热冲压综述

6.3 焊接 热冲压件的可焊接性能是现实应用的先决条件之一。涂覆 层或材料的某些化学成分可能引起焊接的失效 。原因是氧 化皮等电阻太大而使焊接电流不能充分流动。
7、具有特殊性能的热冲压件
特殊性能的区域可以用不同的工序来控制或使用焊接。热 冲压件的完全马氏体组织导致抗拉强度高达1500MPa， 而延伸率低到5%。但是为了提高车辆的结构零部件（比 如B-柱）的抗破裂能力，可以通过增加延伸率来提高吸收 能量的能力。
9、结论
1、从概括的调查显示，热冲压中的一些研究还存在空白。 2、一些热冲压的创新性研究还有待进一步发展。 冲压-硬化的循环时间主要取决于闭模时间和停留在炉内奥 氏体化的时间 。因此，不同的加热系统（热传导和感应加热） 在未来具有较大的发展潜力。 3、需采用更接近现实生产的有限元模型来进行模拟 4、现存的研究工作详尽的说明了，使用热冲压生产高强度钢 的具有很大的应用潜力。此外，想获得最佳的冲压工艺设计， 物理学的基本知识也是很重要的。
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1、热冲压技术的背景
随着对汽车的轻量化，安全化和抗碰撞性能要求不断提高， 超高强度钢板在汽车中的应用具有更为广阔的前景 。 瑞典（Plannja）公司发明了热冲压技术（1977年专利） 钢板热冲压技术在国外的4个主要称谓：hot stamping， press hardening，die quenching和hot pressing 1984年Saab汽车公司是第一家采用硬化硼钢板的汽车制造 商。 自从2000年起，更多的热冲压零部件被用于汽车上，并且 年生产量在2007年已达到1亿多件。
从模具的温度、模具材料组合、模具接触表面积等方面控制
8、应用
• 热冲压件在汽车工业的应用比如说汽车 底盘，像A柱，B柱，保险杠，车顶纵梁 和车门的防撞钢管等，如图。
热冲压使得22MnB5钢成为汽车行业理想的结构，尤其是在 需要穿透性保护的机窗或者汽车部件上。一些汽车的A-柱和 B-柱，边缘冲击保护，底梁，车架，保险杆，保险架，加固 门柱，车顶框架，管道，后部和前部边缘交叉部分（见图 20）。这些板的厚度在1.0和2.5mm之间。
6.1最终性能 淬火过程中马氏体组织的演变使得抗拉强度高达1500MPa 。经 微观组织分析，完全马氏体组织是材料获得高强度机械性能的 先决条件。由于冷却速率和相转变，最终的机械性能主要取决 于各个工序的控制。 6.2后续的加工
切割类似于传统的金属成形，切割或者钻孔是热冲压成形后
的一个步骤。 激光切割是热冲压件最为常用的方法 硬切割：剪切表面的质量和尺寸精度主要受下列参数，诸如冲 压速度，落料角度，冲压模间隙，剪切模具边缘几何形状和材 料的性能的影响。 热切割：最新的工序是选择了工件在高温淬火时切割，在切割 区域的冷却速率必须降低。
10、读后感想
优点：1、整体思路清晰，概括也较齐全，对于入门者能 起到一个基础指导的作用。 2、综合了很多前人进行的研究，进行了有理的说明，以 及一些优缺点的对比。 缺点：1、模具材料，关键性也是研究难题的方面笔墨太 少。 2、泛与精不能兼得。
补充：
目前国内外尚无专门的适合热冲压成形的模具材料。世 界顶级模具钢生产企业瑞典Uddeholm公司给出的建议是 选用DIEVAR、HOTVAR或ORVAR，德国企业采用的是 CR7V（C:0.45;Si:0.85;Mn:0.35;Cr:7.40;Mo:1.40;V:1.35）和1.2379， 日本企业采用的是SKD61。 热冲压模具材料的研究方向：化学成分、热传导系数 、 加工性能、热强度、热硬度、高的耐磨性和热疲劳性以 及微观机理等方面。
Neugebauer 等人 (2009年)和 Lindkvist 等人 (2009)的研究中， 分别加压到600bar的热气（氮气和空气）作为工作介质。
