第一篇：淺談高強(qiáng)鋼沖壓件的回彈及預(yù)防措施

淺談高強(qiáng)鋼汽車沖壓件的回彈及預(yù)防措施

摘要:隨著我國(guó)汽車工業(yè)的快速發(fā)展以及汽車保有量的不斷增長(zhǎng)，汽車減重、節(jié)能、小型化、安全、環(huán)保等受到人們的普遍關(guān)注，高強(qiáng)鋼汽車沖壓件將是今后汽車沖壓件發(fā)展的主流，大量使用高強(qiáng)鋼是解決汽車減重、節(jié)能、安全、環(huán)保的重要途徑。

吉利金剛大部分關(guān)鍵沖壓骨架件也采用了高強(qiáng)鋼板材，大大提高了金剛車的安全性能。但高強(qiáng)鋼的特性決定了其自身在沖壓成型時(shí)存在的不足，回彈就是其中最為棘手的問(wèn)題，例如左右側(cè)圍下框加強(qiáng)板、左右縱梁中段、過(guò)橋下前后加強(qiáng)板等。為此，本文介紹了高強(qiáng)鋼沖壓件在沖壓成型過(guò)程中存在的回彈問(wèn)題，并介紹了一些預(yù)防措施。以便為以后更為廣泛的使用高強(qiáng)鋼沖壓件做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：

高強(qiáng)鋼

回彈

汽車沖壓件

預(yù)防

1、前言

21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展非常迅速。從吉利汽車的發(fā)展就可以從中窺見(jiàn)一斑。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，從1992年到2000年，中國(guó)汽車年產(chǎn)量從100萬(wàn)輛增加到200萬(wàn)輛，而從200萬(wàn)輛/年增加到300萬(wàn)輛/年只用了不到兩年的時(shí)間。2002年之后，汽車產(chǎn)量平均每年約增加100萬(wàn)輛。

隨著我國(guó)汽車工業(yè)的快速發(fā)展以及汽車保有量的不斷增長(zhǎng)，道路、停車場(chǎng)、交通安全和燃油緊張等問(wèn)題也日趨突出。因此，汽車的減重、節(jié)能、小型化、安全、環(huán)保等備受人們普遍關(guān)注，而高強(qiáng)鋼汽車沖壓件的大量采用對(duì)解決上述問(wèn)題都有幫助。近10年來(lái)，汽車用高強(qiáng)鋼的發(fā)展速度很快。為了適應(yīng)汽車沖壓件高強(qiáng)化的發(fā)展趨勢(shì)，世界各國(guó)紛紛開(kāi)展了高強(qiáng)鋼的研發(fā)并取得了令人矚目的進(jìn)展。

吉利金剛車也在一些關(guān)鍵、安全件上用高強(qiáng)鋼代替了普通鋼，如側(cè)圍下框加強(qiáng)板、左右縱梁中段、過(guò)橋下前后加強(qiáng)板、中立柱中部加強(qiáng)板等。這既符合汽車的安全性能需要，也符合汽車的減重、節(jié)能的需要，是汽車沖壓骨架件發(fā)展的趨勢(shì)。但由于高強(qiáng)鋼自身的特性決定了其自身在沖壓成 型時(shí)存在的不足，回彈就是其中最為棘手的問(wèn)題之一。以下筆者就高強(qiáng)鋼沖壓件的回彈及預(yù)防措施談一下自己的見(jiàn)解，以期對(duì)高強(qiáng)鋼回彈的改進(jìn)有所幫助。

2、高強(qiáng)鋼的特性

高強(qiáng)鋼具有很高的抗拉強(qiáng)度、耐沖擊性，其抗拉強(qiáng)度是普通鋼的3倍甚至更多，因此對(duì)汽車的碰撞安全性能非常重要。高強(qiáng)鋼的這種特性對(duì)汽車的安全、減重和節(jié)能是非常重要的，其效果也是非常明顯的。研究結(jié)果表明，使用高強(qiáng)鋼，汽車沖壓件抗拉強(qiáng)度從220MPa提高到700MPa，材料厚度從1.8mm減小到1.4mm，而材料可吸收沖擊能指數(shù)則基本保持不變。汽車減重也與材料強(qiáng)度密切相關(guān)。研究表明，材料抗拉強(qiáng)度從300MPa左右提高到900MPa左右，汽車減重率則從25％左右提升到40％左右。由此可以看出使用高強(qiáng)鋼已是汽車行業(yè)以后發(fā)展的趨勢(shì)。但鋼的強(qiáng)度和塑性一般是矛盾的，鋼強(qiáng)度的提高必然導(dǎo)致塑性下降。而鋼材塑性的下降就為沖壓件的成型帶來(lái)了很多問(wèn)題和難題，回彈就是其中沖壓件成型過(guò)程中很難避免的缺陷之一。如何預(yù)防、減少高強(qiáng)鋼的回彈就成了擺在高強(qiáng)鋼沖壓件面前最大的問(wèn)題。

3、高強(qiáng)鋼沖壓件成型過(guò)程中的回彈問(wèn)題

回彈是板材沖壓成形過(guò)程的主要缺陷之一。嚴(yán)重影響著沖壓件的成型質(zhì)量和尺寸精度，是實(shí)際工藝中很難有效克服的成形缺陷之一，它不僅降低了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。還制約了自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線的實(shí)施，是我國(guó)汽車制造工業(yè)中亟待解決的關(guān)鍵性問(wèn)題。

從理論上說(shuō)，板材沖壓成形過(guò)程可以被看作是板材經(jīng)過(guò)塑性變形變?yōu)橄胍@得的形狀的過(guò)程。然而實(shí)際上，板料尺寸、材料特性和環(huán)境條件使沖壓成形過(guò)程的預(yù)測(cè)性和可重復(fù)性變得困難。以韌性金屬板材為主的沖壓成形件從模具上取出后，必然產(chǎn)生一定量的回彈。回彈是板材沖壓成形的3種主要缺陷(起皺、開(kāi)裂和回彈)中最難控制的一種，因?yàn)樗婕暗綄?duì)回彈量的準(zhǔn)確預(yù)示。不同的材料和尺寸的零件其回彈規(guī)律大不相同，單憑經(jīng)驗(yàn)和工藝過(guò)程類比是很難進(jìn)行準(zhǔn)確的回彈補(bǔ)償?shù)摹Ｒ虼?，沖壓成形中的最 終產(chǎn)品形狀不但依賴于凹模形狀。而且依賴于成形后存儲(chǔ)在板料中的彈性應(yīng)變能。

由于高強(qiáng)鋼的塑性較差，變形時(shí)易開(kāi)裂，變形抗力大，這類材料的回彈量往往很大，同時(shí)高強(qiáng)度鋼板的屈服應(yīng)力明顯高于普通金屬板材，成形后的回彈也大，零件尺寸精度不良。因而，在對(duì)沖壓成型時(shí)，要充分考慮到高強(qiáng)鋼變形能力小、變形抗力大及回彈較大的特點(diǎn)，以準(zhǔn)確壓制出符合形狀尺寸的沖壓件。另外，高強(qiáng)鋼對(duì)模具的磨損也較大，有時(shí)甚至?xí)ㄋ滥＞撸虼?，需?duì)模具表面進(jìn)行硬化處理。

4、高強(qiáng)鋼沖壓件的回彈預(yù)防措施

回彈是板材成型的固有缺陷是很難完全消除的，只可以預(yù)防和減小。由于高強(qiáng)鋼的特性決定了其回彈更為嚴(yán)重且更難解決。以下就如何減小和預(yù)防回彈做一小結(jié)。

克服回彈缺陷的方法有很多。一是要在工藝條件允許的前提下，設(shè)法將回彈控制在盡可能小的范圍內(nèi)；二是如果實(shí)在回彈量很大且難以控制(高強(qiáng)鋼板成形回彈問(wèn)題)。就必須借助于計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)相結(jié)合的辦法，通過(guò)回彈補(bǔ)償技術(shù)重新構(gòu)造加工型面，以確保加工精度。

所有由彎曲產(chǎn)生變形的金屬板材成形過(guò)程的表征是，由彈塑性材料特性引起的板材厚度方向不均勻的位移分布而導(dǎo)致回彈現(xiàn)象的產(chǎn)生。板材體積內(nèi)存在著殘余應(yīng)力。這些殘余應(yīng)力與沖壓件的接觸力相平衡。當(dāng)沖壓件被釋放，就是把成形件從模具上卸下時(shí)，板材將尋找新的平衡位置，局部殘余應(yīng)力被釋放，導(dǎo)致成形件的最終尺寸與預(yù)期值存在一定的偏差，即回彈現(xiàn)象的產(chǎn)生。也就是說(shuō)，回彈主要是由于彎曲部位外側(cè)(拉伸)和內(nèi)側(cè)(收縮)的應(yīng)力差而引起的。因此。為了減少?gòu)澢冃蔚幕貜??？梢钥紤]給彎曲部位施加外力以消除應(yīng)力差。

為了減小彎曲變形產(chǎn)生的回彈，應(yīng)該在工藝條件允許的前提下，盡可能選擇屈服應(yīng)力小的材料。高強(qiáng)度鋼板的屈服應(yīng)力明顯高于普通金屬板材，這類材料的回彈量往往很大。成形板材的厚度對(duì)彎曲回彈影響也很大，通常，板越厚，回彈量越小。此外，工具角部的彎曲半徑對(duì)回彈影響也不可忽視，彎曲半徑越小，成形卸載后的回彈量越小。因此，在板材可成形性允許條件下，應(yīng)盡可能減小模角半徑。以下就總結(jié)一些減小和預(yù)防回彈的措施和方法。

