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高強鋼熱成形技術工藝的特點優(yōu)勢與機械性能測量

  隨著綠色出行概念的普及，節(jié)約資源、減少環(huán)境污染成為汽車工業(yè)界的兩大熱點。減輕汽車重量可以節(jié)約能源和減少排放，而采用高強鋼熱成形技術是達到輕量化目的的基本途徑之一。熱成形技術是將傳統(tǒng)冷沖壓技術與熱處理技術相結合的新制造技術，是同時實現汽車車身輕量化和提高碰撞安全性的新技術，目前已廣泛應用在汽車制造行業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景。

一、汽車輕量化趨勢與熱成形技術的發(fā)展

  新一代汽車的發(fā)展趨勢是節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適，對汽車車身的開發(fā)提出了更高的要求。研究表明：汽車重量每降低15kg，百公里油耗可降低0.25L，每公里減少0.6g的CO²排放。
  但是汽車減重會對汽車安全性帶來影響，如何設計出既安全又節(jié)能的車身，是汽車設計及制造業(yè)一直追求的目標。近年來，為了減輕車身重量，一些新的高強度鋼板開始被不斷地應用到汽車制造當中。這些新材料強度高、性能優(yōu)越，但它們有一個共同的特點，就是在常溫下材料的塑性變形范圍很窄，所需成形力大、易開裂、回彈嚴重且成形困難，尤其是當強度達到1500MPa時，常規(guī)的冷成形工藝幾乎無法進行。這導致原有的冷沖壓成形工藝不能完全滿足技術和生產發(fā)展的需要，因而新的技術——熱成形技術誕生了。
  熱成形技術是利用金屬在高溫狀態(tài)下，其塑性和延展性會迅速增加，屈服強度迅速下降的特點，再用模具使零件成形的工藝。在熱沖壓成形過程中，將坯料加熱到再結晶溫度以上的某個適當溫度，為的是使板料在奧氏體狀態(tài)時進行成形，降低板料成形時的流動應力，從而大大提高板料的成形性。
  將熱成形件用于車身骨架，在保證車身強度和剛度的同時能夠減輕車身重量，并帶來汽車車身的抗撞性能和抗凹性能的提高，由此顯著提高汽車的安全性。有資料顯示，采用高強鋼生產的汽車零件可以使同等強度、剛度的零件減重30%以上。

二、熱成形技術的應用

  目前熱成形技術在各汽車公司的應用越來越普遍，使用的零件數量也越來越多。以國產汽車某新老平臺車型為例，熱成形零件從單一的中立柱發(fā)展到整個駕駛室及乘客艙框架，使用零件總重已達到36kg，達到車身結構件總重10%以上。
  國內其他主流車型也大量使用了熱成形技術，如奧迪A4、寶馬X6、大眾帕薩特等車型，熱成形件的使用比例都達到了10%以上。

三、熱成形工藝

  將熱成形板料（屈服強度約400MPa，抗拉強度約600MPa，延伸率約25%）先放入加熱爐中加熱，當板料的溫度達到奧氏體溫度（大約910～950°C）后，再放在帶冷卻系統(tǒng)的模具中壓制成形，然后經過感應淬火、保壓，零件可獲得非常高的機械性能（屈服強度大于950MPa，抗拉強度Rm大于1300MPa，延伸率大于6%），終成品組織為100%馬氏體。
  根據不同鍍層的熱成形材料，工藝也有所區(qū)別。裸板在加熱爐中加熱時需要采用保護氣體，在成形后需要采用噴丸工藝，去除表面的氧化皮，裸板件還需要涂防銹油處理，而且裸板件成形時會在模具上附上氧化皮，需定期處理。而鍍鋅板在加熱時不需要使用保護氣體，成形后也不需要進行噴丸、防銹處理和模具保養(yǎng)。

四、熱成形件類型

  按照料厚和鍍層的不同，熱成形件大致可以按照以下幾個方面分類。

分類方式	分類一	分類二	分類三	分類四
按料厚分	等厚板	激光拼焊板	不等厚板（TRB）	帶補丁的不等厚板（PATCH）
按鍍層分	Al-Si鍍層	裸板	GA/GI/ZN鍍層

  目前這幾種熱成形件在國產汽車制造公司新平臺車型上都已逐漸采用，根據不同的類型，輕量化結果對比。不同的熱成形方案對應的材料、成本各有差異，需根據車型需要選擇合適的方案。

五、熱成形技術特點和技術優(yōu)勢

  1. 減重節(jié)能：使用熱成形相比冷成形能減輕車身重量，減少油耗。
  2. 提高碰撞性能：因熱成形技術能顯著提高材料的抗拉強度，使車輛碰撞時的防入侵及抗凹性能更好。
  3. 提高成形能力：采用熱成形技術板料的延伸率能達到35%以上，可以成形較為復雜的零件。
  4. 型面回彈小：熱成形零件回彈很小，型面尺寸容易保證。
  5. 材料利用率高：熱成形是一次成形，模具內有定位裝置，毛坯余量可以控制得很小，材料利用率高。
  6. 模具數量少：熱成形只需一套模具，而且還可以一模出多件，能夠大大提高生產效率。
  7. 設備要求低：因熱成形板材加熱后，其屈服強度很低，因此對壓機噸位要求不高，相比冷成形，壓機噸位更低。

六、熱成形件機械性能無損測量技術

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熱成形件的機械性能（抗拉強度Rm、屈服強度Rp0.2、延伸率、鋁硅涂層厚度等）無損測量應用示例

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