22MnB5热成形钢初始组织的影响分析及Al-Si镀层演化规律研究

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高强钢的热冲压成形技术是当前汽车制造业的重点技术。热冲压成形技术符合汽车轻量化的发展方向并能提高汽车安全性能。热冲压成形用高强钢中应用比较广泛的钢种是含硼钢,其中以22MnB5钢为代表。在热冲压成形的工艺过程中,高强钢板材会被加热到奥氏体化温度区间内,并在带有水冷系统的冲压模具中冲压成形。在此过程中,高强钢的组织由铁素体和珠光体组织转变为全马氏体组织,自身强度得到大大提升,达到高强度的目的。在热冲压成形过程中板料会被加热至较高温度,造成板料的氧化脱碳现象。为了防止板料的氧化脱碳,各种镀层技术也被开发出来。其中,Al-Si镀层技术是应用最为广泛的镀层技术之一。Ai-Si镀层具有优秀的耐高温氧化和耐腐蚀性能,它可以防止钢板表面的氧化和脱碳,并提升板材的耐蚀性。但是Al-Si镀层也有其缺陷的一面,由于Al-Si镀层的熔点较低,在加热过程中易发生液化导致镀层成分残留于加热炉中的传动辊上,对生产造成不良影响。本文对22MnB5热冲压成形用钢基本性能进行研究,并针对Al-Si镀层的这一缺陷问题,着重分析Al-Si在加热过程中的组织演化过程,为生产现场提供技术基础。本文研究包括22MnB5的初始组织对热冲压性能的影响以及其镀层的组织演化两方面。论文主要研究成果如下:(1)利用实验钢以及对于实验钢的热处理,得到不同组织状态下的22MnB5热冲压成形钢。分析了不同的初始组织对热冲压工艺后的组织性能影响。其中,罩式退火后得到的球化珠光体的22MnB5板材的热冲压成形性能较差。(2)研究了 Al-Si镀层在热冲压工艺前后的镀层结构。热冲压前的Al-Si镀层组成为表面层(氧化层)、外层(Al层)、金属间化结合物层(Fe2SiAl7相)、内层(Fe2A15与FeAl3两相);热冲压后的Al-Si镀层组成为表面层(氧化层)、中间层(FeA12相)、合金化合物层(Fe2SiA12相)扩散层(Fe(Al、Si)相)。(3)研究了 Al-Si镀层在加热过程中的组织演化过程。镀层的演化过程为随着温度的升高以及保温时间的延长,Al-Si镀层与硼钢基体之间的扩散程度不断提升;由热浸镀后的镀层状态为起始点,合金相层不断向Al层推进,直至占据镀层全部范围,随后连续的富硅相在镀层中部形成,与硼钢基体相邻的扩散层产生并不断变厚,孔隙也在镀层的各层产生,逐步形成了热冲压后的镀层分层布局。(4)分析了 Al-Si镀层板在实际生产过程中的镀层液化污染传动辊的问题。陶瓷传动辊受污染原因为Al-Si镀层在加热过程合金化不充分导致镀层液化;陶瓷辊本身为Si元素和O元素组成的陶瓷,受污染部位为Al元素的氧化物;探索了减轻传动辊污染现象的加热工艺,提出在加热初期采取先快速加热提高元素间扩散,再降速升温,保证扩散进行并减轻镀层融化的加热工艺,以减轻镀层液化现象。
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