4．1局部壓縮減小回彈方法

利用壓縮工藝在彎曲部位壓縮板料外側(cè)(將板料在該部位壓縮到大約使厚度減小5％-30％)，且不讓彎曲內(nèi)側(cè)變化。這種“局部壓縮”的工藝策略是利用了彎曲部位壓縮板料外側(cè)減薄導(dǎo)致板料局部強(qiáng)度降低的有利因素。

4.2一道工序分2段彎曲方法

將一次拉延彎曲成形分成2段彎曲成形．以此消除回彈。第一段彎曲采用大間隙(板厚1．15-1．3倍)加工。由于間隙大，板料傾斜，模具的彎曲半徑也大，使板料大致彎曲。第二階段的彎曲是將第一段彎曲的大彎曲半徑尺整形到小彎曲半徑廠。第一階段變形的間隙要從最初的小間隙開(kāi)始調(diào)整，根據(jù)控制回彈的效果而逐步放大。

4.3 內(nèi)側(cè)圓角尺硬化方法

從彎曲部位的內(nèi)側(cè)進(jìn)行壓縮，以消除回彈。在板材U形彎曲時(shí)，由于有兩側(cè)對(duì)稱彎曲，采用這種方法效果比較好。L形彎曲時(shí)一般面部分的材料壓料力變?nèi)?，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生尺寸變差。從形狀判斷，彎曲部位壓力弱。對(duì)于既要保證強(qiáng)度又要具有彈性的成形件產(chǎn)品不適用。

4.4消除殘余應(yīng)力方法

拉延成形時(shí)在工具的表面增加局部的凸包形狀（圓形凸包)。在后道工序時(shí)再消除增加的形狀，使材料內(nèi)的殘留應(yīng)力平衡發(fā)生變化，以消除回彈。

4.5加強(qiáng)筋凍結(jié)形狀方法

不改變?cè)a(chǎn)品功能的前提下，改變產(chǎn)品形狀，增加加強(qiáng)筋，可以控制和改善回彈。

4.6 負(fù)回彈方法

在加工模具表面，設(shè)法使板料產(chǎn)生負(fù)向回彈。上模返回后，制件回彈，通過(guò)負(fù)回彈和回彈而達(dá)到要求的產(chǎn)品形狀。

4.7淬火，回火抑制回彈方法

對(duì)板料的彎曲部位進(jìn)行局部的淬火和回火處理，降低屈服點(diǎn)，進(jìn)而達(dá)到消除回彈之目的

4.8焊接工序配合消除回彈技術(shù)

利用焊接工序消除回彈影響，首先要求焊接工序指定出點(diǎn)焊順序，目的是保證有回彈或者回彈量大的部位先焊。此外，在焊接工序中要追加強(qiáng)制夾緊及克服回彈的強(qiáng)制加強(qiáng)板。

五、小結(jié)

本文通過(guò)對(duì)高強(qiáng)鋼沖壓件的回彈及預(yù)防措施的小結(jié)，以期對(duì)沖壓分廠的高強(qiáng)鋼沖壓件反彈問(wèn)題的解決有一定的幫助。上述回彈控制的成形加工方法基本上能夠處理相對(duì)簡(jiǎn)單覆蓋件回彈問(wèn)題。

高強(qiáng)鋼沖壓件的回彈問(wèn)題是一個(gè)非常復(fù)雜并且很難解決的問(wèn)題，本文也只是對(duì)高強(qiáng)鋼沖壓件的回彈問(wèn)題的一般性探討。希望本文能起到拋磚引玉的作用，為分廠高強(qiáng)鋼沖壓件回彈問(wèn)題的解決做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。

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第二篇：先進(jìn)高強(qiáng)鋼和汽車輕量化

汽車輕量化項(xiàng)目主要包括超輕車身(U L SA B)、超輕覆蓋件(U L SA C)、超輕懸掛件(UL S AS)和在此基礎(chǔ)上的超輕概念車項(xiàng)目(ULS AB-AVC), 均是以使用鋼鐵為基礎(chǔ).除了利用先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板外 , 還大量采用了激光拼焊、激光焊接、液壓成型和計(jì)算機(jī)模擬等技術(shù)來(lái)進(jìn)行汽車的設(shè)計(jì)和制造。

AHSS 鋼主要包括雙相鋼(D P)、相變誘發(fā)塑性鋼(TRI P)復(fù)相鋼(CP)和馬氏體鋼(M)等 ,這類鋼是通過(guò)相變組織強(qiáng)化來(lái)達(dá)到高強(qiáng)度的 , 強(qiáng)度范圍 500 ～1500 MPa。具有高的減重潛力、高的碰撞吸收能、高的疲勞強(qiáng)度、高的成型性和低的平面各向異性等優(yōu)點(diǎn) D P鋼

DP 鋼板的商業(yè)化開(kāi)發(fā)已近30，年包括熱軋、冷軋、電鍍和熱鍍鋅產(chǎn)品。主要組織是鐵素體和馬氏體 , 其中馬氏體的含量在 5 %～ 20 %, 隨著馬氏體含量的增加 , 強(qiáng)度線性增加 , 強(qiáng)度范圍為 500～ 1 200 MPa。除了AHSS 鋼的共性特點(diǎn)外 , 雙相鋼還具有低的屈強(qiáng)比、高的加工硬化指數(shù)、高的烘烤硬化性能、沒(méi)有屈服延伸和室溫時(shí)效等特點(diǎn)。DP 鋼一般用于需高強(qiáng)度、高的抗碰撞吸收能且成形要求 也較嚴(yán)格的汽車零件 , 如車輪、保險(xiǎn)杠、懸掛系統(tǒng)及其加強(qiáng)件等.熱軋 D P 鋼的生產(chǎn)是通過(guò)控制冷卻來(lái)得到鐵素體和馬氏體的組織的 , 冷軋和熱鍍鋅 DP 鋼是通過(guò)鐵素體和奧氏體兩相區(qū)退火和隨后的快速冷卻來(lái)得到鐵素體和馬氏體組織的。D P 鋼的主要成分是 C和Mn , 根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同可適當(dāng)添加Cr、Mo 等元素使C曲線右移 , 避免冷卻時(shí)析出珠光體和貝氏體等組織。

復(fù)相鋼

復(fù)相（Complex Phase: CP）鋼是指兩相在數(shù)量和尺寸上有相同的數(shù)量級(jí)，其組織特點(diǎn)是

細(xì)小的鐵素體和高比例的硬質(zhì)相如貝氏體、馬氏體，含有鈮、鈦等元素。復(fù)相鋼基本上是在Mn-Cr-Si合金成分體系的基礎(chǔ)上，通過(guò)馬氏體、貝氏體以及Ti、Nb和V等微合金元素的晶粒細(xì)化效應(yīng)和析出強(qiáng)化的復(fù)合作用，結(jié)合適當(dāng)?shù)木砣」に嚩a(chǎn)的，抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到800~1000MPa。具有很高的能量吸收能力和擴(kuò)孔性能，廣泛應(yīng)用于汽車車身中車門的防撞桿、保險(xiǎn)杠與B立柱等提高汽車安全性能的部件。貝氏體鋼

貝氏體（Bainite: B）鋼的微觀組織為貝氏體，通過(guò)控制冷卻速度或者空冷可以得到貝氏體組織。貝氏體鋼的化學(xué)成分主要由碳和微量鉻、硼、鉬、鎳等合金元素組成，含碳量低于 0.05%。貝氏體鋼的韌性好、強(qiáng)度高（530~1500MPa），并且隨著貝氏體轉(zhuǎn)變溫度的降低，貝氏體鋼的強(qiáng)度增加，貝氏體鋼的成形能力和焊接性均很好，在航空航天、船舶與石油化工。馬氏體鋼

馬氏體鋼的微觀組織為少量的鐵素體和/或貝氏體均勻的分布在板條狀的馬氏體基體上。通過(guò)在連續(xù)退火線或者出料輥道上的快速冷卻作用，使奧氏體向馬氏體完全轉(zhuǎn)變從而得到馬氏體鋼。向馬氏體中加入碳元素能提高馬氏體的淬硬性，起到強(qiáng)化的作用；為提高馬氏體鋼的淬透性可以加入不同比例的 Mn、Mo、B、V、Ni、Si、Cr 等合金元素。馬氏體鋼是先進(jìn)高強(qiáng)鋼中抗拉強(qiáng)度最高的鋼種，最高能達(dá)到 1700MPa。

相變誘發(fā)塑性鋼

相變誘發(fā)塑性（TRIP）鋼是為了滿足汽車工業(yè)對(duì)高強(qiáng)度、高塑性鋼板的要求而開(kāi)發(fā)研制的，微觀組織主要為鐵素體、貝氏體和殘余奧氏體（體積分?jǐn)?shù)一般為 10%~20%）。在冷成形過(guò)程中，殘余奧氏體向硬的馬氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變（形變誘導(dǎo)相變）的同時(shí)發(fā)生塑性變形。這種硬化使得組織變形難以在局部集中并使應(yīng)變分散，導(dǎo)致了整個(gè)組織中的塑性變形分布比較均勻，這種現(xiàn)象稱為相變誘發(fā)塑性。TRIP 鋼具有強(qiáng)度高、延展性好、易沖壓成形和能量吸收率高等特點(diǎn)，可以大幅度地減輕車身自重，降低油耗，同時(shí)能夠抵御發(fā)生碰撞時(shí)的塑性變形，顯著提高汽車的安全性能，在汽車制造領(lǐng)域有著巨大的優(yōu)勢(shì)。

