在钢板的热
冲压过程中,板料的温度随时间变化:(1)板料以合适的加热速率加热至奥氏体状态下温度;(2)在奥氏体温度下保温一段时间;(3)在模具中成形并降温;(4)成形结束后在模具中保压淬火。其中,奥氏体化温度、保温时间、成形温度及淬火速度等热冲压工艺参数对热冲压零件的质量影响很大。.
(1)奥氏体温度。热冲压过程中,板料先加热到奥氏体状态下的某一温度后再放在模具中进行成形操作,因此,奥氏体状态下温度的高低直接影响成形温度的高低。一方面,根据金属热变形理论[8],成形温度高,金属原子动能急剧增加,发生回复和再结晶,再结晶可消除材料的硬化现象,显著降低金属的变形抗力,提高金属的塑性,从而可减少冲压成形所需的压力。另一方面,奥氏体状态下温度低时,在后续的成形过程中,板料处于边成形边降温状态,其塑性变形可能诱发材料组织发生相变,由奥氏体转变为贝氏体,得不到冲压件所需的马氏体组织,从而不能满足最终热冲压件的组织性能要求。
(2)保温时间。板料加热到奥氏体状态后,要经过保温处理以保证板料成形前具有均匀的组织性能。若保温时间短,则板料内的奥氏体晶粒大小不均匀,在成形过程中,板料各部分变形不均匀,经过淬火后得到的马氏体组织也不均匀,从而也影响到热冲压件的质量均匀性。若保温时间很长,则板料内的奥氏体晶粒不断长大,可能降低板料的成形性能,从而影响最终零件的质量。
(3)冷却速度。热冲压成形工艺中的淬火目的是保证钢板在形变过程中能够快速冷却,获得在室温下具有均匀马氏体组织的高强度钢构件。若选用的淬火介质不当或模具冷却系统设计不合理,热成形过程中冷却速度慢,则奥氏体会转变为珠光体或贝氏体而得不到马氏体组织,从而使成形件的强度大大减弱,故冷却速度是影响成形件力学性能的关键工艺因素。因此,在板料热冲压成形过程的淬火工艺中,采用理想的冷却速度才能保证热冲压零件最终的组织性能质量。
(4)保压时间。热冲压零件的质量优点之一是成形零件形状和尺寸精度高,而成形结束后的保压淬火工艺是决定该质量的关键;同时,冲压作业线的节拍与零件的最终质量性能呈对立关系。如果保压时间长则零件形状和尺寸精度高,但会增加冲压作业节拍时间,从而提高制造成本;如果在冲压零件保压时间短,没有充分冷却时就从金属模取出,零件由于与室温温差大,将出现热胀冷缩现象,导致零件的硬度和形状尺寸精度会下降。因此,针对不同零件,合理选择零件在模具中的保压时间是热冲压零件质量控制的可行之举。
