热成形钢镀层研究进展

汽车用热压成形钢镀层成为近年来的研究热点之一。本文概述了正在研究的Al-Si镀层、锌基镀层、Zn-Ni合金镀层及其它镀层。重点对Al-Si镀层和锌基镀层进行了评述,比较了这些镀层的优缺点,并总结了一些改进方法和思路。     

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34MnB5热成形钢组织性能的影响

以经酸连轧后的34MnB5钢为原料,采用Gleeble3500热模拟试验机模拟退火试验,分析最佳退火温度,并进行不同热冲压工艺的平模淬火试验。研究退火温度、淬火温度对热成形钢组织与性能的影响。结果表明,退火温度为790℃时,条带状组织已基本消失,晶粒的等轴化程度较高,混晶现象明显改善,贝氏体晶粒组织细化,在基体内部均匀分布铁贝两相。退火温度为790℃,淬火温度为930℃,保温5 min时,显微组织为细小均匀的板条马氏体,综合力学性能最好,其屈服强度达到1353 MPa,抗拉强度达到2018 MPa,伸长率达到7.5%,且横纵向三点弯曲角均可以达到50°以上。     

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。     

加热工艺对热成形钢表面纯锌镀层组织和表面氧化物的影响

采用FE-SEM和EDS分析了不同加热工艺后的热成形钢板纯锌镀层的相结构和表面状态,表面元素分布和XRD结果验证了加热后镀层表面的相组成。结果表明,高温加热后的镀层转变为氧化锌、Γ相和α-Fe(Zn)相;增加加热温度和保温时间都会导致镀层表面氧化锌的形成增加,并形成连续的氧化锌层。GI镀层在加热温度为870℃时,镀层表面主要成分为Fe-Zn合金相,只有少量的氧化物存在;随加热温度和保温时间增加,镀层表面的氧化物逐渐增多,连续氧化铝层逐渐消失,Γ相也逐渐减少。     

加热温度对钢轨道岔跟端热成形工艺影响

高铁道岔是列车进站转向通过的咽喉,基本功能是实现线路的交叉。道岔钢轨跟端成形工艺对铁路运输安全具有重要影响,一火四工位的成形工艺和质量受钢轨加热温度影响较大。通过建立道岔钢轨跟端热成形模型,分析了加热温度对一火四工位成形工艺不同阶段的影响,仿真结果和实验表明当加热温度为1100℃时对道岔钢轨跟端成形质量最好,对道岔钢轨跟端热成形工艺制定有一定参考意义。     

温度对钯电刷镀层裂纹形貌的影响

电镀钯时因吸氢严重常导致镀层产生裂纹,对不同温度的电刷镀钯进行了研究,发现刷镀温度对镀层的内应力和裂貌有显著影响,提高刷镀温度可以减小镀层裂纹数目和降低镀层内应力,阴阳极之间的相对运动可减小镀层的氢含量。     

板料加热温度对高强钢热冲压破裂行为的影响

本文以高强钢22Mn B5为研究对象,建立U形件热力耦合有限元模型,采用ABAQUS自带的破裂准则对不同板料加热温度下的U形件热冲压成形进行破裂预测,揭示了板料加热温度对U形件冲压破裂行为的影响。本研究为高强钢板复杂形状零件的热冲压精确成形研究奠定了基础。     

初始成形温度对超高强钢热冲压件力学性能的影响

研究了高温钢板转移时间与初始成形温度之间的关系,分析了初始成形温度对超高强钢板热冲压件力学性能的影响规律。结果表明,随着板料转移时间的增加,初始成形温度降低,两者之间为线性关系;在一定范围内随着初始成形温度升高,热冲压件的力学性能增加,当初始成形温度高于800℃时,热成形件的力学性能基本不变;形变促进奥氏体晶粒细化,获得相对细小的马氏体组织,热成形件力学性能优于非变形钢板。     

Ce元素对低碳钢热浸镀锌镀层耐蚀性的影响

采用热浸镀法在低碳钢表面制备含Ce元素的镀锌层,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、中性盐雾试验(NSS)以及电化学测试方法,揭示不同Ce元素添加量对镀层微观组织结构及耐蚀性能的影响规律。结果表明:在镀液中添加适量的Ce元素可在细化镀锌层晶粒和减薄镀锌层厚度的同时有效地提高镀锌层的耐蚀性。与纯锌镀层相比,镀液中添加0.012%和0.2%Ce(质量分数)后镀层的腐蚀速率分别降低24%和27%。Ce元素提高镀锌层耐蚀性的机理为:一方面,Ce的添加提高了腐蚀产物中Zn₅(OH)₈Cl₂?H₂O占比,从而提高了腐蚀产物的致密性与粘附性;另一方面,腐蚀过程所形成的Ce(OH)₃沉淀吸附在阴极相,阻碍氧的扩散,抑制了阴极吸氧反应。当镀液中添加超过0.012%Ce后(过饱和),阴极反应已被充分抑制,因而继续提高Ce添加量对镀锌层耐蚀性的提高有限。     

加热工艺对1800 MPa级热成形钢冷弯性能的影响

利用冷弯试验机、光学显微镜、扫描电镜等研究手段,分析了热冲压成形工艺过程中的加热保温时间对1800 MPa级热成形钢微观组织和冷弯性能的影响。结果表明,随保温时间的增加,试验钢热冲压成形后的原始奥氏体晶粒长大,当保温时间为5 min时,原始奥氏体晶粒尺寸约为5 μm,细小且均匀,当保温时间达到9 min时,出现异常粗大晶粒。冷弯角与原始奥氏体晶粒尺寸关系密切,冷弯角随着晶粒的长大而减小,在5 min时获得最大冷弯角54.5°。     