TRIP 鋼分為熱軋型 TRIP 鋼和熱處理型冷軋 TRIP 鋼。熱軋型 TRIP 鋼是通過(guò)控軋控冷獲得大量的殘余奧氏體組織。熱處理型冷軋 TRIP 鋼是在冷軋后采用臨界加熱，然后在下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)等溫淬火?？焖偌訜嶂僚R界溫度，形成鐵素體-奧氏體混合組織。與雙相鋼的熱處理工藝最大的區(qū)別在于，為了在最終的組織中保留奧氏體，需要引入貝氏體等溫淬火保持階段（或緩冷）。通過(guò)碳在未轉(zhuǎn)變的奧氏體中的富集使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度降至低于零度，但僅通過(guò)鐵素體形成時(shí)產(chǎn)生的碳富集是不夠的，因此，貝氏體形成時(shí)會(huì)造成更多的

碳富集。通過(guò)添加硅或鋁，不僅能起到固溶強(qiáng)化作用，而且還能阻止在貝氏體形成過(guò)程中碳化物析出。孿生誘導(dǎo)塑性鋼

孿生誘導(dǎo)塑性(TWIP)鋼是第二代先進(jìn)高強(qiáng)鋼的典型鋼種，又稱FeMn鋼、高錳鋼或現(xiàn)代輕質(zhì)鋼，成分特點(diǎn)是錳和鋁含量較高，具有高強(qiáng)度、高加工硬化速率和優(yōu)異的延展性（總延伸率可高達(dá)70%）。主要有Fe-Mn-C鋼、Fe-Mn-C-Al鋼及Fe-Mn-C-Al-Si鋼。研究結(jié)果表明FeMn-TWIP鋼加工硬化速率n值高且均勻，可承受局部應(yīng)變峰值并具有良好的應(yīng)變分布（抗頸縮），同時(shí)成形性能好，具有較好的能量吸收性能。由于這類鋼的處理工藝復(fù)雜、合金元素含量較高，雖然具有高強(qiáng)度和高韌性等良好的綜合性能，但目前為止還沒(méi)有商業(yè)化，在汽車工業(yè)上的應(yīng)用還很有限。

相同成分DP鋼和TRIP鋼部分力學(xué)性能的比較

對(duì)同一種鋼板進(jìn)行不同熱處理分別制成具有相同鐵素體含量的雙相鋼(DP鋼)和相變誘發(fā)塑性變形鋼(TRIP鋼)，并對(duì)其部分力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比。比較發(fā)現(xiàn)，鐵素體基體上不同的第二相使得材料力學(xué)性能產(chǎn)生巨大差異：馬氏體使DP鋼具有很高的抗拉強(qiáng)度，殘余奧氏體則賦予TRIP鋼優(yōu)良的伸長(zhǎng)率；DP鋼擁有更加優(yōu)良的加工硬化能力，TRIP鋼則具有較為理想的烘烤硬化能力。試驗(yàn)表明，考察DP鋼和TRIP鋼的烘烤硬化能力時(shí)，除柯氏氣團(tuán)外，內(nèi)應(yīng)力的消除也應(yīng)該考慮其中。兩種材料的組織有相似之處：F為基體，其上分布著較硬的第二相，不同之處在于第二相的種類和數(shù)量。

單軸拉伸試驗(yàn)，得到的負(fù)荷-應(yīng)變曲線如圖。TRIP鋼具有明顯的屈服平臺(tái)，而DP鋼則呈現(xiàn)連續(xù)屈服的特點(diǎn)。對(duì)兩種材料的主要性能參數(shù)進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表

DP鋼淬火過(guò)程中，臨界區(qū)保溫形成的奧氏體轉(zhuǎn)變成比容較大M，使周圍的F受到壓迫，在其內(nèi)部生成大量位錯(cuò)，成為低應(yīng)力下可激活的位錯(cuò)源因此其屈服強(qiáng)度(σ0.2)低于TRIP鋼。但是由于組織中存在40%M，其抗拉強(qiáng)度(σb)明顯高于以B為主要第二相的TRIP鋼。雖然σb 不及DP鋼，但TRIP鋼的δ是DP鋼的2.3倍，達(dá)到37%，TRIP鋼優(yōu)良的伸長(zhǎng)率與形變過(guò)程中Ar轉(zhuǎn)變?yōu)镸有關(guān)，可從以下幾點(diǎn)解釋(1)拉伸變形時(shí)在最大變形部位首先誘發(fā)馬氏體相變, 使局部強(qiáng)度提高, 難以繼續(xù)變形, 變形向未發(fā)生馬氏體相變的其他部位轉(zhuǎn)移, 推遲了頸縮的形成。(2)拉伸變形時(shí)局部應(yīng)力集中因馬氏體相變而松馳, 推遲了裂紋的產(chǎn)生。(3)Ar與α呈共格關(guān)系, 高能界面不利于裂紋的擴(kuò)展。

可看出，在相同應(yīng)變下DP鋼的WH值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于TRIP鋼的，這與兩種材料的組織密切相關(guān)，可從以下幾點(diǎn)解釋：

(1)作為基體上的第二相,DP鋼中的M和TRIP鋼中的B起阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用。M硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于B硬度, 因此其對(duì)位錯(cuò)具有更強(qiáng)的阻礙作用, 導(dǎo)致加工硬化很高。由于M和B含量很高, 因此這是導(dǎo)致兩種材料加工硬化值性能差異的最主要原因。

(2)變形過(guò)程中，TRIP鋼中的Ar逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镸 釋放了集中的內(nèi)應(yīng)力，降低了對(duì)位錯(cuò)阻礙作用，導(dǎo)致WH值下降。

(3)雖然TRIP鋼中由A相轉(zhuǎn)變得來(lái)的M會(huì)在繼續(xù)變形時(shí)對(duì)位錯(cuò)起到較為強(qiáng)烈的阻礙作用，但是由于其含量很低 因此對(duì)WH的貢獻(xiàn)也較低。

在較低應(yīng)變范圍內(nèi)(0%～2%)，DP鋼的加工硬化值很高(410MPa)，而在較高應(yīng)變范圍內(nèi)(>2%)給予相同應(yīng)變，WH值增量顯著降低。

原因：塑性變形之初，運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)滑移到晶界處, 受到馬氏體的阻礙停止運(yùn)動(dòng), 強(qiáng)烈的阻礙作用使得必須產(chǎn)生新的位錯(cuò)或開(kāi)動(dòng)相鄰晶粒中的滑移系才能保證塑變繼續(xù)進(jìn)行, 因此加工硬化值很高。隨著變形的進(jìn)行, 大量位錯(cuò)在馬氏體顆粒前塞積, 塞積的位錯(cuò)會(huì)對(duì)新產(chǎn)生的位錯(cuò)形成一定阻礙作用,而這一作用顯著低于M的阻礙作用, 因此由其導(dǎo)致的WH增量明顯降低。

高強(qiáng)鋼的烘烤硬化能力

成型后的汽車覆蓋件在噴漆以后通常會(huì)置于170℃保溫一段時(shí)間，稱為烘漆。烘漆后鋼板屈服強(qiáng)度提高的現(xiàn)象稱之為烘烤硬化(BakeHardening)。烘烤硬化的機(jī)理是在烘烤過(guò)程中, 位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)中的碳(氮)原子受到熱激活向位錯(cuò)偏聚, 形成柯氏氣團(tuán),從而對(duì)位錯(cuò)起到釘扎作

用,使其再次受載時(shí)需要更大的力才能擺脫氣團(tuán)或拖曳氣團(tuán)一起運(yùn)動(dòng)，宏觀上表現(xiàn)為屈服強(qiáng)度的提高。與固溶碳(氮)原子數(shù)目和位錯(cuò)密度密切相關(guān)。

Trip隨著預(yù)變形量的增加,BH值先上升后下降。因?yàn)樗茏兂跗? 隨著變形增加, 材料中位錯(cuò)密度增加，烘烤后被釘扎的位錯(cuò)數(shù)目增加, 因此BH值上升；但是由于材料中固溶碳原子有限, 當(dāng)變形超過(guò)一定值后,形成的柯氏氣團(tuán)的飽和度下降，導(dǎo)致BH值降低。對(duì)于DP鋼的BH隨預(yù)變形量增加而下降(10%預(yù)應(yīng)變?cè)嚇拥腂H值為-380MPa)。DP鋼的烘烤硬化能力差與其組織中存在一定含量M有關(guān): 變形過(guò)程中,M強(qiáng)烈阻礙位錯(cuò)的同時(shí)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力對(duì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)也起到很大作用, 而烘烤會(huì)使內(nèi)應(yīng)力部分釋放，因此導(dǎo)致流變應(yīng)力下降。

鋼在奧氏體狀態(tài)下加工變形以后再進(jìn)行淬火,但為使鋼在奧氏體狀態(tài) 下變形而不發(fā)生相變或析出第二相,鋼中奧氏體應(yīng)具有良好的熱穩(wěn)定性及機(jī)械穩(wěn)定性這就需要在鋼中加入較多的合金元素如C r、N i 等實(shí)際也就提高了鋼的價(jià)格。較高的錳含量有利于保持奧氏體的穩(wěn)定性,而奧氏體的穩(wěn)定性正是保持相變塑性的最重要因素。很高的硅量可有效提高碳在滲碳體中的活度,抑制冷卻過(guò)程及過(guò)時(shí)效中貝氏體轉(zhuǎn)變期間滲碳體的析出使得奧氏體中碳含量 的降低和隨之而引起的穩(wěn)定性降低。鋼中大量的硅易與退火爐氣氛中的氧反應(yīng),生成二氧化硅附著于鋼板表面而使熱鍍鋅難以進(jìn)行。固溶的磷本身具有提高奧氏體穩(wěn)定性的作用磷還可提高碳在滲碳體中的活度系數(shù)，抑制滲碳體的析出和奧氏體中碳含量的降低，結(jié)構(gòu)鋼中磷的晶界偏聚可引發(fā)鋼的冷脆傾向。

