热冲压成形22MnB5钢板的组织和性能

采用扫描及透射电镜观察和力学性能实验研究了22MnB5钢板热冲压成形件的组织形貌和力学性能。结果表明,加热温度930℃,保温4.5 min,初始成形温度850℃,冲压速度75 mm/s条件下,22MnB5钢板热冲压成形完成完全马氏体转变,得到均匀板条马氏体组织,组织内产生高密度位错,强度大幅提升,抗拉强度达到1550 MPa。形变有助于动态再结晶并获得更为细小的马氏体组织,促进细晶强化。硼元素在晶界发生偏聚,延长奥氏体转变孕育期,提高了22MnB5钢的淬透性,同时引起点阵畸变,促进相变强化。     

22MnB5热成形钢连铸坯高温力学性能研究

采用Gleeble-3800热模拟试验机对22MnB5热成形钢连铸坯在600～1300℃温度范围内的高温力学性能进行了测试,借助扫描电镜观察了高温拉伸后的断口形貌。系统分析了形变温度对应力-应变曲线、高温强度及热塑性的影响。结果表明,22MnB5热成形钢连铸坯的高温拉伸过程是形变强化和动态软化共同作用的结果,高温强度随形变温度的升高而下降。22MnB5热成形钢连铸坯的第1脆性区在1250℃至熔点范围内,为S和P元素在枝晶间偏析导致晶界熔融所致。第3脆性区在650～750℃范围内,为奥氏体晶界BN析出和奥氏体→铁素体相变所致,加入Ti可使第3脆性区变窄且趋向较低温度区。在800～1200℃温度范围内22MnB5热成形钢连铸坯塑性良好,可为此类钢的连铸工艺制定提供参考,以减少铸坯裂纹缺陷的产生。     

22MnB5钢相变特性和热成形工艺研究

采用热膨胀仪研究了22Mn B5钢连续冷却转变特性,并对热冲压零件的力学性能以及显微组织进行了研究。结果表明,880℃及以上温度奥氏体化,快速冷却后主要发生奥氏体向马氏体的转变,但当奥氏体化加热温度降低到820℃时,冷却后的组织中存在明显的铁素体。热冲压方式制造的22Mn B5钢试样具有良好的力学性能,抗拉强度能够达到1 500 MPa,屈服强度能够达到1 000 MPa。显微硬度达到450HV以上。     

热冲压工艺参数对22MnB5马氏体钢汽车B柱性能影响的有限元模拟

通过有限元仿真软件Autoform分析了热冲压过程中工艺参数的变化对22MnB5马氏体钢B柱起皱、回弹、减薄、马氏体量以及强度的影响。结果表明:22MnB5马氏体钢B柱热冲压最优化工艺参数为加热温度930 ℃,冷却速率80 ℃/s。该工艺参数下,热冲压过程各处均完成马氏体转变,硬度分布均匀,材料减薄率较低,热冲压成形效果好,尺寸精度高,冲压件强度均大于1400 MPa。     

22MnB5钢焊接温度场及残余应力的数值模拟

利用Simufact Welding有限元软件研究了不同焊接工艺对22MnB5结构钢焊接温度场及残余应力的影响。结果表明,与其他焊接工艺相比,利用两个机器人同时从同方向进行焊接时得到的焊接变形和最终等效残余应力均为最小值,但焊接热影响区最大。     

Q&P工艺对22MnB5钢微观组织及力学性能的影响

利用光学显微镜、拉伸试验机、扫描电镜、XRD和EBSD等手段对22MnB5钢的微观组织及力学性能进行了表征,并重点分析了一步法Q&P工艺处理后的22MnB5钢中残留奥氏体含量及残留奥氏体中碳含量与力学性能的关系。结果表明：采用一步法Q&P工艺,可以获得抗拉强度超过1400 MPa,伸长率超过15%的超高强度22MnB5钢板。随着淬火温度从240 ℃升高至300 ℃,22MnB5钢的组织由马氏体转变为马氏体+残留奥氏体复相组织,试样中的残留奥氏体含量逐渐增加。相同配分温度延长配分时间,残留奥氏体含量呈现先增加后降低趋势。不同热处理工艺下残留奥氏体中的平均碳含量为1.49wt%。采用一步法Q&P热处理工艺可以使残留奥氏体中富集碳,提高残留奥氏体稳定性,强塑积可以达到22.14 GPa·%。     

22MnB5热成形钢变厚度轧制及退火工艺

基于离散化思路建立变厚度轧制的厚度控制系统;在实验四辊轧机上进行了单厚度过渡区的22MnB5热成形钢变厚度板轧制,对轧后的板材进行模拟退火试验,使用光学显微镜、扫描显微镜观察及拉伸试验分析了变厚度板退火后不同厚度位置的组织和力学性能。结果表明,在50 mm变厚度区中：厚度偏差为0.08 mm,长度偏差为0.3 mm。变厚度板在退火快速冷却过程中不同厚度区存在较大的温度差,薄区温度跟随性差,其他退火过程的温度跟随性好,偏差不大;不同厚度区的力学性能区别小;快速冷却退火后的组织为层状珠光体+铁素体;结合工艺可行性并有效保证组织性能控制,建议根据厚区的厚度来制定退火工艺,并采用低冷却速度的罩式退火或半连续退火。     

