[发明专利]集成分段冷却及碳分配过程的热冲压成形工艺

说明书

技术领域

本发明涉及金属板料热冲压加工领域，特别是涉及一种集成分段冷却及碳分配过程的热冲压成形工艺。

背景技术

基于减重和环保等目的，超高强钢的应用成为汽车及其他制造领域的主流发展趋势之一，而超高强钢室温变形能力差，采用传统冷冲压成形非常困难，由此热冲压成形应运而生，现已成为超高强钢制件的最重要生产途径之一。现有的热冲压成形技术采用的普遍工艺流程为：落料→加热保温→快速转移到模具内→在模具内冲压成形并完成保压淬火→开模后完成去氧化皮等后续处理。该工艺中，加热保温的目的是使板料充分及均匀奥氏体化，该工艺中的一个关键环节是模具内淬火需要确保足够的冷却速度，因此，一般均要求模具内设置冷却水道，由此造成热冲压成形模具的造价远高于冷冲压模具。

利用上述热冲压成形工艺获得的零件，组织为马氏体，优点是强度很高，有些材料的零件的强度甚至可以达到1500MPa以上；缺点是塑性较差，延伸率一般在5％左右，导致制件的综合性能尤其是碰撞过程中的吸能性能并不高。

一般的热冲压成形是将冲压成形与热处理结合的工艺，冲压成形决定产品的最终形状，热处理通过控制温度变化引起组织变化最终决定产品性能，产品性能主要包括强度和塑性两个方面。采用一般的热冲压成形工艺生产的产品，要使产品达到所采用的材料所相应的强度有一个决定因素是要求淬火过程的平均冷却速度大于等于材料的马氏体转变临界冷却速度，一般的热冲压成形工艺为了达到该马氏体转变临界冷却速度，在模具内设置了冷却水道。

现有热冲压成形工艺本质上是将普通的淬火热处理技术结合到冲压成形过程中。若能将其它先进热处理工艺与冲压技术结合，则有望提出新的热冲压成形工艺。

淬火-碳分配(Q&P，Quenching and partitioning,淬火和分配)工艺是一种较新的热处理工艺，它将中碳含硅钢先加热并完全奥氏体化，然后淬火至马氏体转变开始温度Ms与马氏体转变结束温度Mf之间的某一温度，此时的温度称为PT；并再在一定温度等温使碳由马氏体分配至残留奥氏体，此时温度称为PT，称为碳分配过程；然后淬火至室温。采用Q&P工艺热处理后获得马氏体与奥氏体的复合组织，能在确保高强度的同时有效提高钢的塑性和韧性。

中国发明专利《一种基于Q&P一步法的热冲压成形工艺》申请号为CN201310335780.0公开了一种热冲压成形工艺，该工艺中包括以下步骤：1)下料：根据热冲压成形零件尺寸切割板料；2)模具预热；将带有加热模块的模具加热到230℃～410℃之间的某一温度；3)板料加热：将板料放入加热炉，抽真空，以不低于15℃/s的加热速度将板料加热到850℃～950℃，保温3～6分钟，使板料奥氏体化均匀；4)热冲压成形与模内淬火：将加热好的板料快速移动到预热好的热冲压成形模具上冲压成形淬火，由于模具温度远低于板料温度，在完成成形的同时完成之间的模内淬火过程；5)碳分配：模具保持闭合状态，保温10s～180s；6)最终淬火：将碳分配保温之后的热冲压成形零件快速放入水中淬火到室温；7)去除氧化皮：通过抛丸或酸洗处理去除成形零件的氧化皮。

采用基于Q&P一步法的热冲压成形工艺由于增加了碳分配过程，所以，采用该工艺生产的热冲压成形零件的塑性好于一般的热冲压成形生产的产品；但是，在实际应用中，由于模内淬火阶段的冷却速度不够，即该基于Q&P一步法的热冲压成形工艺的模内淬火阶段的冷却速度无法达到材料的马氏体转变临界冷却速度，所以采用该工艺生产的热冲压成形零件的强度却比采用一般的热冲压成形工艺生产的热冲压成形零件低。而且，采用基于Q&P一步法的热冲压成形工艺，在热冲压成形与模内淬火步骤中，是将加热到850℃～950℃的板料直接进行热冲压成形操作，此冲压温度范围一般不是板料的最佳成形温度，复杂成型件成形质量不高。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明解决的技术问题在于提供一种将分段冷却工艺、Q&P热处理工艺和热冲压工艺相结合的集成工艺，提供一种在确保热冲压成形零件具有高强度的同时，使热冲压成形零件具有良好的塑性，即延伸率，从而提升制件的抗冲击性能，并且模具上不需要设置冷却水道的集成分段冷却及碳分配过程的热冲压成形工艺。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种集成分段冷却及碳分配过程的热冲压成形工艺，所述工艺为分段冷却工艺、Q&P热处理工艺和热冲压工艺的集成工艺，所述工艺包括以下步骤：

1)落料：根据热冲压成形零件的尺寸切割板料；