高强钢板热冲压成形零件的局部配分处理工艺研究

摘要

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%。