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高強(qiáng)鋼熱成形技術(shù)工藝的特點(diǎn)優(yōu)勢與機(jī)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(diǎn)。減輕汽車重量可以節(jié)約能源和減少排放，而采用高強(qiáng)鋼熱成形技術(shù)是達(dá)到輕量化目的的基本途徑之一。熱成形技術(shù)是將傳統(tǒng)冷沖壓技術(shù)與熱處理技術(shù)相結(jié)合的新制造技術(shù)，是同時實現(xiàn)汽車車身輕量化和提高碰撞安全性的新技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)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(shù)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(shè)計出既安全又節(jié)能的車身，是汽車設(shè)計及制造業(yè)一直追求的目標(biāo)。近年來，為了減輕車身重量，一些新的高強(qiáng)度鋼板開始被不斷地應(yīng)用到汽車制造當(dāng)中。這些新材料強(qiáng)度高、性能優(yōu)越，但它們有一個共同的特點(diǎn)，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(yán)重且成形困難，尤其是當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到1500MPa時，常規(guī)的冷成形工藝幾乎無法進(jìn)行。這導(dǎo)致原有的冷沖壓成形工藝不能完全滿足技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展的需要，因而新的技術(shù)——熱成形技術(shù)誕生了。
  熱成形技術(shù)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(qiáng)度迅速下降的特點(diǎn)，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(jié)晶溫度以上的某個適當(dāng)溫度，為的是使板料在奧氏體狀態(tài)時進(jìn)行成形，降低板料成形時的流動應(yīng)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(qiáng)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(qiáng)鋼生產(chǎn)的汽車零件可以使同等強(qiáng)度、剛度的零件減重30%以上。

二、熱成形技術(shù)的應(yīng)用

  目前熱成形技術(shù)在各汽車公司的應(yīng)用越來越普遍，使用的零件數(shù)量也越來越多。以國產(chǎn)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(dá)到36kg，達(dá)到車身結(jié)構(gòu)件總重10%以上。
  國內(nèi)其他主流車型也大量使用了熱成形技術(shù)，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(dá)到了10%以上。

三、熱成形工藝

  將熱成形板料（屈服強(qiáng)度約400MPa，抗拉強(qiáng)度約600MPa，延伸率約25%）先放入加熱爐中加熱，當(dāng)板料的溫度達(dá)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(jīng)過感應(yīng)淬火、保壓，零件可獲得非常高的機(jī)械性能（屈服強(qiáng)度大于950MPa，抗拉強(qiáng)度Rm大于1300MPa，延伸率大于6%），終成品組織為100%馬氏體。
  根據(jù)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(hù)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(hù)氣體，成形后也不需要進(jìn)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(bǔ)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(chǎn)汽車制造公司新平臺車型上都已逐漸采用，根據(jù)不同的類型，輕量化結(jié)果對比。不同的熱成形方案對應(yīng)的材料、成本各有差異，需根據(jù)車型需要選擇合適的方案。

五、熱成形技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)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(shù)能顯著提高材料的抗拉強(qiáng)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(shù)板料的延伸率能達(dá)到35%以上，可以成形較為復(fù)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(nèi)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(shù)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(chǎn)效率。
  7. 設(shè)備要求低：因熱成形板材加熱后，其屈服強(qiáng)度很低，因此對壓機(jī)噸位要求不高，相比冷成形，壓機(jī)噸位更低。

六、熱成形件機(jī)械性能無損測量技術(shù)

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

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