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摘要   

   用熱沖壓生產(chǎn)所需的高強(qiáng)度鋼構(gòu)件（也稱(chēng)為沖壓硬化）需要淵博的知識(shí)和控制成形過(guò)程。這樣，才能使最后一部分的屬性達(dá)到預(yù)期目標(biāo)和適應(yīng)不同的工藝參數(shù)及滿(mǎn)足它們之間的相互關(guān)系。除了跟傳統(tǒng)的冷成型的一些參數(shù)外不同外，熱和微觀結(jié)構(gòu)等參數(shù)使得熱沖壓過(guò)程的機(jī)械性能變得更加復(fù)雜。這些參數(shù)是解釋物理現(xiàn)象必不可少的。

   在這篇文章中，對(duì)熱沖壓中的熱，機(jī)械，微觀結(jié)構(gòu)和技術(shù)領(lǐng)域的最新?tīng)顩r進(jìn)行了綜述。研究所有工序后，從半成品加熱到熱沖壓空各個(gè)過(guò)程都進(jìn)行了描述。對(duì)現(xiàn)有研究結(jié)果進(jìn)行調(diào)查顯示，在整個(gè)過(guò)程中的成形相轉(zhuǎn)變，連續(xù)流變行為，都和機(jī)械性能以及幾何形狀相關(guān)。形成的一些差距，主要和相變，連續(xù)流動(dòng)行為的領(lǐng)域，機(jī)械和幾何形狀之間的部分性質(zhì)的相關(guān)。這些和先進(jìn)工藝的工業(yè)應(yīng)用都有一些差距。該論述的目的是提供一個(gè)成型過(guò)程背景，并展示熱沖壓領(lǐng)域的巨大潛力。

1、引言

鑒于汽車(chē)的輕量化，安全化和抗沖擊性能，對(duì)于高強(qiáng)度汽車(chē)機(jī)構(gòu)鋼板的需求日益明顯。瑞典公司熱沖壓專(zhuān)利及其發(fā)展（1977年專(zhuān)利），被用于一些刀具刃上。1984年Saab汽車(chē)公司是第一家采用硬化硼鋼板制作了Saab9000的汽車(chē)制造商。生產(chǎn)的零部件從1987年的的300萬(wàn)件/年到1977年的800萬(wàn)件/年。自從2000年起，更多的熱沖壓零部件被用于汽車(chē)上，并且年生產(chǎn)量在2007年已達(dá)到1億多件。熱沖壓件在汽車(chē)工業(yè)的應(yīng)用比如說(shuō)汽車(chē)底盤(pán)，像A柱，B柱，保險(xiǎn)杠，車(chē)頂縱梁和管道，如圖1。

目前熱沖壓存在兩種途徑：直接和間接熱沖壓方法。在直接熱沖壓中，半成品被加熱，再轉(zhuǎn)移到?jīng)_壓，隨后在閉式模具內(nèi)成型和淬火。見(jiàn)圖2a。

間接熱沖壓的特征是使用一個(gè)接近完整的預(yù)成型的冷模，這僅用于淬火和奧氏體化后沖壓的標(biāo)準(zhǔn)使用。見(jiàn)圖2b。材料中完全馬氏體轉(zhuǎn)變引起應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)到1500MPa。

本文回顧了熱沖壓的很多研究。這將從描述用于熱沖壓的工件材料開(kāi)始。然后，描述熱沖壓過(guò)程中的重點(diǎn)。最后，展示了熱沖壓后零部件的一些工藝以及裁、修改特性。本文不僅包括了大量的實(shí)驗(yàn)還包括了熱沖壓領(lǐng)域的許多研究。

2 材料和涂層

Naderi對(duì)于高強(qiáng)度鋼的研究顯示，僅使用22MnB5,27MnCrB5,37MnB4鋼級(jí)才能在熱沖壓經(jīng)過(guò)水冷后能得到完全馬氏體組織。（2007）在這里，22MnB5是最為常用于熱沖壓的鋼級(jí)。起初，該材料展示了能達(dá)到600MPa的鐵素體-珠光體組織。經(jīng)過(guò)熱沖壓工序后零部件獲得馬氏體組織并且其強(qiáng)度到到1500MPa（見(jiàn)圖3a）。為了獲得這類(lèi)的組織和硬度的轉(zhuǎn)變，半成品將被在950℃持續(xù)奧氏體化至少5min。然后，成型，在冷卻水下淬火5-10s。由于熱的工件與冷的模具接觸，熱的工件在封閉的模具內(nèi)被淬火。如果冷卻速率超過(guò)最小的冷卻速率，大約為27K/s，溫度大約在400℃左右，就將導(dǎo)致非擴(kuò)散馬氏體組織的轉(zhuǎn)變，這將最終產(chǎn)生高強(qiáng)度的部件（圖3b）。

