高强钢板热冲压成形零件的局部配分处理工艺研究

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高强钢热成形件由于其超高的强度(1500MPa以上)被越来越多地用于汽车工业中,但是其塑性较差(延伸率在5%到8%左右)。为了在不降低或略微降低热成形高强钢板强度基础上改善塑性,本课题将传统热冲压成形工艺与Q&P(淬火—碳配分)工艺结合,提高零件整体或局部强塑性,以适应汽车零件力学性能特性需要,同时为了提高零件在配分过程中热响应及效率,设计了一种新的配分装置——热风配分箱,零件在成形淬火结束后快速转移至此装置中,经过热风配分处理获得高塑性。同一零件的不同区域可能有不同的力学性能需求,即零件力学性能的差异化分布,可以用TTP(变强度成形)工艺实现,也可以用热冲压成形局部配分工艺实现。该工艺可以维持高强度(1300MPa左右)的同时提高塑性。本文以超高强度钢30CrMnSi2Nb为材料进行试验研究,具体完成的主要研究成果如下:  针对热风配分装置核心部分配分箱模型进行数值模拟分析,根据模拟分析结果对配分箱模型进行优化,并以此设计了热风配分装置。对U型零件在此配分装置中加热配分过程进行了温度场模拟和实际测量(配分温度420℃,时间100s,配分前零件温度290℃),结果表明:零件在配分过程温度分布基本均匀,模拟结果和实验测量结果一致(模拟最大温差在15℃左右,实测最大温差20℃左右),且对比箱式炉配分热响应及效率更高(零件温度达到设定温度,配分箱比箱式炉快了40s左右)。  研究在热风配分工艺下,配分温度和配分时间对零件性能的影响。结果表明,在这种配分方式下,最合适的工艺参数为淬火温度280℃,配分温度420℃,配分时间60s,此时可以获得最大强塑积18GPa%左右。  对U型零件进行热冲压Q&P工艺实验研究表明,零件侧壁处强度比法兰和底部低100MPa左右,这是由于零件成形淬火过程接触条件复杂,导致零件不同部位成形淬火后淬火中止温度不一致(侧壁比法兰高60℃)。本文提出了一种改进方案——预冷成形+配分处理,成形淬火结束后淬火温度差减小到30℃,配分结束后零件不同区域强度差减小到40MPa左右。  以本文设计的热风配分装置进行基于Q&P的平板零件TTP实验研究表明:此种TTP工艺可以在零件局部区域获得高塑性的同时维持高强度,大大改善了零件高塑性区的综合力学性能。高强塑性区抗拉强度1350MPa,延伸率13%,强塑积18GPa%;高强度区性能与冷却方式有关,抗拉强度1700MPa-1800MPa,延伸率6%-7.1%,强塑积GPa%10-12GPa%。
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