22MnB5热成形钢奥氏体化时热镀Al-10%Si镀层组织的演化

利用SEM观察了22Mn B5钢在900℃不同奥氏体化时间下,热镀Al-10%Si(质量分数)镀层的微观组织变化情况,利用EDS和GD-OES分析了奥氏体化后热镀Al-10%Si镀层的元素分布。结果表明,22Mn B5钢奥氏体化前,热镀Al-10%Si镀层主要由纯Al、纯Si和二者共晶反应形成的金属间化合物Fe_2SiAl_7组成,在Fe_2SiAl_7和钢基体之间存在一层薄薄的由Fe2Al5和FeAl_3组成的化合物层。900℃奥氏体化后,热镀Al-10%Si镀层中的三元共晶相Al+Si+t6逐渐转变为三元Al-Fe-Si或二元Fe-Al金属间化合物。奥氏体化时间为2 min时,镀层由Fe_2SiAl_7、Fe_2Al_5和FeAl_2组成;奥氏体化时间为5 min时,镀层由FeAl_2、Fe_2SiAl_2和Fe_5SiAl_4组成;奥氏体化时间为8 min时,镀层由FeAl_2和Fe5Si Al4组成。由于Fe_2SiAl_2和镀层/钢基体界面扩散层中Al原子的扩散系数远大于Fe原子,导致从镀层向钢基体晶界及晶粒内扩散并与之反应所消耗Al原子的量远大于从钢基体扩散到镀层中的Fe原子量,从钢基体中流入到镀层中的空位数量远大于从镀层中流入到钢基体中的空位数量。原子的不平衡扩散及镀层/钢基体界面空位数量的富余使得扩散反应层与镀层的交界区域形成了Kirkendall空洞。22MnB5钢奥氏体化时,热镀Al-10%Si镀层表面形成一层稳定的Al_2O_3氧化膜,镀层的高温氧化现象非常有限,热镀Al-10%Si镀层可以作为22MnB5钢热成形时的保护层。但热镀Al-10%Si镀层扩散过程中产生的脆性金属间化合物因高温塑性不足而导致镀层中产生大量垂直于镀层/钢基体界面并贯穿整个镀层的微裂纹,从而影响镀层的防护性能。     

镀锌热冲压钢板成形过程中的裂纹产生及扩展

采用Gleeble热模拟机,利用扫描电镜SEM(附带EDS)及电子探针EPMA研究了镀锌热冲压钢变形过程中裂纹的产生原因和扩展机理。结果表明:镀锌热冲压钢板高于782℃成形时,易产生液态金属致脆断(LMIE)的裂纹。镀层主要由固态的α-Fe(Zn)和液态Zn组成。裂纹产生于α-Fe(Zn)和液相界面处,液态锌沿奥氏体晶界渗透并与基板不断产生α-Fe(Zn),裂纹沿α-Fe(Zn)和液相界面处不断扩展,导致基体发生脆断。为避免或减轻LMIE裂纹的出现,可控制奥氏体化工艺使镀层仅含固态的α-Fe(Zn)相或者使液态相远离基体,并采用较低的热成形温度。     

热冲压成形超高强钢焊接技术的进展

超高强钢在减小车身质量的同时能保证汽车的安全性。热冲压成形超高强钢尺寸精度高、使用寿命长,已被广泛应用于汽车制造领域。目前热冲压成形钢常用的焊接技术为电阻点焊和激光焊接等。为避免热冲压成形过程中表面氧化和脱碳,通常在钢板表面预制Al-Si镀层。然而镀层的存在会导致焊接接头力学性能降低。概述了可热冲压成形的超高强度钢及其镀层技术、热冲压成形钢常用的焊接技术以及焊缝组织和焊接接头的性能,探讨了改善热冲压成形超高强度钢焊接接头性能的途径。     

