A、安裝冷卻管路(3)將冷卻管路(3)分別安裝在模具的上模具(1)和下模具O)中；B、熱沖壓成形將硼合金鋼板材(4)加熱使之奧氏體化，隨后將紅熱的板材(4)送入有冷卻管路(3)的模具內(nèi)、并將模具放入有可控氣氛保護(hù)加熱爐進(jìn)行熱沖壓成形；加熱爐中溫度控制在在750 800°C之間；C、快速均勻冷卻在大于50°C/s的冷卻速率下均勻冷卻成形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多層金屬復(fù)合板材的熱成形方法，包括以下步驟將冷卻管路分別安裝在模具的上模具和下模具中；將硼合金鋼板材加熱使之奧氏體化，隨后將紅熱的板材送入有冷卻管路的模具內(nèi)、將模具放入有可控氣氛保護(hù)加熱爐進(jìn)行熱沖壓成形；加熱爐中溫度控制在在750～800℃之間；在大于50℃/s的冷卻速率下均勻冷卻成形。通過試樣硬度測試表明，采用本發(fā)明的方法制造的板材硬度從表面到內(nèi)部逐漸增加，HRC硬度從20左右增加到50左右，這也說明熱成形過程中試件得到均勻可控的成形與淬火。由于試樣的強(qiáng)度分布與硬度分布趨勢相同，說明本發(fā)明制造的金屬復(fù)合材料為具有表面硬度、強(qiáng)度低而內(nèi)部的硬度、強(qiáng)度高的連續(xù)梯度分布的復(fù)合材料。
文檔編號B21D37/16GK102430628SQ20111029980
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者胡平, 郭威, 馬寧 申請人:大連理工大學(xué)