提高模具材料的热导率可以提高冷却速率。 Casaset 等人 在（ 2008年)是研究中指出，将热导率提高到66W/mK， 可以使保压时间从10s减少到8s。 工件上的热量依靠热传导从模具及冷却管散发带走。 热导率是选择模具材料的关键之一。 另外，冷却管的加工又要求模具材料具备较好的切削性 能或焊接性能。 Hardell 和Prakash 等人(2008年)在室温和400℃下研究了， 等离子处理和两种PVD涂层（CrN 和 TiAlN）处理后对模 具抗磨损能力的影响。结论是TiAlN涂层能获得最好的抗 磨损能力。
1、目前热冲压的方法：直接和间接热冲压。
2、热冲压成形的优点： ⅰ成形后零件强度、硬度等性能指标大幅度提高 ⅱ高温下材料塑性好，成形能力强，可成形冷冲压无法成形 的复杂零件;因此需要模具数量少，成本低，周期短。 ⅲ高温下材料变形阻力小，成形力小，所需压力机吨位小;可 以大幅度削减设备投资，减少能耗。 ⅳ高温下成形,没有回弹，完全消除了回弹对零件形状的影响， 实现高精度成形 （附图：热成形VS冷成形）
内容
1、热冲压技术的背景 2、热冲压材料和涂层 3、加热 4、热冲压的成形与淬火 5、FE模拟 6、最终性能及热冲压的后续加工 7、具有特殊性能的热冲压件 8、应用 9、结论 10、读后感
Naderi（2007）对于高强度钢的研究显示，仅使用22MnB5， 27MnCrB5，37MnB4钢级才能在热冲压后再经过水淬的工艺 中得到完全马氏体组织。 22MnB5是热冲压中最为常用的钢级 。经过热冲压工序后零 部件获得马氏体组织并且其强度可高达1500MPa。 在淬火后钢的机械性能变化将取决于碳含量，最终获得 的强度可以通过适当调整碳含量来控制。硼是对淬透性 影响最大的元素，鉴于硼延缓了软组织转变而导致马氏 体组织的产生。
5、FE模拟
热冲压成形是一个预定相转变的热机械成形工艺。取决于温度， 机械变形，不同相及其混合相的交互作用。固态相变时潜热释 放也会影响热场。此外，随着微观成分的不同，机械性能和热 性能都会根据温度和变形的不同而变化。因此，一个可行的有 限元仿真模拟必须考虑机械，热，和微观组织等的交互作用。
6、最终性能及热冲压的后续加工
热冲压概述
文章信息
• 原名：A review on hot stamping • 2010年收录于Journal of Materials Processing Technology
• 作者：H. Karbasian, A.E. Tekkaya • 单位：Institute of Forming Technology and Lightweight Construction, Dortmund University of Technology；Germany
在热冲压后，喷丸处理，同时去除氧化层、涂层的附着。
最新的防止氧化的方法是采用防护油
3、加热
Lechler and Merklein (2008) 对22MnB5的研究。在不同的奥氏体化温 度和不同厚度的钢板下，要获得最大的硬度（为470HV）所需的最 短奥氏体化时间如图4所示。
根据 Stopp 等人 （2007年)实验，涂层厚度不超过40um最有利于奥氏体化。
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Lechler (2009)的研究中指出，钢板加热方式对零部件性能、 加热时间、热冲压经济成本有着很大的影响。
相对辊底式加热炉，感应加热的效率是其的两倍， 因为辊底式加热炉中大量的热量将从辊轴和气体中散发走。
4、热冲压的成形与淬火
为了避免在成形前工件的冷却，工件必须尽快在炉中冲压成型。 而且，成型必须在马氏体相变之前完成。所以，迅速的闭模盒 和成型工序是热冲压成功的关键。在成形之后，工件在封闭模 内淬火，冷却系统是通过导管内的冷却水来将热量带走。
在奥氏体化时，钢与空气接触很容易就形成氧化膜。为了避免 表面氧化和脱碳，大量的金属板会涂覆上一层保护层。 在直接热冲压中应用最为广泛的是Al-Si涂层。 这种镀层通常是用持续热浸电镀工艺，溶液为10%Si和3%Fe和 87%Al。 Al-Si涂层的熔点接近600℃。然而，由于基体中存在Fe，加热 时Fe扩散到界面形成Al-Fe合金，并很快迁移到表面。它们有更 高的熔点，从而防止了表层被氧化。