Al-Si镀层在热冲压成形中的形貌完整性变化

采用光学显微镜和SEM,观察了Al-Si镀层在热冲压成形过程中形貌完整性的变化,并结合EDS和XRD进行物相分析;采用Talyor Surf-120对奥氏体化前后的镀层板试样表面进行粗糙度测量。结果表明:奥氏体化前后,Al-Si镀层的完整性经历了显著变化,镀层内产生了裂纹和孔洞;裂纹密度随奥氏体化温度的升高和保温时间的延长而降低,孔洞的尺寸则随之增大;裂纹和孔洞的形成与镀层内部组织演变有关。同热浸镀试样相比,镀层板的表面粗糙度显著提高,但奥氏体化参数对粗糙度的影响并不明显。热弯曲实验表明变形区外侧的镀层在拉应力作用下开裂,裂纹垂直扩展到基体表面;变形区内侧的镀层在压应力作用下,出现层状开裂。     

加热温度对Al-Si涂层热成形钢组织及性能的影响

利用粗糙度仪、扫描电镜、硬度计、辉光放电原子发射光谱仪等检测方法,研究分析了热冲压成形工艺过程中的加热温度对Al-Si涂层22MnB5热成形钢组织及性能的影响。结果表明,随着加热温度的升高,Fe沿垂直于表面方向由热成形钢基体向Al-Si涂层表面的迁移量逐渐增大,O沿垂直于表面方向由Al-Si涂层表面向热成形钢基体的迁移量逐渐增大,且迁移的最大深度约为2.80 μm。Fe沿垂直于表面方向由热成形钢基体向Al-Si涂层表面的迁移量直接决定了Fe-Al-Si相的形态、生成位置及界面结合层厚度。随着加热温度的升高,Al-Si涂层表面粗糙度R_a、峰值计数R_pc值先增大后减小;当加热温度为930 ℃时,涂层表面粗糙度R_a达到最大值1.89 μm,峰值计数R_pc值达到最大值218。随着加热温度的升高,Al-Si涂层总厚度从27.78 μm增加至40.46 μm,界面结合层厚度从1.08 μm增加至15.11 μm。当加热温度为930 ℃时,热成形钢基体的硬度达到最大值505 HV0.2。     

加热温度对镀锌热成形钢镀层裂纹的影响

利用扫描电镜(SEM)及附带能谱仪系统(EDS),对镀锌热成形钢不同加热温度热冲压后裂纹形貌与结构进行了研究。结果表明:随着加热温度的提高,镀层中Fe含量升高;由于Γ相的存在,加热温度850℃后热成形,镀层中存在部分扩展至基体的裂纹;900℃或950℃加热后,镀层中不存在Γ相,热成形获得的镀层质量较好,未出现扩展至基体的LMIE裂纹;提高加热温度可以降低LMIE裂纹的出现。     

带铝硅镀层硼钢板的热冲压成形性(英文)

采用Gleeble-3500获得了带Al-Si镀层硼钢板的流动行为,并与无镀层板进行比较;在光学显微镜下观察变形条件对表面镀层完整性的影响;在SEM下观察了带Al-Si镀层硼钢板试样的断口形貌。结果表明,带Al-Si镀层硼钢板的抗拉强度和伸长率在试验条件下均低于无镀层板的。热拉伸变形后,硼钢表面Al-Si镀层产生了大量的裂纹,其宽度和密度对变形温度和应变速率较敏感。镀层的开裂导致基体裸露并氧化,降低了镀层的粘附力。断口形貌观察显示镀层与基体具有较明显的成形性差异。可以通过奥氏体化调控Al-Si镀层中富铁韧性相的相转变来增强其成形性。     

热冲压保温温度对22MnB5钢Al-Si镀层微观组织的影响

Al-Si镀层热冲压用钢越来越多的被应用于汽车行业,为探究冲压前的再加热工艺对Al-Si镀层微观组织的影响,对22MnB5冷轧基板进行了热浸镀实验,利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜、辉光光谱仪、电子探针、X-射线衍射仪研究了在不同保温温度下Al-Si镀层微观组织的演变规律。结果表明：随保温温度的升高,镀层Fe含量逐渐升高,其质量分数最高可达到50%以上,在900℃以上时Al、Fe的质量分数比基本固定;Al元素向Fe基体渗透的深度可达30μm;镀层中的物相包括Al-Fe二元合金相、Al-Fe-Si三元合金相。     

