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汽车轻量化是降低燃油消耗及减少排放的有效途径之一。为了给汽车用户提供最高等级的安全性能,同时又要实现汽车减重,现多数商用汽车制造商开始采用高强度轻重量的热成形零部件。然而根据热成形件质量的要求,需要着重考虑加热过程中的几个关键技术参数(温度均匀性,气氛保护,露点控制),并结合不同加热炉的结构特点,比较了相互的优缺点。结果表明,辊底式加热炉性能要优于多层箱式炉。
车身轻量化是实现节能减排的有效途径之一。但轻量化不能作为降低车辆安全性的借口。热成形件因其强度高、安全性好而获得广泛应用。
如图1所示,热成形工艺原理是把硼钢板(22MnB5)置入加热炉内加热到Ac3以上某一温度(850~950℃,3~10min);完全奥氏体化后,将其从加热炉中取出,迅速转移至有冷却系统的热冲压模具中,快速冲压成形并保压淬火,使板料组织由奥氏体转变为马氏体。成形后的制件强度可达1500MPa左右,零件尺寸精度高,回弹较小。
热成形件在生产和使用过程中需重点关注几个问题:加热过程氧化保护,零件使用过程中的碰撞性能(晶粒尺寸)和氢脆引起的延迟开裂(露点保护)江南·体育(JN SPORTS)官方网站。而在热成形淬火工艺中,这些关键性能的控制阶段是板料的加热奥氏体化过程。
[2]。然而晶粒尺寸对碰撞性能影响较大,如图4所示,晶粒尺寸的增大大大降低了成形件的碰撞吸能功;而根据Cai H.L.的研究可知,奥氏体化温度对原奥氏体晶粒尺寸影响很大,分别为 :9.7μm (875℃)、23.4μm (900℃)、25.8μm(925℃)、29.9μm(950℃)。图4 22MnB5原奥氏体晶粒尺寸对于碰撞吸能功的影响
为此,为保证力学性能均匀性,辊底式加热炉效果最好;如果是箱式炉,最好在内部设计风道,让炉内强制流动,提高炉内温度的均匀性。
在热成形淬火工艺中,板料要经过加热奥氏体化阶段;板料在高温状态下会发生氧化,表层脱碳(脱碳层将产生大量铁素体,如图5所示),形成氧化皮。在没有保护气体的情况下,脱碳层厚度为50~100μm,相当于板料厚度减薄;另外导致摩擦严重,模具磨损,工作环境恶劣。目前冲压过程中的板料主要分为两种:裸板和涂层板。
裸板:料片进入加热炉后,为防料片氧化,通常通入惰性气体进行保护,常用惰性气体为氮气,或者氮气+少量氢气(或少量甲烷)。然而往加热炉通入的纯氮气中会夹杂少量杂质(氧气和水),裸板上的油里会残留水分,长时间工作的加热炉的保温材料里也含有大量水分和氧气;并且由于炉门的频繁开启,会使空气进入加热炉内部;辊底式加热炉只有两个炉门;而箱式加热炉每个炉膛都有一个炉门。因此,辊底式炉比箱式炉的保护效果好。
氢裂的主要来源是:在料片生产中,由于保护不彻底导致氢进入料片中;露点是指湿空气中水蒸气的分压力所对应的饱和温度,可用露点检测仪测定。
。在热成形生产中,为防氢裂产生,在加热炉内部通入保护气氛,与游离氢发生反应,保护料片;且在加热炉中设露点检测仪,对露点进行检测。在辊底式加热炉中,由于只有一个炉膛,所以露点检测仪的数量比较少,一般放置一个,也可以分区放置多个;而对于箱式炉,每个炉膛是独立的,需要在每个炉膛都有一个露点检测仪。