馬氏體轉(zhuǎn)變溫度為425℃（馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變點(diǎn)位Ms）并且再280℃結(jié)束（馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束點(diǎn)位Mf）。

在淬火后鋼的機(jī)械性能變化將取決于碳含量和最終獲得的強(qiáng)度，該強(qiáng)度可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)整碳含量來(lái)控制。我們知道Mn和Cr等合金元素對(duì)淬火后強(qiáng)度的影響較小。但是，自從發(fā)現(xiàn)這些元素對(duì)淬透性有影響之后，它們?cè)谠擃I(lǐng)域變得必不可少。因此，設(shè)計(jì)的相轉(zhuǎn)變和淬透性可以通過(guò)可行的冷卻速率開(kāi)獲得。硼是對(duì)淬透性影響最大的元素，鑒于硼延緩了向軟組織轉(zhuǎn)變和導(dǎo)致馬氏體組織的產(chǎn)生。

在奧氏體化條件下，在鋼與空氣接觸時(shí)很快就形成氧化膜。為了避免表面氧化和脫碳，大量的金屬板會(huì)涂覆上一層保護(hù)層。在直接熱沖壓中應(yīng)用最為廣泛的是Al-Si涂層。Borsetto等研究了熱學(xué)參數(shù)對(duì)Al-Si涂層機(jī)械性能的影響。這些合金鍍層通常是持續(xù)熱浸電鍍工藝，溶液為10%Si和3%Fe和87%Al。在對(duì)含有涂覆層的工件熱處理的過(guò)程中，Fe擴(kuò)散從表層-基體界面到表層是個(gè)熱激活過(guò)程。Al-Si涂層的熔點(diǎn)接近600℃。然而，由于基體中存在Fe，Al-Fe合金有著更高的熔點(diǎn)在界面生長(zhǎng)并很快達(dá)到表面。Al-Fe合金遷移到表面，它們有高的熔點(diǎn)防止了表層被氧化。對(duì)于一個(gè)典型950℃熱沖壓過(guò)程，次層組織為交替變化的Al-Fe含量。在直接熱沖壓過(guò)程中，這個(gè)保護(hù)層阻止了氧化層的的產(chǎn)生。相比與在室溫下的初始狀態(tài)基礎(chǔ)材料，由于Al - Si層較低形成的限制，熱浸鍍鋁板不能用于間接熱沖壓過(guò)程中，它們不適合冷成形。這種涂層不提供陰極保護(hù)，如鋅，但有高的柵欄保護(hù)。類(lèi)似的冷成型件，陰極保護(hù)是適用于熱沖壓零件的。汽車(chē)行業(yè)中的這些要求可能通過(guò)陰極保護(hù)得到滿(mǎn)足，如鋅。在加熱和熱沖壓過(guò)程中，熱浸鍍鋅的鋅層基體材料與形成金屬間化物鋅-鐵相發(fā)生反應(yīng)。為了盡量減少涂層中的裂紋擴(kuò)展到基礎(chǔ)材料，熱浸鍍鋅22MnB5只能在間接熱沖壓中使用。在熱沖壓后，氧化層必須經(jīng)過(guò)噴丸移除，以避免不良的涂料附著。另一種22MnB5的保護(hù)涂層是X-tex。這相當(dāng)于給直接和間接的熱沖壓附加一層防腐層。根據(jù)sol–gel工序涂層以μm的氧化材料的結(jié)合為基礎(chǔ)。有機(jī)和無(wú)機(jī)材料混合Al粒子來(lái)形成保護(hù)層。這種7μm的厚保護(hù)層在冷成型過(guò)程中使得材料在不加潤(rùn)滑時(shí)候還能流動(dòng)。

最新的防止氧化層產(chǎn)生的方法是采用防護(hù)油，正如Moriand Ito (2009)中所描述的一樣。電爐中加熱的鋼板氧化能得到阻礙，并且研究了兩種不同的防護(hù)油。氧化防護(hù)油在成型和熱彎曲試驗(yàn)之外的冷卻試驗(yàn)中進(jìn)行了研究。鋼板的表面分析顯示潤(rùn)滑（四次）可以減少表面氧化。

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