热浸镀铝硅镀层微观组织结构表征

目的 研究热成形钢热浸镀铝硅镀层的微观组织与物相组成.方法 利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析铝硅镀层表面与截面的微观组织形貌与成分,利用X射线衍射(XRD)和电子背散射衍射技术(EBSD)分析铝硅镀层的物相组成与比例.结果 热浸镀铝硅镀层表面由富Al相、少量的富Fe相以及树枝晶网状分布的高Si相构成,截面是由内外两层组成,其靠近铁基体的内层为Fe-Al-Si合金层,外层为Al-Si层.进一步的研究显示,Al-Si层由富Al相、少量的富Fe相以及柱状分布的高Si相构成,高Si相主要存在于合金层与铝硅层界面以及Al-Si层中.结论 热浸镀铝硅镀层中富Al相、富Fe相、高Si相和Fe-Al-Si三元合金层的物相分别为Al、Al13Fe4、Si和Al8Fe2Si.对热浸镀铝硅镀层中高Si相的研究显示,分布于合金层与铝硅层界面处的高Si相,可以有效阻碍镀层的生长,而分布于铝硅层中的高Si相在空间中以立体网状骨架的结构形式存在,这种立体网状结构形式作为镀层的主体框架,可以有效地提高镀层的强韧性和成形性能.     

冲压温度对镀锌22MnB5钢板镀层中裂纹的影响

利用扫描电子显微镜(SEM)及附带能谱仪系统(EDS),对在不同冲压温度下热成形后镀锌22MnB5钢板镀层中产生的裂纹进行了研究。结果表明:对钢板进行900℃保温5min的均匀奥氏体化能够有效提高镀层中的Fe含量,使镀层中的液态Zn在热冲压后转变为固态的α-Fe(Zn)相,避免高温冲压时出现由液态金属导致的脆性(LMIE)裂纹;冲压后镀层中Zn含量为25%~30%(原子分数),能够为基体提供良好的阴极保护作用;冲压温度在Γ相熔点(782℃)以下时有利于减少镀层中的LMIE裂纹。     

热冲压成形钢的强度与塑性及断裂应变

轻量化是支撑汽车电动化和智能化的重要赋能技术之一。抗拉强度为1500 MPa的热冲压成形用硼钢(22MnB5)是目前最经济有效的车身轻量化技术解决方案,而汽车工业对轻量化需求的日益提高正引领热冲压成形钢向着更高强度、更高塑性及更高断裂应变的方向发展。本文首先分析了车身轻量化对碰撞过程中构件变形抗力和断裂抗力的要求,解释了强度与塑性及断裂应变等材料的力学性能参量对碰撞变形抗力和断裂抗力的影响,然后介绍了作者及其他研究人员在研究开发更高强度、更高延伸率、更高断裂应变的新一代热冲压成形钢的最新进展:(1)提出了一种新的强韧化方法,在热冲压成形钢的马氏体基体组织内引入大量纳米级的VC析出物,从而在获得2000 MPa强度的同时保持了与常规1500 MPa热冲压钢22MnB5相当的延伸率和断裂应变。(2)在热冲压成形钢的微观组织中引入残余奥氏体,利用相变诱导塑性效应显著提升热冲压成形钢的延伸率;具体的工艺实施途径包括模具外淬火-配分工艺、淬火-闪配分工艺、淬火-回火配分工艺等。(3)介绍了热冲压成形钢的新一代Al-Si镀层技术以及Al-Si镀层板断裂应变改善方面的最新研究进展;通过降低Al-Si...     