加热温度对机械镀锌渗层组织性能的影响

采用机械镀工艺在钢铁基体表面制备一定厚度的纯锌镀层,在不同温度下对所制备机械镀锌层进行热扩散处理。观察扩散层的外观质量和断面结构,分析扩散层的物相组成,采用PS-268A型电化学工作站分析了试样的电化学性能。结果表明:随着扩散温度的升高,镀层表面的氧化严重,扩散层中的合金相层不断增厚,机械镀锌层逐渐变薄直至消失;475℃时,渗锌层的主要组成相为FeZn_(6.67)、FeZn_(8.87)以及FeZn_(10.98),并含有少量ZnO_2;加热温度的升高对扩散层自腐蚀电位并没有显著影响,但扩散温度过高,试样表面可能会因出现氧化现象而变得粗糙,腐蚀电流密度会因此增大。     

镀锌热成形钢表面颜色及氧化物形成规律

目的 研究保温时间对热成形钢镀锌层颜色及氧化物组成的影响。方法 通过改变镀锌热成形22MnB5钢热处理保温时间,利用色差、辉光实验、X射线光电子能谱、粗糙度检测、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对镀层表面及截面进行观察,利用电子探针进行元素分析,研究保温前后镀层表面氧化物形貌及镀层元素分布规律。结果 随着保温时间的增加,色差值ΔE逐渐增大。当温度处在945℃时,镀层连续性受到破坏,逐渐脱落。880℃加热过程后,镀层表面由排列均匀连贯的圆球状氧化物组成,连续覆盖表面,且呈聚集存在趋势,镀层表面氧化物厚度出现明显差异。当热加工时间超过6 min后,氧化物明显增多,表面厚度起伏大,呈现出不均匀分布趋势,裂纹萌生,并逐渐加深扩散。随着加热时间的增加,整体Zn浓度有降低的趋势。结论 镀层表面主要由ZnO、FeO、Al₂O₃组成,ZnO连续铺满表面,并呈现连续分布的趋势,有效避免了在高温下镀层表面Zn的挥发。保持Zn含量在一定范围内,使得镀层具有阴极保护的作用。     

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。     

热浸温度对镀层耐腐蚀性能的影响

研究了热浸温度对热浸纯锌镀层和Zn-11％Al-3％Mg-0.2％Si-0.02％RE合金镀层试样中元素分布、镀层厚度和耐腐蚀性的影响.并对纯锌镀层和合金镀层进行了电化学实验.结果 表明:镀层的厚度随热浸温度的升高而减小;镀层中间过渡层在整体镀层中所占的比例,随热浸温度的升高而增大.纯锌镀层和合金镀层的耐腐蚀性随热浸温...     

奥氏体化温度对含铌热成形钢组织性能的影响

研究了不同奥氏体化温度下含铌热成形钢的组织和性能变化。结果表明,随着奥氏体化温度的增加,热成形钢的抗拉强度呈先升高后下降的趋势。当在850℃奥氏体化7.5 min时,抗拉强度最高可达1758 MPa,屈服强度为1205 MPa,断后伸长率约为6%,且此时马氏体晶粒最为细小,晶粒尺寸约为2.87μm,马氏体板条间距约为322 nm。随着奥氏体化温度的升高,基体组织奥氏化程度逐渐增加,(Nb, Ti)复合碳氮化物析出粒子同时也逐渐发生回溶,奥氏体晶粒粗化。当在930℃奥氏体化5.0 min时,马氏体晶粒增大到4.936μm,马氏体板条间距增大到929.6 nm。     

加热温度对10CrNiCuSi钢氧化铁皮的影响

为改善10CrNiCuSi船板钢表面质量粗糙的问题,采用电阻炉开展了1100~1300 ℃高温氧化试验,利用弯曲试验评价了氧化铁皮的剥离性,并研究了不同温度下氧化铁皮的演变规律。结果表明,随着加热温度的升高,氧化速率增大,氧化层厚度明显增加。氧化铁皮主要由Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO和内氧化层组成,而内氧化层主要由FeNiCu、Fe₂SiO₄和FeO相组成。加热过程中Fe₂SiO₄/FeO共晶液相的产生对氧化铁皮的剥离性具有重要影响。在1100 ℃和1150 ℃条件下,内氧化层中的Fe₂SiO₄呈现颗粒状或块状弥散分布,氧化铁皮与基体之间界面平直,氧化铁皮易于剥离;在1200、1250和1300 ℃条件下,Fe₂SiO₄-FeO或Fe₂SiO₄发生熔化形成液相渗入基体和氧化铁皮中,造成界面粗糙,而锚状FeNiCu相与基体及氧化铁皮具有较好的结合力,两者的协同作用造成氧化铁皮难于剥离。因此在1100 ~1150 ℃条件下去除氧化铁皮较为合适。     

热成形加热新技术

针对常规连续辊底炉的能耗高、维护成本高的缺点,提出了多层箱式炉的设计方案;针对常规加热方式的奥氏体化时间长、易氧化的缺点,依次研究了直接通电加热、感应加热和直接热传导加热3种新的热冲压加热成形工艺技术。直接通电加热具有加热速度快(可达250 ℃/s）、热效率高、能耗低、氧化少、成形后组织均匀,硬度高的特点,并可用于局部加热及不等温加热处理;通过合理配置和设计感应加热器的组合,可以实现奥氏体化35 s,总加热时间在35 s到60 s之间,加热速率最大可达到200 ℃/s,温度偏差控制在10 ℃之内;直接传导加热方式,在炉时间从传统炉的5~7 min减少到20~40 s,装置占地小,加热速度和加热温度可调范围宽、调节速度快,可满足不同系列要求的热冲压工艺需要。