模具间隙对热冲压钢板BR1500HS性能影响研究(3)

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1高强度钢应用现状

1.1热冲压简介

然而，当加工板料转为高强度钢板后，对加工设备就有了一定要求，增加了冲压成型的难度并增加了成型后的变形抗力。对于有些形状较复杂的工件，一般的冷冲压很难达到尺寸精度要求，甚至有些还不能成形，而且还会出现许多无法避免的问题，例如冷冲压工件的回弹和模具的损耗。这些缺陷在热冲压情况下反而是优势，热冲压技术应运而生[3-6]。

热冲压成形工艺是在整个冲压过程中集加热、保温、保压、冲压成形、冷却等多道工序的加工方法。本实验主要利用高温热冲压板料遇到有冷却管道的冷模具，大量热量会被冷却系统带走，温度会快速下降。同时伴随发生相变，相变过程中释放的相变能量将会对温度场产生影响。与此同时，工件内的组织发生相变，其带来的能量会导致温度场的变化。此外，板料在凹凸模中冲压成型，温度场的变化会使工件微观组织结构一起发生变化。因此热冲压成形是一种非等温的复杂成形过程[5,7,8]。

整个热冲压成形中模具间隙对板料的成形及淬火影响很大，减小模具间隙有利于模具与板料之间的传热，然而材料内部的应变应力会随着增加，加工成型的工件一些位置也可能有变薄甚至开裂等严重情况，但是凹凸模间隙变得过于小，也有相应缺点。如过小的模间隙会使得工件表面质量下降，对使用次数多了的模具，其精度寿命也会下降。

影响材料组织因素主要会有两个：第一因为模具有通水的冷却系统，所以当高温板料放上去后，板料温度会急剧下降，影响导致相变发生。第二相变发生的过程中，会释放相变潜热，形成变化的温度场，从而影响组织转变。此外，热力学属性如弹性模量都主要取决于温度场的变化，温度场的变化决定了材料组织形貌，所以控制温度的变化是热冲压技术的关键。高强钢热成形是一种非等温的复杂成形过程。因为过程中包含了诸多因素的综合作用，包括应力应变、温度、相变等等。然而因为模具的加工成本费用高昂，在实际生产中无法用传统方法去研究它。

热冲压模具系统示意图

因此本文开展非等温成形实验和模具实验，更加接近模拟出真实冲压环境下的结果。金属薄板拉深成形中盒型件的变形规律具有一定的指导性。因此，本实验研究盒型件其热冲压成形微观组织，研究模具间隙对盒型件微观组织的影响。综合应用金相法等方法研究等温与非等温中材料高温性能区别，以及不同间隙对非等温实验的影响，并对最终实验结果进行分析研究。

1.2高强度钢板分类

根据强度把钢材分为三个大类分别是软钢、高强度钢和超高强度钢，延伸率为纵坐标、屈服强度为横坐标绘得的不同种类钢材的类型图如图1.2[10]。从图中可以看到三个大类分别是小于210MPa的软钢，中段为高强度钢板，右侧为大于550MPa的超高强度钢板。超高强度板主要有下面几种MART钢、硼钢和TWIP钢等，这几种钢都是通过材料内部的组织发生相变强化将强度提高到700MPa以上，如固溶、析出和细化晶粒，如硼钢和MART钢的最高抗拉强度可以高达1500MPa 上下，这种特征也是超高强度板特有的[1,16,21]。根据当前实际生产中的应用情况，超高强度钢材在车身制造中应用率相当高，而本文主要针对马氏体硼钢热冲压技术的探索和研究。

各钢种的抗拉强度和延伸率

硼钢，又名超高强度马氏体钢，大多含有的硼元素B，可提高奥氏体组织稳定性，硼元素B和锰元素Mn发生固熔偏析`优尔^文*论[文]网www.youerw.com，使得淬火过程中马氏体转变变得稳定彻底，大大增加得到高强度马氏体组织的概率，最显著的就是材料强度的提高，且平衡了其他各项性能[9]。常温状态下热冲压硼钢板抗拉强度在300到400MPa 之间，经过冲压淬火一系列工艺后，实际屈服强度可以达到1500MPa上下，也是当前所有车用钢材板料中强度最高性能最优越的[28]。这种超高强度板料强化机理主要是硼钢原始组织为铁素体和珠光体，通过加热保温发生奥氏体转变，淬火发生马氏体相变[28,29]。