扩散处理工艺对镀锌层组织和性能的影响

研究了扩散处理工艺对要进行热冲压成形的钢板含0.17%Al(质量分数)的镀锌层组织和性能的影响。结果表明,随着扩散处理温度的提高和保温时间的延长,镀锌层组织和性能发生了明显的变化,在520℃扩散处理20 s后镀锌层表面的ζ相消失。随着扩散处理温度的升高,镀锌层与钢基体界面处的Γ相增厚,在500~520℃时增厚尤为明显。当镀层由ζ相和疏松的δ相或者由疏松的δ相和Γ相构成时,镀层塑性较好。而致密的δ相会明显降低镀层的塑性。     

船用铝/钢焊接接头BC-MIG电弧增材制造工艺

为了实现铝/钢复合结构的灵活制造,提出了“电弧 + 搅拌摩擦”复合增材制造的新方法,即先利用旁路分流熔化极惰性气体保护焊在镀锌的Q235钢表面沉积一层薄的铝合金过渡层,再搅拌摩擦增材制造过渡层和6061铝合金. 在电弧沉积过渡层过程中,镀锌层和旁路电弧促进了液滴在钢表面的润湿性和铺展性,获得了平整的表面成形,随后的搅拌摩擦增材制造过程消除了过渡层的气孔和裂纹缺陷,获得了表面成形良好且无缺陷的铝/钢复合结构. 研究了不同焊丝成分(Al-Si,Al-Mg)对铝/钢复合结构的组织和耐腐蚀性能影响,结果表明,焊丝成分不会影响焊缝成形,但会影响界面金属间化合物层厚度,Al-Si焊丝的Si元素偏聚在铝/钢界面层附近,可以有效阻止Fe,Al元素的相互扩散, 减少金属间化合物的产生.同时填充Al-Si焊丝的铝/钢结构耐腐蚀性好于填充Al-Mg焊丝,这是因为受到界面层金属间化合物的影响,金属间化合物会和基体发生电偶腐蚀,优先腐蚀铝基体,降低铝/钢复合结构耐腐蚀性能.     

园林钢护栏的表面镀层与耐蚀性能研究

对园林钢护栏进行表面热浸镀铝处理,观察热浸镀层的表面和截面形貌,研究扩散退火对镀层形貌、物相、成分和耐腐蚀性能的影响。结果表明,扩散退火前钢护栏表面镀层较为致密、均匀,镀层与基体界面结合良好,未发现有显微裂纹或者孔洞缺陷,外表层为富Al层,次表层为Fe-Al合金层。扩散退火后,表面镀层发生了Fe、Al元素的扩散,镀层表层的氧化物为Al_2O_3,而镀层内层主要为FeAl。经过扩散退火处理后,镀层的耐腐蚀性能明显提高。     

变形量对铝硅镀层热冲压用钢组织和性能的影响

研究了不同轧制变形量条件下铝硅镀层热冲压用钢在热冲压淬火处理前后组织和力学性能的转变规律。结果表明,随着变形量的增加,试验钢镀层厚度逐渐减少,合金层发生破碎且程度逐渐加大,Al-Si镀层与基体接触面积增大。相同条件下热冲压淬火处理后,随着变形量的增加,镀层厚度逐渐减少,合金层重新连续分布于镀层和基板之间,且合金层厚度增加,基板中发现粗大的马氏体组织。未热处理试验钢拉伸强度、维氏硬度随着变形量增加而逐渐增加,但伸长率急剧减少,热冲压淬火处理后不同厚度试验钢均实现1500 MPa高强化,断裂伸长率随着变形量增加呈现逐渐降低的趋势。     

22MnB5热成形钢铝硅镀层的制备工艺及抗氧化性能研究

随着汽车工业对轻量化和安全性要求的提高,热成形高强钢在汽车领域的应用越来越广泛。针对22MnB5钢在热成形过程中表面易氧化和脱碳的问题,通过热浸镀Al-Si镀层提高热成形钢的抗高温性能。结果表明:当浸镀温度为700℃、浸镀时间为5 s时,22MnB5钢表面Al-Si镀层厚度约为40μm,其中Al-Si镀层截面组织由铝基固溶体、Fe-Al-Si三元合金和Fe-Al二元合金相三层组成。相比于原始钢板,热浸镀Al-Si镀层的22MnB5钢的抗高温氧化能力大幅改善,在900℃保温时其氧化增重速率约为0.11g/(m2·min)。     

