超高强度热成形钢镀层组织和性能研究

摘要

热成形钢具有减轻车身重量和提高安全性的优势，且解决了其它先进高强钢成形性差的难题，在汽车领域内的应用越来越广泛。热压成形钢镀层可以避免热成形过程中钢板的表面氧化和脱碳，同时还可使成形后的钢板具有一定的耐蚀性。本论文研究了热成形钢镀层浸镀工艺、镀层在加热过程中的组织变化和加热工艺对镀层组织、性能的影响规律及热成形对镀层热成形钢板性能的影响，对开发含镀层热成形钢板具有重要的指导意义。
　　研究了不同退火和浸镀工艺参数对热成形钢可镀性的影响，结果表明:不同温度退火后，锌液中有效铝和氧化物之间发生铝热反应，影响了Fe-Al界面反应。露点变化引起氧分压的变化，影响了钢板的可镀性。780℃退火和-50℃露点条件下镀锌钢板质量较好。
　　加热温度高于860℃可保证淬火后的组织为完全马氏体，为获得最优的抗拉强度和硬度，最佳的加热温度区间为860～900℃，保温时间为3～5min。
　　研究了GI镀层热成形钢在加热过程中的镀层组织变化规律，900℃加热后镀层几乎全为α-Fe(Zn)，只在表面存在少量的Γ相，根据扩散定律推算出扩散系数与温度之间的关系，并给出了镀层加热过程中的相转变模型。选择加热温度870～900℃、保温时间2～5min的加热工艺可保证镀层表面的Al2O3层完整，避免镀层表面液锌由于温度过高引起的挥发。
　　研究了Al-Si镀层加热后组织和性能改变，采用超高温加热后Al-Si镀层形成含有Fe3Al塑性相结构，根据Fe-Al-Si三元合金的扩散动力学和不同温度的等温面曲线确定了不同温度加热后的镀层的组织结构。
　　GI镀层高温成形时形成裂纹，液锌随着裂纹扩展导致钢板的脆性，研究了裂纹的形成机理，并提出低于782℃热成形，减少裂纹的扩展。镀层热成形后仍提供牺牲阳极保护，对基体起到了很好的耐腐蚀保护。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 汽车轻量化和先进高强钢发展

1．1．1 汽车轻量化

1．1．2 先进高强度钢的发展

1．2 热成形概述

1．2．1 热成形技术

1．2．2 热成形钢镀层

1．3 超高强度热成形钢镀层研究重点

1．3．1 超高强度热成形钢可镀性

1．3．2 热成形钢GI镀层的组织变化和锌挥发

1．3．3 热成形钢GI镀层的液态金属导致脆性

1．3．4 热成形钢Al-Si镀层脆性断裂

1．4 论文研究目的和内容

1．4．1 论文目的

1．4．2 主要研究内容

第2章 实验材料和方法

2．1 实验材料

2．2 连续退火镀锌试验

2．3 钢板加热实验

2．4 热成形冲压机及模具设计制造

2．4．1 热成形冲压机

2．4．2 模具

2．5 组织形貌分析

2．5．1 金相显微组织分析

2．5．2 扫描电镜观察和分析

2．5．3 电子探针显微分析

2．5．4 X射线衍射分析

2．6 力学性能分析

2．6．1 力学性能测试

2．6．2 显微硬度测量

第3章 超高强度热成形钢浸镀工艺研究

3．1 引言

3．2 退火温度对超高强度热成形钢氧化物及抑制层生长的影响

3．2．1 退火温度变化实验

3．2．2 退火温度对超高强度热成形钢表面氧化物的影响

3．2．3 退火温度对超高强度热成形钢镀锌抑制层的影响

3．2．4 Fe-Al界面反应

3．3 露点变化对超高强度热成形钢氧化物及抑制层生长的影响

3．3．1 露点与合金元素氧化之间的关系

3．3．2 退火镀锌工艺试验

3．3．2 露点变化对超高强度热成形钢表面氧化物的影响

3．3．3 露点变化对超高强度热成形钢镀锌抑制层的影响

3．4 浸镀工艺对超高强度热成形钢抑制层生长的影响

3．4．1 退火镀锌工艺试验

3．4．2 锌液温度对超高强度热成形钢热镀锌抑制层生长的影响

3．4．3 浸镀时间对热镀锌超高强度热镀锌抑制层生长的影响

3．5 结论

第4章 GI镀层组织变化和加热工艺研究

4．1 引言

4．2 加热工艺对超高强度热成形钢性能的影响

4．2．1 加热温度对热成形钢板性能的影响

4．2．2 保温时间对热成形钢板性能的影响

4．3 加热过程中GI镀层的组织变化

4．3．1 加热过程GI镀层组织转变

4．3．2 镀层中铝的迁移

4．3．3 加热过程中高温氧化研究

4．3．4 Fe-Zn二元合金扩散机理和相转变模型

4．4 不同加热工艺对GI镀层组织和表面状态的影响

4．4．1 加热温度对纯锌镀层组织的影响

4．4．2 保温时间对GI镀层组织和表面氧化的影响

4．5 结论

第5章 Al-Si镀层组织变化和加热工艺研究

5．1 引言

5．2 Al-Si镀层浸镀工艺与镀层组织结构

5．2．1 Al-Si镀层浸镀工艺

5．2．2 浸镀后Al-Si镀层组织和性能

5．3 奥氏体化温度加热后Al-Si镀层组织研究

5．4 加热工艺对Al-Si镀层组织的影响

5．4．1 加热温度对Al-Si镀层组织的影响

5．4．2 保温时间对Al-Si镀层组织的影响

5．5 超高温加热后Al-Si镀层组织研究

5．6 Fe-Al-Si三元合金体系转变研究

5．6．1 Fe-Al-Si反应扩散动力学

5．6．2 Al-Si镀层反应后组织结构确定

5．7 结论

第6章 热成形工艺对镀层热成形钢性能影响

6．1 引言

6．2 热成形对超高强度热成形钢性能影响研究

6．3 热成形对GI镀层热成形钢板性能影响研究

6．3．1 热成形对GI镀层中裂纹的影响

6．3．2 GI镀层钢板热成形后耐蚀性能研究

6．4 热成形对Al-Si镀层钢板性能影响研究

6．4．1 热成形工艺对Al-Si镀层成形性的影响

6．4．2 热成形对Al-Si镀层钢板表面氧化影响

6．5 结论

第7章 全文总结

参考文献

发表论文和参加科研的情况说明

致谢

作者简介