高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车用先进高强钢领域，具体为一种高强塑积汽车零件热冲压碳配分(Hot Stamping-Dynamic Partit1ning, HS-DP) 一体化工艺。
【背景技术】
[0002]采用先进高强度钢是汽车轻量化的重要手段之一，目前先进高强钢(如:硼钢22MnB5)常采用热冲压工艺，其工艺原理是将工件奥氏体化后迅速转移到模具中，进行冲压、保压淬火过程，在>30°C /s的冷速条件下获得淬火马氏体组织，抗拉强度在1500MPa，塑性仅为6%左右，强塑积在9000MPa.%左右。
[0003]Q&P(Quenching&Partit1ning)钢是一种具有高强度与一定塑性的低碳马氏体钢，具有较高的强塑积(不小于20000MPa.% )。Q&P工艺最先由J.Speer等在2003年的Acta Materialia(材料学报)上发表的“carbon partit1ning into austenite aftermartensite transformat1n”(碳在马氏体相变后向奥氏体中的配分)一文中提出，在研宄 Fe-Mn-Si 基 TRIP (Transformat1n Induced Plasticity)钢时，发现过淬火后，在介于马氏体转变开始温度(Ms)与马氏体转变结束温度(Mf)等温一定时间，可使马氏体基体中的碳扩散至残余奥氏体中，使未转变的奥氏体因富碳而稳定，最终获得马氏体与残余奥氏体组成的复相组织。与TRIP钢和回火马氏体钢相比较，Q&P钢强度较高，残余奥氏体含量高，塑性较好，综合性能更为优异。
[0004]虽然目前已经开发了基于Q&P的热冲压集成工艺，但是很难与工业上的热冲压生产过程兼容，主要原因是由于其碳配分过程需要一个独立的等温过程，需要增加更多设备及能量的消耗。而且，由于要求转移至配分设备的时间较短，通常在几秒之内，这增加了工艺的实现难度，因而使其应用受到了极大限制。
【发明内容】
[0005]针对基于Q&P的热冲压集成工艺存在的不足，本发明提供一种高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺，其处理后的零件，具有传统Q&P钢相同的板条马氏体+残余奥氏体的复相组织和优异的综合力学性能，值得一提的是其碳配分是在淬火过程中伴随着马氏体的形成动态(dynamic partit1ning)完成的，解决了基于Q&P的热冲压集成工艺的碳配分需要单独等温处理设备、快速转移至配分设备使工艺实现难度增加或者需要冲压后模内长时间保温等问题。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]一种高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺，该工艺为动态碳配分工艺和热冲压工艺的集成工艺，具体步骤如下:
[0008](I)备料:根据零件尺寸要求切割板料；
[0009](2)加热:将板料放入加热炉，抽真空，以5?15°C /s的加热速度将板料加热到奥氏体化温度Ara+30°C?50°C，保温5min?20min，使板料奥氏体均匀化；
[0010](3)热冲压成形与碳配分:将完全奥氏体化的板料快速转移至热冲压模具上，通过热冲压使得板料成形，模内淬火后出模冷却至室温；在冷却同时完成碳配分过程，稳定残余奥氏体，最终获得具有马氏体与稳定残余奥氏体复相组织的热冲压零件；
[0011](4)去除氧化皮:通过抛丸或酸洗处理去除成形零件的氧化皮。
[0012]所述的高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺，马氏体转变开始温度Ms^ 300 °C，马氏体转变终了温度MfS 250 °C。
[0013]所述的高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺，热冲压过程在压力机上进行，与热冲压生产过程一致。
[0014]所述的高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺，奥氏体化温度为850?950°C，奥氏体化时间5?20min，其在马氏体开始转变温度以下的温度区间，平均冷却速度控制在不大于20°C /s。
[0015]所述的高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺，步骤(3)中，出模温度在Ms和Mf之间，出模后以彡5°C /s的速度冷却至室温。
[0016]所述的高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺，高强塑积汽车零件的性能指标是:抗拉强度为1300?1700MPa，延伸率为10?16%，强塑积彡20000MPa.%。
[0017]本发明的设计思想是:
[0018]本发明将钢板加热至完全奥氏体化，而后立即转移至热冲压设备上进行冲压成形、模内淬火，出炉后以一定冷速冷至室温，在冷却过程中实现碳配分，从而稳定残余奥氏体，最终获得具有马氏体与稳定残余奥氏体复相组织的热冲压零件。本发明在保持传统基于Q&P工艺的热冲压集成工艺优点的基础上，克服了其需要独立等温配分设备或需要模内长时间保温的缺点，提高了生产效率，从而节省能耗。所得零件具有高强度的同时，兼具较高的延伸率，增加了零件的强塑积，从而提升零件的防撞安全性能。
[0019]本发明的优点及有益效果是:
[0020]1、本发明提供的高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺特性使其能够与现有的常规热冲压设备相适应；成形零件强塑积超过传统22MnB5热冲压件一倍以上，零件性能良好，大幅度提高汽车的安全性；可以替代目前大量使用的22MnB5钢的热成形工艺，有望成为下一代汽车热冲压工艺。
[0021]2、本发明保留了基于Q&P的热成形集成工艺的优点，克服了其需要独立等温配分设备、转移速度要求快或模具需预热、模内长时间保温的缺点，可以完全兼容现行热冲压生产工艺，不需增加有关设备，极大地扩展了应用范围。
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例1?3的HS-DP工艺的XRD图。
【具体实施方式】
[0023]在【具体实施方式】中，本发明高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺，采用动态碳配分(Dynamic Partit1ning)工艺和热冲压(Hot Stamping)工艺的集成工艺，具体步骤如下:
[0024](I)备料:根据零件尺寸要求切割板料；
[0025](2)加热:将板料放入加热炉，抽真空，以5?15°C /s的加热速度将板料加热到Ac3+30°C?50°C，保温5min?20min，使板料奥氏体均匀化；
[0026](3)热冲压成形与碳配分:将完全奥氏体化的板料快速转移至热冲压模具上进行进行冲压成形和模内淬火，之后出模以一定速度((5°C /s，一般为