Trip鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均隨應(yīng)變率提高而呈指數(shù)形式增大。均勻延伸率隨應(yīng)變率的提高總的趨勢(shì)是逐漸減小。因?yàn)闅堄鄪W氏體在 拉伸過(guò)程中會(huì)應(yīng)變誘發(fā)向馬氏體轉(zhuǎn)變，一方面有利于材料強(qiáng)度的提 高，另一方面松弛了塑性變形引起的應(yīng)力集中，延緩了微裂紋的形成，從而提高塑性。高應(yīng)變率變形的絕熱溫升提高了殘余奧氏體的穩(wěn)定性。

鐵素體基體析出強(qiáng)化型高強(qiáng)熱軋雙相鋼（14年參考文獻(xiàn)）

傳統(tǒng)雙相鋼以組織強(qiáng)化為主要強(qiáng)化方式，通過(guò)組織強(qiáng)化雖然可提高強(qiáng)度降低屈強(qiáng)比，但由于軟相鐵素體與硬相馬氏體的強(qiáng)度差較大，兩相塑性應(yīng)變不相容性加大，導(dǎo)致均勻變形能力降低不利于汽車零部件的成形，一定程度上限制了雙相鋼的應(yīng)用。因此，提高鐵素體相的強(qiáng)度，可減小鐵素體和馬氏體的塑性應(yīng)變不相容性，抑制在兩相界面萌生的微裂紋和空洞聚集，即推遲頸縮發(fā)生，提高均勻真應(yīng)變。

高強(qiáng)鋼主要通過(guò)添加微合金元素Nb、V、Ti，在鐵素體中析出細(xì)小的微合金碳氮化物，即析出強(qiáng)化的方式提高強(qiáng)度。相對(duì)Nb、V而言，Ti具有資源豐富、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ奈⒑辖鹪?。不少研究者已?duì)Ti的析出強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行了研究，并開(kāi)發(fā)出780 MPa級(jí)別的高強(qiáng)鋼。

鐵素體基體析出強(qiáng)化型熱軋雙相鋼的工藝過(guò)程原理：在析出強(qiáng)化型熱軋雙相鋼成分設(shè)計(jì)時(shí)，主要是在傳統(tǒng)熱軋雙相鋼的成分基礎(chǔ)上添加一定量的Ti，同時(shí)還應(yīng)調(diào)整Mn、Si、Cr等元素的含量，使得鐵素體相變的鼻尖溫度與TiC析出的鼻尖溫度相匹配。

由圖可知，鋼板熱軋后快速冷卻至鐵素體相變鼻尖溫度附近，然后在緩冷或保溫階段，奧氏體相變?yōu)殍F素體，同時(shí)TiC在鐵素體相變過(guò)程中相間析出或過(guò)飽和析出，最后再快冷至Ms以下溫度，未轉(zhuǎn)變奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，最終獲得存在納米級(jí)TiC析出相的鐵索體基體+彌散分布的馬氏體的熱軋雙相鋼。

通過(guò)向雙相鋼添加鈮元素能起到彌散強(qiáng)化的作用，一方面鈮元素能夠促進(jìn)馬氏體的均勻分布和鐵素體的細(xì)化，另一方面利用析出強(qiáng)化使馬氏體的體積分?jǐn)?shù)降低，從而使馬氏體和鐵素體之間由于強(qiáng)度差異而導(dǎo)致的應(yīng)力集中程度降低，提高了雙相鋼的綜合力學(xué)性能。

現(xiàn)代冷軋雙相鋼的生產(chǎn)采用連續(xù)退火工藝。先將冷軋鋼板加熱到鐵素體奧氏體兩相區(qū)所在的某個(gè)溫度，在加熱過(guò)程中發(fā)生冷塑性變形的組織會(huì)經(jīng)歷回復(fù)與再結(jié)晶過(guò)程。在保溫過(guò)程中，鋼板中的鐵素體產(chǎn)生不完全奧氏體化。在初始的緩冷過(guò)程中，少量的奧氏體重新轉(zhuǎn)化為鐵素體，同時(shí)合金元素大量的向殘余奧氏體中擴(kuò)散，提高了奧氏體的穩(wěn)定性。然后在急冷過(guò)程中使殘余奧氏體轉(zhuǎn)化為馬氏體組織，從而產(chǎn)生鐵素體與馬氏體的雙相組織。

一般來(lái)說(shuō)，急冷后還需進(jìn)行等溫過(guò)時(shí)效，一是可以對(duì)淬硬的馬氏體島進(jìn)行低溫回火以改善其內(nèi)部畸變，二是可以可以改善鐵素體內(nèi)元素的固溶狀態(tài)。

第三篇：超高強(qiáng)鋼的應(yīng)用_《翻譯文章》

先進(jìn)高強(qiáng)鋼

解決對(duì)鋼成形性增長(zhǎng)的需求 斯圖爾特—?jiǎng)P樂(lè)，彼得

1960年以前，對(duì)于高強(qiáng)鋼的要求是通過(guò)高碳鋼或冷軋鋼來(lái)滿足的。這些增加強(qiáng)度的辦法都是以犧牲材料的成形性為代價(jià)的。后來(lái)又出現(xiàn)了通過(guò)熱加工過(guò)程而發(fā)展起來(lái)的高強(qiáng)度低合金鋼（HSLA）。這種合金在保證更高強(qiáng)度的同時(shí)，使成形性最小程度的降低。這源于鋼的成分的改善，包括更小的晶粒尺寸，用其他元素去換鐵原子，或者加入其他元素，以此來(lái)改變其晶體結(jié)構(gòu)。早期的高強(qiáng)度低合金鋼，其最大屈服強(qiáng)度只有30-50ksi, 新的高強(qiáng)度低合金鋼，其屈服強(qiáng)度可以達(dá)到110ksi。

（注：關(guān)于這些板材成型的信息，來(lái)自于下面的參考文獻(xiàn)。即高強(qiáng)鋼的成型，來(lái)自于《金屬成型》2009年四月刊）

現(xiàn)在，對(duì)于高強(qiáng)度鋼有了更高的要求。具體包括：

1）通過(guò)減少鋼板的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)減重的目的，隨后再通過(guò)增加其屈服強(qiáng)度來(lái)補(bǔ)償。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析，在保證板厚不變的同時(shí)，可以使鋼板的屈服強(qiáng)度加倍。但是，隨著板厚降低，屈服強(qiáng)度增加，板材的拉伸性能和彎曲性能會(huì)降低。

2）局部強(qiáng)化，這一點(diǎn)通常要求板材的成型方式從拉深成型轉(zhuǎn)變?yōu)槔斐尚?。考慮通過(guò)修剪，將其分成三個(gè)獨(dú)立的且易于成型的部分，然后通過(guò)焊接將其連接起來(lái)。嘗試將來(lái)自同一塊板材的相同大小的部分，放入帶有三個(gè)型腔的模具當(dāng)中，在型腔之間沒(méi)有粘結(jié)，使得板材可以流動(dòng)并形成相鄰的壁，這樣成型模式就變?yōu)槔炷Ｊ健ｋS著強(qiáng)度的增加其拉伸性降低。3）在那些易于發(fā)生嚴(yán)重局部變形的地方，高強(qiáng)度鋼件應(yīng)具有清晰的功能設(shè)計(jì)與特征線，這要求材料有更高的可拉伸性能。

AHSS或“新設(shè)計(jì)鋼”

為了滿足高強(qiáng)鋼更高成型性的要求，鋼材研究者們已經(jīng)采取了一種全新的途徑來(lái)增加鋼材的強(qiáng)度。低強(qiáng)度鋼和高強(qiáng)度低合金鋼都只有單一的鐵素體相—這是一種純鐵的微觀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)中碳含量很低。先進(jìn)高強(qiáng)鋼（AHSS）出了鐵素體相外，還具有一個(gè)或多個(gè)微觀相結(jié)構(gòu)，諸如馬氏體相，貝氏體相，還有殘余奧氏體相。

普通高強(qiáng)鋼等級(jí)可分為三種成型類型：

1）具有相同原始屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的鋼，是根據(jù)鋼的成型性的好壞決定了鋼的級(jí)別。這種成型性的提高是總的延伸率對(duì)屈服強(qiáng)度的一種作用（圖1）。對(duì)于材料的抗拉強(qiáng)度和加工硬化指數(shù)（n次方）也可以畫(huà)出類似的曲線。與相同強(qiáng)度的低合金高強(qiáng)鋼相比，雙相先進(jìn)高強(qiáng)鋼總延伸率的增長(zhǎng)使得沖孔半徑對(duì)厚度的比例減小。雙相鋼能夠在高應(yīng)力的位置極大的限制材料的變形（應(yīng)變）局部化。這些應(yīng)變梯度的差異非常大，這些差異產(chǎn)生的一個(gè)主要原因是產(chǎn)品尺寸的不同。

圖.1雙相鋼和相誘變可塑先進(jìn)高強(qiáng)鋼強(qiáng)度和延伸率之間的關(guān)系（Yield Strength:屈服強(qiáng)度，Total Elongation：總延伸率，DP：雙相鋼，TRIP：相誘變可塑鋼）

另外，應(yīng)變的最大值是顯著增加的，并且在低于原來(lái)深度的情況下達(dá)到失效條件。雙相鋼的強(qiáng)化是從改變梯度開(kāi)始的，同時(shí)減少甚至阻止他們的擴(kuò)散。應(yīng)變值提高是由于在微觀組織中引入了馬氏體區(qū)。

圖.2用HSLA與DP成型前保險(xiǎn)杠過(guò)程（Percent Stretch：拉伸比例，Centers of Original Circles：原界中心，Yield strength：屈服強(qiáng)度，Maximum Allowable Stretch：最大允許拉伸量）

