专利名称：一种金属复合板材的热成形方法
技术领域：
本发明涉及一种金属板材的成形方法，特别是一种金属复合板材的热成形方法。
背景技术：
高强度钢板热成形技术也称作热冲压技术，越来越受到工业界的关注。热成形工艺的技术优势是能够成形强度高达1500MPa的复杂承载零部件；高温下，材料塑性、成形性好，能一次成形复杂的冲压件；高温下成形能消除回弹影响，零件精度高，成形质量好。在普通钢板热成形工艺中，板材在加热炉里加热850-950°C，并保温几分钟使板材充分奥氏体化，随后将红热的板材送入有冷却系统的模具内冲压成形，同时被具有快速均勻冷却系统的模具冷却淬火，钢板组织由奥氏体转变成均勻的马氏体组织，从而得到超高强度比的零部件。上述方法可以得到超高强度马氏体材料，但不能得到沿长度方向材料性质呈连续梯度分布的金属复合板材，而这种材料广泛用于汽车、民用建筑等行业的耐冲击吸能及承载结构部件。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种沿长度方向材料性质呈连续梯度分布的金属复合板材的热成形方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下一种金属复合板材的热成形方法，包括以下步骤A、加热将板材放入具有分段加温功能的数控加热炉内，使板材按长度方向分为 550-650°C、650-750°C、750-85(rC及900-100°C四个温度区域进行加热并保温3分钟；B、冷却成形随后将板材放入具有不同冷却管路分布密度的模具中进行热成形， 所述的模具包括上模具和下模具。本发明所述的冷却管路分布分别安装在上模具和下模具内部，其分布密度上下对称。本发明所述的冷却管路分布越密的部位对应板材温度越高的部位。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果1、本发明通过控制热成形过程中的加热温度及模具冷却管路布局，得到了材料性质沿长度方向呈连续梯度分布的特殊金属复合板材。2、本发明通过金相实验发现得到的金属复合材料微观组织包含马氏体、马氏体与铁素体混合组织及铁素体与珠光体混合组织等，而相应的拉伸实验显示这种热成形金属复合材料的屈服强度可以从300MPa到IOOOMPa连续分布，拉伸强度从480MPa到1600MPa连续分布。3、本发明对由U型金属复合材料组成的帽型薄壁结构的冲击吸能能力分析，发现通过合理安排U型金属复合材料零部件的材料分布，在吸能能力方面比相应的单一热成形材料提高58. 7%，峰值力可以下降23. 4%。4、本发明通过实验及数值模拟分析，证明了全新的热成形金属复合材料加工工艺的可行性，这种金属复合材料特别适合于耐碰撞冲击材料的选材。
本发明共有附图5张，其中图1是U形金属零件热成形模具冷却管路分布图。图2是U形金属零件示意图。图3是U形金属零件A段的工程应力-应变曲线。图4是U形金属零件B段的工程应力-应变曲线。图5是U形金属零件C段的工程应力-应变曲线。图中1、上模具，2、下模具，3、冷却管路，4、板材。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的方法和有益效果进行进一步地描述。如图1-2所示，一种金属复合板材的热成形方法，包括以下步骤A、加热将板材4放入具有分段加温功能的数控加热炉内，使板材4按长度方向分为550-650°C、650-750°C、750-85(rC及900-100°C四个温度区域进行加热并保温3分钟；B、冷却成形随后将板材4放入具有不同冷却管路3分布的模具中进行热成形，所述的模具包括上模具1和下模具2。本发明所述的冷却管路3分布分别安装在上模具1和下模具2内部，其分布密度上下对称。本发明所述的冷却管路3分布越密的部位对应板材4温度越高的部以下通过试验数据对本发明的有益效果进行说明。1、对热成形后的金属复合材料A、B、C部分进行微观组织的金相分析，金相组织显示U型零部件A部分已完全转化为马氏体，说明A部分对应板料已完全奥氏体化并经过足够的冷却；U型金属零部件B部分为马氏体与铁素体的混合组织，说明B部分对应的板料未完全奥氏体化并且冷却速率不足；U型零部件C部分为铁素体与珠光体的混合组织，说明C 部分对应的板料加热未达到奥氏体化温度。U型零部件的微观组织分析说明了部分热成形工艺过程可以通过控制加热温度及模具冷却管路布局，得到材料性质沿长度方向呈连续梯度分布的特殊金属复合材料。2、在U型金属复合材料的A、B、C部分分别取试样进行拉伸实验，实验结果如图3-5 所示。从图中可以看出U型零部件A、B、C三处的材料力学性能与他们的微观组织相对应，屈服强度可以从300MPa到IOOOMPa连续变化，拉伸强度从480MPa到1600MPa连续变化，从而证明通过部分的热成形工艺可以得到材料性质呈连续梯度分布的特殊金属功能复合材料。这种热成形金属复合材料工艺无需粘结、焊接、铆接等连接技术，仅需要一步热成形工艺，这不仅大大提高材料的设计空间而且大大节省了生产成本。
权利要求
1.一种金属复合板材的热成形方法，其特征在于包括以下步骤A、加热将板材⑷放入具有分段加温功能的数控加热炉内，使板材⑷按长度方向分为550-650°C、650-750°C、750-85(rC及900-100°C四个温度区域进行加热并保温(3)分钟；B、冷却成形随后将板材(4)放入具有不同冷却管路C3)分布的模具中进行热成形，所述的模具包括上模具(1)和下模具(2)。
2.根据权利要求1所述的一种金属复合板材的热成形方法，其特征在于所述的冷却管路C3)分布分别安装在上模具(1)和下模具O)内部，其分布密度上下对称。
3.根据权利要求1所述的一种金属复合板材的热成形方法，其特征在于所述的冷却管路( 分布越密的部位对应板材(4)温度越高的部位。
全文摘要
本发明公开了一种金属复合板材的热成形方法，包括以下步骤将板材放入具有分段加温功能的数控加热炉内，使板材按长度方向分为550-650℃、650-750℃、750-850℃及900-100℃四个温度区域进行加热并保温3分钟；随后将板材放入具有不同冷却管路分布的模具中进行热成形，所述的模具包括上模具和下模具；所述的冷却管路分布越密的部位对应板材温度越高的部位。本发明通过控制热成形过程中的加热温度及模具冷却管路布局，得到了材料性质沿长度方向呈连续梯度分布的特殊金属复合板材。这种金属复合材料特别适合于耐碰撞冲击材料的选材。
文档编号B21D22/00GK102389917SQ20111029655
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者胡平, 马宁 申请人:大连理工大学