奥氏体化工艺对1800 MPa级热冲压钢弯曲性能的影响

采用光学显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)技术和透射电镜(TEM)等分析了1800 MPa热冲压钢经不同工艺奥氏体化后的显微组织、脱碳层及析出物形貌，利用力学实验机和弯曲夹具研究了奥氏体化工艺对其弯曲性能的影响。结果表明：在较低的奥氏体化温度加热淬火后实验钢基体存在非马氏体组织；随着奥氏体化温度的升高实验钢的最大弯曲力先升高后下降，而弯曲角度呈现下降趋势；延长加热保温时间会使得实验钢的表面脱碳层逐渐加深，弯曲角度升高，最大弯曲力下降。热冲压淬火后实验钢仍然存在一定程度的各向异性，但随着加热温度的升高，横纵向性能差异逐渐减小。采用870℃加热5 min后热冲压，实验钢可以获得抗拉强度和弯曲角度分别达到1883 MPa和54.5°的综合性能。     

H13模具钢与镀层硼钢的差温摩擦磨损行为

采用自主研制的销盘差温摩擦磨损装置模拟了实际热冲压界面处的不对称温度工况，对H13钢与镀层(GA、Al-Si)硼钢进行了时间为900、1500和2100 s的差温摩擦磨损试验。并对磨损后镀层硼钢的表面粗糙度、化合物、磨损形貌以及摩擦因数进行了分析。结果表明，随着时间的增加，两种镀层钢板的摩擦因数均呈现先减小后上升，最后波动稳定的趋势。在摩擦过程中，由于Al-Si镀层更早地完成液态-固态的转变，Al-Si镀层稳定阶段的平均摩擦因数较GA镀层更低；随着摩损时间的增加，两种镀层钢板的表面磨损程度不断加剧，磨损机制均发生了由轻微氧化磨损向严重剥层磨损的转变。     

800MPa级DP钢冲压成形及裂纹扩展机理

通过冲压弯曲试验研究800MPa级DP钢的极限拉伸,采用扫描电子显微镜观察分析钢板的微观组织及动态拉伸过程,探讨其微观组织与其稳机理的关系。结果表明,DP800钢断口为剪切型断裂。凸模圆角半径较小时,拉深弯曲断裂是由于折弯角过小而在凸模圆角处折弯断裂;凸模圆角半径较大时,冲压弯曲断裂由于受到板料延伸率的限制,在材料流动受限的凹模圆角附近断裂。DP800的断口均分布着大量韧窝的韧性断裂,其裂纹扩展机理是微裂纹,主要产生于铁素体或马氏体/铁素体相界面,主裂纹沿两相界面或贯穿铁素体而继续扩展。     

奥氏体化过程中热冲压钢Al-Si镀层的组织演化

利用差示扫描量热仪、场发射电子探针和激光共聚焦显微镜研究了22MnB5热冲压钢奥氏体化过程中Al-Si镀层的组织演化。镀层板升温过程中,Al-Si镀层在570 ℃左右熔化;由于温度较低,Al、Fe、Si原子的扩散受到Fe₂SiAl₇阻挡。当温度升到610 ℃左右时,扩散到镀层的Al原子增多,使得Fe₂Al₅进一步生长;Si原子向基体和镀层外表面扩散,由于Fe₂Al₅溶解Si原子能力弱,因此在Fe₂Al₅晶界处形成一层沉淀物FeSiAl₂,其余的Si原子就扩散在镀层表面形成Fe₂SiAl₇。750 ℃时,Al原子扩散到基体中形成了Fe₃Al;镀层中的Fe原子增加使Fe₂Al₅和FeAl₂不断生长;由于Fe₂Al₅和FeAl₂相中Si原子的溶解度低,因此会在晶界处形成Fe₃SiAl₅沉淀物;与Fe₂Al₅、Fe₃SiAl₅、Fe₃Al相比,FeAl₂相的生长速度更快,所占Al-Si镀层整体体积最大,这是因为FeAl₂正交晶格中沿c轴的高空位率(30%)导致了FeAl₂相的生长动力学更强。