圖.2闡述了一種鋼的前保險(xiǎn)杠的成型過(guò)程研究的結(jié)果，這種前保險(xiǎn)杠研究用到了多種低合金高強(qiáng)鋼和雙相鋼。我們通過(guò)前保險(xiǎn)杠測(cè)量出了兩種帶有尖峰的應(yīng)變梯度。當(dāng)檢測(cè)雙相鋼是這種應(yīng)變梯度發(fā)生了巨大的改變—當(dāng)應(yīng)變率達(dá)到7％至9％時(shí)就已使得雙相鋼產(chǎn)生疲勞。由于馬氏體區(qū)的加入是非常重要的，冶金學(xué)家找到一種能補(bǔ)充新的馬氏體區(qū)從而生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)的鋼—相變可塑性剛（TRIP）。這些鋼的等級(jí)比單獨(dú)的雙相鋼有能顯著地使應(yīng)變梯度變得平緩。另外，在局部縮頸處（成型極限曲線）的最大允許應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)。

2）在保證成型性不變的情況下提高鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉極限。馬氏體鋼（MS，圖.3）是一種具有堅(jiān)硬馬氏體結(jié)構(gòu)的單相鋼。取決于溫度的不同，MS鋼的總延伸率從15％到5％都有。用MS鋼生產(chǎn)的大部分都是冷彎。

圖.3 CP與MS級(jí)別鋼的優(yōu)勢(shì)（Yield Strength：屈服強(qiáng)度，Total Elongation：總延伸率，Constant formability increased strength：一般成型增加的強(qiáng)度，Complex phase steel：多相鋼，Martensitic steel：馬氏體鋼）

其他屬于先進(jìn)高強(qiáng)鋼類別的都是有很多相（CP）的鋼，這些鋼的強(qiáng)度是由于它們有尺寸極細(xì)小的晶粒且微觀組織中含有貝氏體，馬氏體，殘余奧氏體和珠光體。多相鋼具有吸收高能量以及高殘余變形能力的特征。

3）為了獲得最終的性能需要特殊的加工過(guò)程。產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以制造出以前認(rèn)為不可能實(shí)現(xiàn)的的零部件。在現(xiàn)實(shí)生活中，一份采購(gòu)訂單可能需要成型非常復(fù)雜的部分，而這部分又要求如MS鋼這樣極高的強(qiáng)度。這份訂單可能并不要求成型為MS—只是要求產(chǎn)品最終具有MS鋼的性能。

現(xiàn)在制造的很多零部件都是采用熱成型技術(shù)或者屈服強(qiáng)度為50到70ksi，總的延伸率為18％硼基鋼。這種鋼被加熱到850到900℃，被放置在一個(gè)具有壓力的情況下然后成型。成型屈服強(qiáng)度基本是6到13ksi，50％以上的總延伸率，它們都是常數(shù)。我們能通過(guò)獲得非常嚴(yán)重的變形來(lái)制造具有復(fù)雜特性的零部件。在快速成型后，冷模淬火的部分能達(dá)到MS鋼最后的強(qiáng)度。然而比正常沖壓速度慢很多的時(shí)候，使用更多的傳統(tǒng)成型過(guò)程在打擊過(guò)程中能生產(chǎn)出以前已經(jīng)證明不能生產(chǎn)出的部件。

發(fā)展前景

從低合金高強(qiáng)鋼到先進(jìn)高強(qiáng)鋼的發(fā)展趨勢(shì)（圖.4）是非常值得注意的。在北美生產(chǎn)輕型車輛的先進(jìn)高強(qiáng)鋼的用量從2007年的9.5％估計(jì)到2015年會(huì)增長(zhǎng)到34.8％。

圖.4 北美輕型車輛金屬含量的預(yù)測(cè)（資料來(lái)源：世界各地制造，Conventional AHSS：普通高強(qiáng)鋼，Advanced HSS：先進(jìn)高強(qiáng)鋼，Aluminum & Magnesium：鋁和鎂，Mild Steel：中強(qiáng)鋼，Medium HSS：中強(qiáng)先進(jìn)鋼，Bake Hardenable：加熱硬化）

我們現(xiàn)在依舊在尋找具有更好性能的先進(jìn)高強(qiáng)鋼。到目前為止，我們的討論覆蓋了第一代先進(jìn)高強(qiáng)鋼（圖.5）。通過(guò)奧氏體基體化的第二代產(chǎn)品我們使成型性能得到了很大的提高，例如TWIP鋼（雙相誘變可塑性鋼），這種鋼在現(xiàn)在才剛開(kāi)始做與生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)的。然而這些鋼能達(dá)到60％的總延伸率和非常高的n值，由于它們加入了很多有很高價(jià)格的合金元素導(dǎo)致它們非常昂貴。而且，它們復(fù)雜的成分使得它們焊接具有挑戰(zhàn)性。

圖.5 第二代高強(qiáng)鋼—更好的性能，價(jià)格更低（Conventional Steels：傳統(tǒng)鋼，Austenitic-Based Steels：奧氏體化鋼，Current Area of Research：當(dāng)前區(qū)域研究，Improved properties：性能的提高，Reduced cost：價(jià)格的降低，Improved weldability：焊接性能的提高。）

許多研究者都認(rèn)為大部分的零部件不需要第二代先進(jìn)高強(qiáng)鋼的機(jī)械性能，所以現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始研究并發(fā)展第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼。第三代鋼的特征是比第二代有更少的相，并且具有更好的成型性和焊接性。

特別關(guān)注的領(lǐng)域

盡管我們希望先進(jìn)高強(qiáng)鋼能應(yīng)用于車輛和其他產(chǎn)品，但還是有很多的擔(dān)憂。其中：回彈；成型速度和熱量在模具中的積聚；以及壓力的噸位和能量。

當(dāng)成型較低強(qiáng)度的鋼時(shí)回彈總是存在的，并且要求模具的補(bǔ)償量滿足圖紙的要求。回彈量的大小直接與屈服強(qiáng)度有關(guān)。所以如下面的先進(jìn)高強(qiáng)鋼，尤其是CP和MS鋼，由于回彈量太大導(dǎo)致極其的難以控制。（圖.6）。然而一般低強(qiáng)度的AKDQ鋼通?；貜椓吭?％到3％，HSLA鋼的回彈量通常在8％到12％，MS鋼的回彈量則在16％到24％之間。

圖.6 不同屈服強(qiáng)度導(dǎo)致的各種回彈（Yield Strength：屈服強(qiáng)度，Springback：回彈，Strain：應(yīng)變）

回彈，側(cè)壁彎曲，平板扭曲在它們各自的成型過(guò)程中都有自己的初始不平衡應(yīng)力。這種不平衡應(yīng)力通常是由產(chǎn)品設(shè)計(jì)導(dǎo)致的—非對(duì)稱的幾何形狀或裁剪過(guò)程，迅速變化的界面或不等的法蘭長(zhǎng)度。其他引起不平衡應(yīng)力的因素有不確定的成型工藝參數(shù)，包括潤(rùn)滑，拋光，壓邊力，毛坯的定位以及拉拔機(jī)頭的斷裂和磨損。

由于在AHSS的應(yīng)用中回彈是一個(gè)非常主要的影響因素，所以在設(shè)計(jì)階段之前必須先指出回彈現(xiàn)象從而避免利用二次成形補(bǔ)償回彈。為了在設(shè)計(jì)階段把回彈降到最小，我們應(yīng)：

?避免直角或者尖角。

?使用6到10°的較大敞開(kāi)角來(lái)補(bǔ)償過(guò)度彎曲和回彈。?避免在兩個(gè)內(nèi)壁之間使用大的過(guò)渡半徑。?使用開(kāi)放式而不是封閉式的沖壓。

?在設(shè)計(jì)部件允許的部分采用加強(qiáng)筋，底閥，多處凸緣等等，來(lái)阻止彈性力的釋放和減少回彈。

?在產(chǎn)品設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)設(shè)計(jì)與成型性相匹配的沖孔半徑。當(dāng)半徑小于2t時(shí)能減小回彈角及板加工后的變化。

因?yàn)殇摰募庸び不怯捎诶斐^(guò)模具半徑導(dǎo)致的，這種增加的強(qiáng)度會(huì)引起回彈的增加和側(cè)壁彎曲。這使得重新加工變得困難。因此，沖壓錘應(yīng)盡量限制材料移動(dòng)而超過(guò)它們半徑的現(xiàn)象。

汽車設(shè)計(jì)工程師經(jīng)常會(huì)提出溝槽和帽檐結(jié)構(gòu)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。不幸 的是，兩塊平行板或者是需要彎曲側(cè)壁的板之間有90°夾角時(shí)，都會(huì)使得回彈增大的潛在可能性變大。在限制材料半徑及運(yùn)動(dòng)的情況下為了獲得需要的通道高度，成型帽檐部分需要兩步方法—形成凸緣部分的加工過(guò)程（圖.7）。首先，在成型90°角的半徑是在過(guò)度彎曲面和回彈補(bǔ)償部分的配合面。在帽檐部分的操作過(guò)程中使這部分頂端的大半徑變得平緩，這可能需要在平面部分需要額外的過(guò)渡彎曲，頂部才產(chǎn)生平行板。

圖.7 兩步成型小半徑帽檐部分（Part and Cross-Section After First Stage：第一階段后零件截面部分，Part and Cross-Section After Second Stage：第二階段后零件截面部分）

多部成型操作證明有助于零件形成小的，精確的幾何特征，但是這只能在重新加工成型中實(shí)現(xiàn)。另外一個(gè)這樣的方法叫做Shapeset，是由通用汽車研究開(kāi)發(fā)的成型凸緣模具（圖.8）。一個(gè)成型模具或拉深工具（沒(méi)有拉伸機(jī)頭）成型零件后，然后零件被放入到被設(shè)計(jì)好的用來(lái)鎖定其他凸緣的第二個(gè)工具上。具有鎖定機(jī)頭的低壓力墊作用在毛坯上，上模具鋼距離底部機(jī)頭中心（BDC）的少于或者接近6mm。然后零件被從一個(gè)模具導(dǎo)柱前拉伸至壓到底部機(jī)頭中心。