热冲压快速冷却工艺对22MnB5钢组织与性能的影响

基于RCP（Rapid Cooling Process）快速冷却工艺+不同模具温度淬火热处理工艺,对22MnB5钢板材的淬火力学性能及微观组织进行了研究,探讨了冷速、强度硬度之间的关系,建立了三者之间的硬度指数模型。结果表明,采用加入淬火前快速冷却过程及改变淬火模具温度的方式可以有效实现梯度冷却速率控制,冷却速率实现了从6 ~40 ℃/s的变化,微观组织从铁素体与珠光体、上、下贝氏体逐渐向“残留奥氏体+马氏体”组织过渡,对应的强度区间范围为700~1600 MPa。建立的冷速、强度硬度模型与试验数据拟合良好。     

热处理22MnB5钢的力学响应及本构建模

22MnB5钢冷轧板材分别在750、850和950 ℃保温30 min水淬后,进行了应变速率分别为0.0005、0.001、0.01和0.1 s^-1的室温拉伸试验。结果表明:随着热处理温度的升高,试验钢的微观组织中板条状马氏体含量增加,其屈服强度和抗拉强度也显著提升;随着应变速率的增加,试验钢的屈服强度和抗拉强度呈现先增加后减小的趋势;最后基于Voce本构模型,通过引入Johnson-Cook本构的应变速率项,构建了可以描述22MnB5钢在不同热处理工艺和应变速率下力学行为的本构方程,其相关系数(R)和平均相对误差(AARE)分别为0.993和3.15%。     

高强度硼钢22MnB5的热变形方程及其模拟应用

利用Gleeble-3500热模拟试验机,在温度为700℃～950℃、应变速率为0.01/s～0.4/s的条件下,对高强度硼钢22MnB5的热变形行为进行研究。结果表明,随着变形温度的升高,硼钢的延伸率升高,变形抗力降低;随着应变速率的提高,硼钢22MnB5的变形抗力和延伸率增大。根据高温拉伸实验得出的数据,构建硼钢22MnB5的稳态流变应力模型和热变形方程,并将试验结果和构建的本构方程输入ABAQUS软件进行U型件热弯曲成形的回弹模拟,数值模拟结果与实验结果吻合较好,验证了模型的可靠性和正确性,为成形所需的最大载荷及设备选择提供依据。     

汽车B柱高强度钢热冲压工艺

采用数值模拟与试验相结合的方法,研究了汽车B柱22Mn B5高强度钢热冲压成形工艺。根据对B柱零件结构的分析,设计模具型面,并合理添加压料板。建立B柱热冲压有限元模型,设置板料加热温度、模具温度、压料板的压力、冲压速度、淬火保压压力等工艺参数,确定工艺参数方案。对B柱热冲压进行全过程数值模拟,得到了热冲压件的厚度、微观组织、硬度等性能分布情况,并与试验结果进行对比。热冲压件性能检测结果表明:零件的厚度分布较均匀,最大减薄率小于25%,平均硬度达到470 HV以上,平均抗拉强度达到1400 MPa以上,显微组织为均匀板条状马氏体。成形后的B柱各项性能均满足热冲压技术规范要求,表明了该B柱热冲压成形工艺的可靠性。     

Effect of oxide scale on temperature-dependent interfacial heat transfer in hot stamping process

An optimization-based numerical procedure was developed to determine the temperature-dependent interfacial heat transfer coefficient (IHTC). The effects of temperature, pressure and oxide scale thickness were analyzed, for oxide thickness between 9 μm and 156 μm and pressure from 8 MPa to 42 MPa. Oxide scales and contact pressure both show distinctive effects on IHTC in the cooling process. The average IHTC decreases about 2461 W/(m² °C) with the increase of oxide scale thickness and increases 2620 W/(m² °C) with the increase of pressure. Based on the two-way ANOVA, the effect of contact pressure influences the IHTC most. Their mutual interaction is negligible. The IHTC decreases when the average temperature between the blank and die surface is above 250 °C and increases when the latent heat release.     

Mo对22MnB5钢板热冲压过程中高温氧化行为的影响

针对22MnB5钢板在热冲压成形过程中易被氧化且氧化层易脱落,不仅影响工件的美观和表面质量,也会对模具造成一定磨损的问题,需研究热冲压成形钢的高温氧化行为。采用模拟试验对22MnB5和22MnMoB5钢板的高温氧化行为进行了分析。结果发现,除含Mo和不含Mo外,两种钢板在其他元素含量及工艺参数相同条件下,22MnMoB5钢板的氧化程度明显低于22MnB5钢板,这主要是因为Mo能够在基体表面富集,阻碍易被氧化元素向氧化层扩散;同时,促进Cr氧化物在基体和外氧化层间富集形成保护层,从而抑制基体被进一步氧化。     

快速加热和短时保温对22MnB5钢组织与性能的影响

将快速加热、短时间保温及快速冷却的快速热处理方法应用于钢的热成形工艺中,利用连续退火试验机对材料热处理过程进行模拟试验,研究不同工艺参数下22MnB5钢相变点的变化规律以及组织与性能的演变规律,并揭示其机理。结果表明,加热速率增大提高了相变点温度,加热温度需要大于950 ℃才能保证完全奥氏体化。传统热成形工艺最终组织为全马氏体结构,而快速热处理工艺为马氏体、贝氏体和未溶碳化物共同组成的组织,且晶粒尺寸从11.50 μm细化至7.60 μm。在1000 ℃保温10 s时力学性能表现较好,此时抗拉强度相较于传统热成形工艺略有提高,且伸长率从6.39%提高至8.44%,产生这种具有优异性能的组织构成的原因与快速加热和短时间保温导致的成分不均匀有关。     

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。