圖.8 兩步拉伸成型過(guò)程（punch：沖孔，Sheet steel：薄板鋼，Mild steel：中碳鋼，High strength steel：高強(qiáng)鋼，All steel：所有鋼）

在零件中產(chǎn)生的拉伸力（大約2％）能有效的減小剩余壓力以及部分與部分之間的變化。較低的鎖定裝置需要避免在零件成型過(guò)程中零件的上升引起的反向壓力墊。

用輥鍛模成型的時(shí)候需要用到壓力板來(lái)防止工件在成型過(guò)程中的滑動(dòng)。對(duì)于印刷模具需要的壓力板的要求通常與AHSS成型中所需要的沖孔力相等，加工AHSS壓力板的壓力是同等厚度HSLA的三倍。這種水平的夾持力在小的輥鍛模或者小的模具面積內(nèi)是很難達(dá)到的。

更多控制回彈的工具技術(shù)

模具材料的成型壓力越大并且材料需進(jìn)一步加工來(lái)減小回彈時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生大的工具撓度。成型鋼時(shí)必須控制鋼具有合適的斜度來(lái)控制工具的撓度和保證零件的質(zhì)量。

對(duì)于回彈來(lái)說(shuō)壓模應(yīng)當(dāng)包括用于補(bǔ)償輥鍛模而形成的過(guò)度彎曲。根據(jù)不同級(jí)別的鋼，預(yù)計(jì)回彈角可高達(dá)10°。

圖.9闡述了在由汽車/鋼合作伙伴發(fā)表的高強(qiáng)鋼設(shè)計(jì)沖壓手冊(cè)中發(fā)現(xiàn)的一種回彈補(bǔ)償技術(shù)。凸緣鋼的半徑小于零件半徑，再加上凸緣鋼和導(dǎo)柱上的應(yīng)力釋放。

凸緣鋼上的應(yīng)力釋放允許應(yīng)用在成型半徑上進(jìn)一步施加壓力。

圖.9 在輥鍛模中的過(guò)度彎曲（Pad:壓力板，F(xiàn)lange steel：凸緣鋼，Apply extra pressure：施加的額外壓力，Back relief on lower die：較低模具中的應(yīng)力釋放，Back relief on flange steel：凸緣鋼中的應(yīng)力釋放）

在切實(shí)可行的情況下，考慮用旋轉(zhuǎn)成型工具代替凸緣輥鍛模。旋轉(zhuǎn)成型工具證明更容易對(duì)回彈補(bǔ)償量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以及輥鍛模產(chǎn)生的拉伸載荷（額外的拉伸量）。

成型速度，能量，熱量以及潤(rùn)滑條件

AHSS鋼在拉伸試驗(yàn)隨成型速度為10 in./in./sec.開(kāi)始每增加十倍，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度只是增加很少的2到3ksi。這個(gè)壓力的增加比AKDQ鋼的增加要少。對(duì)于相同的成型速度，加工硬化指數(shù)保持常數(shù)。

然而隨著擠壓速度從每分鐘12次增加到16次時(shí)，材料強(qiáng)度的增長(zhǎng)幾乎是可以忽略的，但零件數(shù)量，大量的能量和伴隨熱量增加達(dá)到了33％。當(dāng)改變鋼的類型從而改變強(qiáng)度是，越高強(qiáng)度的鋼需要越大的力，這就導(dǎo)致了產(chǎn)生更多的能量和熱量。這種熱量的增加會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑劑粘結(jié)甚至引起潤(rùn)滑劑的失效。

壓力機(jī)噸位和能量

一個(gè)明顯需要關(guān)心的問(wèn)題是擠壓機(jī)在擠壓AHSS時(shí)能達(dá)到的最大力。但是最初的擔(dān)心是，在實(shí)施擠壓過(guò)程時(shí)所能達(dá)到的擠壓能量并不確定并且需要壓力機(jī)一直不停的運(yùn)轉(zhuǎn)。壓力機(jī)的噸位和能量并相同。

壓力機(jī)噸位的等級(jí)是顯示了壓力機(jī)所能施加的最大壓力，這個(gè)力可以在不破壞它的框架結(jié)構(gòu)，滑塊組織，連接桿以及主齒輪襯套的結(jié)構(gòu)下施加。計(jì)算噸位需要做的功（W）是作用力（f）與它工作距離（d）的乘積：W = f x d。

壓力機(jī)的能量等級(jí)取決于所應(yīng)用的壓力機(jī)的載荷及施加的這個(gè)載荷所走過(guò)的距離。例如拉深HSLA，用200 tons的拉力走過(guò)3 in.的距離。這個(gè)過(guò)程需要600 in.tons的能量。成型AHSS則需要500 tons的力同樣走過(guò)3 in.的距離，則需花費(fèi)1500in.tons的能量。

因?yàn)槊恳淮问┘訅毫Φ倪^(guò)程當(dāng)中都要消耗能量，而且這些能量一定會(huì)被取代，關(guān)鍵的注意力應(yīng)該集中在主要的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)（馬力）的尺寸和飛輪的角速度上，尤其是在AHSS的應(yīng)用上。飛輪上聚集的能量的數(shù)量依賴于它的質(zhì)量和角速度—儲(chǔ)存的能量隨速度的平方而變化。因此，當(dāng)壓力機(jī)以全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，飛輪中可以儲(chǔ)存很大數(shù)量的能量。隨著壓力機(jī)速度的減小，儲(chǔ)存的能量也會(huì)變少。這一點(diǎn)在實(shí)際中非常重要，因?yàn)楹芏嗄汗?huì)減小壓力機(jī)的運(yùn)行速度來(lái)較少成型AHSS時(shí)產(chǎn)生的附加熱。但是，在這樣較低的速度下，飛輪的尺寸成為產(chǎn)生所要求的壓力機(jī)能量的限制因素。我們建議通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)模擬成型過(guò)程，從而評(píng)估沖壓AHSS時(shí)的壓力和能量要求。

最近，歸因于一種伺服壓力機(jī)的出現(xiàn)，用其來(lái)決定壓力機(jī)的壓力和能量要求—這是這個(gè)月的模具設(shè)計(jì)柱的研究主題，從42頁(yè)開(kāi)始。

先進(jìn)高強(qiáng)鋼（AHSS）的其他資料

對(duì)于AHSS以及它與HSLA之間的關(guān)系的一個(gè)重要參考是AHSS應(yīng)用指南—2009.06,4.1版。它可以在004km.cn網(wǎng)站免費(fèi)下載。

另外，在Detroit,MI，2011.06.22—23號(hào)，由PMA組織將主持的斯圖爾特—?jiǎng)P樂(lè)和彼得參加的為期連續(xù)兩天的研討會(huì)。這個(gè)研討會(huì)獎(jiǎng)講述高強(qiáng)鋼的加工過(guò)程以及沖壓高強(qiáng)鋼所用模具的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程。更多資料請(qǐng)進(jìn)入004km.cn。

第四篇：適用于冷沖壓成形的超高強(qiáng)鋼性能分析~

適用于冷沖壓成形的超高強(qiáng)鋼性能分析~

車身用鋼的發(fā)展趨勢(shì)隨著汽車市場(chǎng)對(duì)節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適等要求的提高，汽車車身輕量化成為當(dāng)今汽車技術(shù)發(fā)展的重要發(fā)展方向。由于高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼在減輕車身重量的同時(shí)，還能提高汽車車身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及能量吸收能力，因此高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼在汽車上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。截至目前為止，高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼仍然是最經(jīng)濟(jì)、最有效的輕量化途徑之一。典型的超高強(qiáng)鋼應(yīng)用零件有前、后門左/右防撞桿（梁），前、后保險(xiǎn)杠，A柱加強(qiáng)板，B柱加強(qiáng)板，C柱加強(qiáng)板，下邊板，地板中通道及車頂加強(qiáng)梁等各種結(jié)構(gòu)件。高強(qiáng)鋼有不同的定義分類方法。⑴按屈服強(qiáng)度分類：將屈服強(qiáng)度在210～550MPa范圍內(nèi)的鋼定義為高強(qiáng)鋼（HSS，High Strength Steel），屈服強(qiáng)度在550MPa以上的鋼定義為超高強(qiáng)鋼（UHSS，Ultra High Strength Steel）；⑵按抗拉強(qiáng)度分類：抗拉強(qiáng)度在340～780MPa范圍內(nèi)的鋼定義為高強(qiáng)鋼（HSS），抗拉強(qiáng)度在780MPa以上的鋼定義為超高強(qiáng)鋼（UHSS）；⑶按照強(qiáng)化機(jī)理分類：分為傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼和先進(jìn)高強(qiáng)鋼板，先進(jìn)高強(qiáng)鋼（AHSS，Advanced High Strength Steel）是指通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚳刂其摰娘@微組織以得到高強(qiáng)度、高塑性；⑷按其發(fā)展歷程分類：第一代、第二代和第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼，如圖1所示。圖1 高強(qiáng)鋼的發(fā)展和劃分除了鋼鐵材料之外，鋁合金、鎂合金、工程塑料、碳纖維及其他輕質(zhì)材料也加大了在汽車車身上應(yīng)用研究的力度。曾有人對(duì)2030年時(shí)車身的輕量化方案做了預(yù)測(cè)，不同的輕量化方案下對(duì)應(yīng)著不同的車身用材結(jié)構(gòu)，如圖2所示。不管是哪一種方案，現(xiàn)行車身上用量較大的軟鋼（抗拉強(qiáng)度340MPa以下）和高強(qiáng)鋼（抗拉強(qiáng)度780MPa以下），都將大幅度減少，而超高強(qiáng)鋼（抗拉強(qiáng)度在780MPa及以上）的用量將大幅度增加。圖2 2030年時(shí)不同輕量化目標(biāo)下的車身用材結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)超高強(qiáng)鋼冷沖壓成形面臨的挑戰(zhàn)在超高強(qiáng)鋼產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上，國(guó)內(nèi)外鋼廠都進(jìn)行了大量的工作，日本新日鐵、JFE、神戶制鋼、韓國(guó)浦項(xiàng)和瑞典SSAB等鋼鐵公司已開(kāi)發(fā)出各自的超高強(qiáng)鋼產(chǎn)品并在汽車行業(yè)得到應(yīng)用。近年來(lái)，第一代先進(jìn)高強(qiáng)鋼不斷刷新“強(qiáng)度”記錄，如1200MPa級(jí)別的雙相鋼（DP鋼：Dual-PhaseSteel）、1500MPa級(jí)別的馬氏體鋼等相繼實(shí)現(xiàn)了批量化生產(chǎn)和供應(yīng)。鋼板的可成形性能（延伸率）一般隨著強(qiáng)度的提高而降低。以第一代高強(qiáng)鋼為例，強(qiáng)塑積（強(qiáng)度×延伸率）一般在15GPa%以下，例如：980MPa級(jí)的雙相鋼延伸率為7%～15%，1200MPa以上馬氏體鋼的延伸率只有3%～8%。這么低的延伸率，給冷沖壓成形帶來(lái)了極高的難度和挑戰(zhàn)。高強(qiáng)鋼在國(guó)外剛剛開(kāi)始大批量應(yīng)用的時(shí)候，曾遇到過(guò)很多問(wèn)題。其中，有一個(gè)普遍的問(wèn)題是零件可成形范圍較窄和性能不穩(wěn)定。這是因?yàn)楦邚?qiáng)鋼，尤其是先進(jìn)高強(qiáng)鋼通過(guò)控制相組織得到高強(qiáng)度的這種強(qiáng)化機(jī)理，導(dǎo)致了高強(qiáng)鋼的性能波動(dòng)范圍在先天上就比傳統(tǒng)的軟鋼要大。還有一個(gè)問(wèn)題，就是高強(qiáng)鋼板表面易拉毛和模具易磨損，這也會(huì)帶來(lái)模具維修費(fèi)用及零件返修工作量的增加，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。隨著國(guó)內(nèi)汽車車身輕量化的持續(xù)進(jìn)行，超高強(qiáng)鋼在國(guó)產(chǎn)汽車上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。寶鋼近年來(lái)的超高強(qiáng)鋼銷售量也說(shuō)明了這一點(diǎn)。特別是寶鋼超高強(qiáng)鋼專用生產(chǎn)線于2009年4月投產(chǎn)以后，冷軋超高強(qiáng)鋼的銷量迅速攀升，從2008年的不到3000t到2013年的86000t，短短的5年時(shí)間，增長(zhǎng)了幾十倍。近兩年來(lái)，我們對(duì)冷軋超高強(qiáng)鋼在冷沖壓成形過(guò)程中發(fā)生的主要問(wèn)題也進(jìn)行了市場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)主要集中在以下幾個(gè)方面：開(kāi)裂、回彈及尺寸超差、邊部開(kāi)裂、起皺、表面拉毛、毛刺等。然而，由于冷沖壓成形所特有的高效率、低能耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)，且有著近百年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，生產(chǎn)組織等相對(duì)較易進(jìn)行，因此人們對(duì)于冷沖壓成形仍然情有獨(dú)鐘，也因此，對(duì)于可適用于冷沖壓方式進(jìn)行加工的超高強(qiáng)度鋼板的開(kāi)發(fā)一直有著較高的期待。第二代高強(qiáng)鋼,典型代表為孿生誘發(fā)塑性鋼（TWIP鋼：Twinning Induced Plasticity Steel）,是以添加Mn等合金元素來(lái)提升強(qiáng)度，形成大量的鐵素體相來(lái)提升延伸率的。然而，大量合金元素的添加，導(dǎo)致了較高的生產(chǎn)成本，且因極高的碳當(dāng)量而導(dǎo)致焊接困難，因此，第二代高強(qiáng)鋼雖然在較早的時(shí)期就開(kāi)發(fā)成功，但卻尚未得到廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，世界各國(guó)研究機(jī)構(gòu)、鋼鐵企業(yè)對(duì)第三代超高強(qiáng)鋼的研發(fā)熱情空前高漲，尤其是寶鋼率先實(shí)現(xiàn)了第三代超高強(qiáng)鋼品種中的淬火延性鋼（QP鋼：Quenching and Partition Steel）的工業(yè)化生產(chǎn)，并在汽車零件上實(shí)現(xiàn)了成功應(yīng)用，對(duì)鋼鐵業(yè)界和汽車業(yè)界的影響都極大，也為采用冷沖壓方式進(jìn)行超高強(qiáng)鋼的成形加工注入了活力。超高強(qiáng)鋼冷沖壓成形面臨的機(jī)遇材料開(kāi)發(fā)寶鋼對(duì)超高強(qiáng)鋼的研究始于2005年，從工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品研制到汽車用戶使用技術(shù)研究完全依靠自身力量，并研究出超高強(qiáng)鋼核心生產(chǎn)裝備技術(shù)，成為我國(guó)首家擁有冷軋超高強(qiáng)鋼生產(chǎn)技術(shù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的企業(yè)，為自主集成建設(shè)高強(qiáng)鋼專用生產(chǎn)線奠定了基礎(chǔ)。年產(chǎn)量20萬(wàn)噸的高強(qiáng)鋼專用生產(chǎn)線于2009年4月建成投產(chǎn)，主要生產(chǎn)冷軋及熱鍍純鋅的高強(qiáng)鋼及超高強(qiáng)鋼，并生產(chǎn)出最高抗拉強(qiáng)度為1500MPa級(jí)別的冷軋馬氏體鋼。2010年全球率先實(shí)現(xiàn)了首個(gè)第三代高強(qiáng)鋼—980MPa級(jí)QP鋼的工業(yè)化試制，并于2012年通過(guò)汽車廠材料認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)了在汽車上的批量化應(yīng)用。2013年全球首發(fā)第三代熱鍍鋅QP980，2014年全球首發(fā)1180MPa級(jí)的冷軋QP鋼。目前，寶鋼已成為世界上唯一能夠同時(shí)批量生產(chǎn)第一代、第二代及第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼的鋼鐵企業(yè)，實(shí)現(xiàn)了超高強(qiáng)鋼產(chǎn)品在世界范圍內(nèi)的領(lǐng)先地位。2009年在科技部973項(xiàng)目的大力支持下，太鋼集團(tuán)與中國(guó)鋼研科技集團(tuán)公司合作，成功開(kāi)發(fā)出第三代汽車鋼熱軋板卷和冷軋板，該產(chǎn)品強(qiáng)塑積超過(guò)了30GPa%。目前尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。國(guó)際鋼鐵巨頭ArcelorMittal（安賽樂(lè)米塔爾）早在2012年6月開(kāi)始分階段減持在華菱鋼鐵的股份，并將所獲資金用于增持其與華菱鋼鐵合資的汽車板項(xiàng)目的股份。該項(xiàng)目于2014年6月全面建成投產(chǎn)，2015年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。該項(xiàng)目初期年產(chǎn)能150萬(wàn)噸，主要生產(chǎn)特殊高強(qiáng)鋼。2011年9月鞍鋼與日本株式會(huì)社神戶制鋼所簽署了合作意向書(shū)，成立合資公司，建設(shè)一條年產(chǎn)60萬(wàn)噸新型水冷式冷軋連續(xù)退火生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)590MPa以上級(jí)別的雙相冷軋高強(qiáng)汽車用鋼，計(jì)劃于2016年初投產(chǎn)。材料性能冷軋超高強(qiáng)鋼的品種極為豐富，寶鋼已實(shí)現(xiàn)大批量穩(wěn)定生產(chǎn)供應(yīng)的主要有：雙相鋼（DP鋼），DP780、DP980（有冷軋表面CR，有熱鍍純鋅表面GI，也有熱鍍鋅鐵表面GA），DP1180（CR）；相變誘導(dǎo)塑性鋼（TRIP鋼），TR780（CR）；淬火延性鋼（QP鋼），QP980（CR，GI），QP1180（CR）；馬氏體鋼（MS鋼）：MS980（CR），MS1180（CR），MS1300（CR），MS1400（CR），MS1500（CR）。其中，適用于采用冷沖壓成形方式進(jìn)行加工的鋼種主要是DP鋼、TRIP鋼和QP鋼。⑴DP鋼。冷軋雙相鋼微觀組織主要由馬氏體和鐵素體組成，馬氏體組織以島狀彌散分布在鐵素體基體上，馬氏體是硬質(zhì)強(qiáng)化相，鐵素體是軟相，雙相鋼的強(qiáng)度隨著馬氏體含量的提高而增加，典型微觀金相組織，如圖3所示。圖3 不同強(qiáng)度級(jí)別DP鋼典型微觀組織馬氏體和鐵素體復(fù)合的雙相組織使其具有一定的強(qiáng)度和良好的成形性。DP鋼的主要力學(xué)性能特點(diǎn)為：連續(xù)屈服，應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈光滑的拱形，無(wú)屈服點(diǎn)延伸。這就避免成形零件表面起皺，從而不需要附加的精整工序；高的加工硬化速率，尤其是初始的加工硬化速率，只需5％以下的應(yīng)變，就可使雙相鋼的流變應(yīng)力達(dá)到500～550MPa；無(wú)屈服延伸，無(wú)室溫時(shí)效；烘烤硬化值35～80MPa；低屈強(qiáng)比0.5～0.65。由于DP鋼具有良好的強(qiáng)度和成形性能，可以廣泛應(yīng)用于如A柱、B柱、門檻加強(qiáng)板、車門防撞桿等各種車身安全件、結(jié)構(gòu)件，也可推廣應(yīng)用到外板件零件。不同強(qiáng)度級(jí)別DP鋼典型準(zhǔn)靜態(tài)拉伸曲線，如圖4所示?？梢钥闯龈骷?jí)別雙相鋼均表現(xiàn)出連續(xù)屈服，較高的初始加工硬化，較長(zhǎng)的均勻延伸區(qū)間。高的初始加工硬化使雙相鋼發(fā)生塑性變形后，變形抗力迅速上升至較高水平，并維持在較寬的均勻應(yīng)變區(qū)間，延遲了塑性頸縮的發(fā)生。圖4 不同強(qiáng)度級(jí)別DP鋼典型準(zhǔn)靜態(tài)拉伸曲線⑵TRIP鋼。相變誘導(dǎo)塑性鋼（TRIP鋼）的組織為鐵素體＋貝氏體＋殘余奧氏體。典型微觀金相組織，如圖5所示。殘余奧氏體的含量在7%～15%之間。在沖壓成形時(shí)，TRIP鋼中的殘余奧氏體會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛驳鸟R氏體，有利于均勻變形,實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度和塑性較好的統(tǒng)一，較好地解決了強(qiáng)度和塑性矛盾。TRIP鋼典型準(zhǔn)靜態(tài)拉伸曲線，如圖6所示。圖5 TRIP鋼典型金相組織圖6 TRIP鋼典型準(zhǔn)靜態(tài)拉伸曲線加工硬化指數(shù)n值是決定板料成形時(shí)最大允許延伸的重要參數(shù)。在相同板厚的情況下，最終n值決定了板料成形極限的高度。n值的大小實(shí)際上反映了板材均勻地分配應(yīng)變的能力。變形過(guò)程中n值越高，應(yīng)變梯度越小，材料抵抗局部變薄的能力越強(qiáng)。與DP鋼相比，TRIP鋼在成形發(fā)生大的應(yīng)變時(shí)，能產(chǎn)生新的馬氏體島，這些新的馬氏體島能維持較高的瞬時(shí)n值，如圖7所示。由于TRIP鋼的加工硬化指數(shù)在很長(zhǎng)的應(yīng)變范圍內(nèi)仍保持較高，特別適合要求具有高脹形的成形方式。圖7 TRIP和DP鋼瞬時(shí)n值曲線對(duì)比然而，TRIP鋼中殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變，與應(yīng)變路徑、應(yīng)變量大小有關(guān)，如圖12所示。即：不同形狀的零件，不同的成形特征，或者是不同的成形工序設(shè)計(jì)，都會(huì)誘發(fā)出完全不同的TRIP塑性。這就要求車身設(shè)計(jì)工程師、模具設(shè)計(jì)工程師十分了解TRIP鋼的變形特性，從而能夠充分利用這一特性。此外，TRIP鋼中的貝氏體相是鋼過(guò)冷奧氏體的中溫(350～550℃)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，轉(zhuǎn)變溫度介于珠光體轉(zhuǎn)變與馬氏體轉(zhuǎn)變之間，實(shí)際生產(chǎn)中較為難以控制。正是由于TRIP鋼的這種貝氏體相控制困難及對(duì)零件和模具設(shè)計(jì)的較高要求，使其雖然具有高碰撞吸收性能、高強(qiáng)塑積、高n值、成形性好等特點(diǎn)，也仍然難以獲得像DP鋼這樣的廣泛應(yīng)用。⑶QP鋼。淬火延性鋼（QP鋼）的組織是鋼在奧氏體化后快速淬火獲得馬氏體＋奧氏體的混合組織，隨后加熱至配分溫度進(jìn)行碳的配分。配分處理后，碳由馬氏體擴(kuò)散至未轉(zhuǎn)變奧氏體，使奧氏體富碳并穩(wěn)定化，如圖8所示。穩(wěn)定化的奧氏體在隨后的冷卻過(guò)程中可保留下來(lái)，最終形成鐵素體+馬氏體+少量殘余奧氏體組織，如圖9所示。圖8 QP鋼的碳的配分原理示意圖圖9 QP鋼典型金相組織QP鋼典型準(zhǔn)靜態(tài)拉伸曲線，如圖10所示。QP鋼具有超高強(qiáng)度和較高的延伸率，良好的強(qiáng)塑積特別適合外形相對(duì)復(fù)雜、強(qiáng)度要求相對(duì)高的沖壓件。圖10 QP鋼典型應(yīng)力應(yīng)變曲線與DP鋼相比，除了具備DP鋼的優(yōu)點(diǎn)之外，由于QP鋼穩(wěn)定化殘余奧氏體的存在，使得QP鋼具有比DP鋼更好的成形性能，如圖10所示，同樣是980MPa級(jí)別，QP鋼的延伸率遠(yuǎn)大于DP鋼，其均勻延伸率甚至優(yōu)于強(qiáng)度較低的DP780。與TRIP鋼相比，QP鋼的馬氏體相較之TRIP鋼的貝氏體相更容易控制并且具有更高的強(qiáng)度。典型應(yīng)用案例某車型前圍橫梁，批量生產(chǎn)中一直采用DP590GI沖壓。在同一套模具上，在相同的工藝條件下，采用QP980進(jìn)行試沖，可完成拉延成形，如圖11所示。圖11中下方零件為采用DP590GI進(jìn)行批量生產(chǎn)的拉延件，上方零件為采用QP980試沖的拉延件。圖11 QP980與DP590的實(shí)沖對(duì)比某車型B柱加強(qiáng)板，采用寶鋼QP980進(jìn)行了試沖。采用網(wǎng)格應(yīng)變分析（CGA）技術(shù)對(duì)零件上各區(qū)域的應(yīng)變進(jìn)行了分析，試驗(yàn)結(jié)果表明各區(qū)域的安全裕度及減薄率均滿足要求。通過(guò)各種材料和零件認(rèn)證試驗(yàn)后，該B柱加強(qiáng)板已實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化批量生產(chǎn)。結(jié)束語(yǔ)隨著汽車輕量化的深入進(jìn)行，高強(qiáng)鋼尤其是超高強(qiáng)鋼將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。作為在高強(qiáng)度下仍然具有高塑性的第三代高強(qiáng)鋼，正逐漸獲得各鋼鐵公司、汽車廠的青睞。足夠的塑性，使得超高強(qiáng)鋼的冷沖壓成形成為可能。因此，隨著新一代高強(qiáng)鋼的不斷開(kāi)發(fā)，冷沖壓成形將有可能成為超高強(qiáng)鋼的主要加工方式。

第五篇：五金沖壓件技術(shù)及加工

沖壓技術(shù)及加工技術(shù)

沖壓技術(shù)指：

利用沖壓模具在壓力設(shè)備上對(duì)材料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件的一種壓力加工方法。由于沖壓過(guò)程通常是在常溫下完成的，同時(shí)被沖壓的材料通常都是板料;為與其它金屬加工方法進(jìn)行區(qū)分，也把沖壓加工過(guò)程稱之為冷沖壓或板料成形加工。

沖壓技術(shù)分類：

由于沖壓工藝具有突出的優(yōu)點(diǎn)，因此在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。例如，航空航天、機(jī)械、電子信息、交通、兵器、日用電器及輕一等產(chǎn)業(yè)都應(yīng)用沖壓加工。沖壓可制造鐘表及儀器的小零件，也可制造汽車、拖拉機(jī)的大型覆蓋件。沖壓材料可使用黑色金屬、有色金屬以及某些非金屬材料。生產(chǎn)中為滿足沖壓獲零件形狀、尺寸、精度、批量.原材料性能等方面的要求，采用多種多樣的沖壓加工方法。

沖壓工藝及發(fā)展方向：

在沖壓加工中，將材料(金屬或非金屬)加工成零件(或半成品)的特殊工藝裝備，稱為沖壓模具(簡(jiǎn)稱沖模)。沖模在實(shí)現(xiàn)沖壓加工中是必不可少的工藝裝備，與沖壓件是“一模一樣“的關(guān)系，若沒(méi)有符合要求的沖模，就不能生產(chǎn)出合格的沖壓件;沒(méi)有先進(jìn)的沖模，先進(jìn) 的沖壓成型工藝就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

與機(jī)械加工及塑性加工的方法相比，沖壓加工無(wú)論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在:

(1)沖壓加工的生產(chǎn)效率高，且操作方便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化。這是因?yàn)闆_壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來(lái)完成加工，普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘幾十次，高速壓力機(jī)每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至上千次，而且每次沖壓行程都能得到一個(gè)或多個(gè)沖件。

(2)沖壓時(shí)模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度，一般不破壞沖壓材料的表面質(zhì)量，而且模具的壽命一般較長(zhǎng)，所以沖壓件的質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，具有“一模一樣，的特征。

(3)沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件，如小到鐘農(nóng)的秒針，大到汽車縱梁、覆蓋件等，加上沖壓時(shí)材料的冷變形硬化效應(yīng)，沖壓件的強(qiáng)度和剛度均較高。

(4)沖壓一般沒(méi)有切屑碎料生成，材料的消耗較少，且不需其他加熱設(shè)備，因而是一種省料、節(jié)能的加工方法。

(5)沖壓件的成本較低。

但是，沖壓加工所使用的摸具一般具有專用性，有時(shí)一個(gè)復(fù)雜零件需要數(shù)套模具才能加工成型，且模具制造的精度高，技術(shù)要求高，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。所以，只有在沖壓件生產(chǎn)批最較大的情況下，沖壓加工的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

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