本發明屬于高強鋼熱成形領域，更具體地，涉及一種高強鋼熱成形差異化力學性能分布柔性控制方法。

背景技術：

近年來，為了滿足安全性和節能減排(減重)的需要，高強度鋼受到普遍的重視，越來越多地被用來制造車身的重要結構件和安全件。由于強度級別的提高，傳統的冷沖壓成形技術無法克服高強度鋼成形后的回彈和保證汽車零件的尺寸精度。熱成形能利用高強度鋼來生產復雜部件，成形和淬火同時進行，通過相變強化來實現高強度。高強鋼熱沖壓成形后的零件抗拉強度可以達到1500MPa及以上，在節能減重的同時滿足安全性需求，熱成形技術已經成為汽車制造領域的前沿實用技術。

在汽車安全件應用中，零件的力學性能往往需要和車身安全需求相匹配，不同的區域需要不同的強塑性來滿足整體的安全需求，即有些區域需要高強度防侵入，有些區域需要高塑性來吸收碰撞能量。同時，柔性的控制強塑性分布可以降低成形零件切邊及打孔難度，減少昂貴的激光切割設備投入和時間投入。

為滿足力學性能的差異化分布，目前已經有多種技術，如非均一板料，選擇性加熱，選擇性冷卻，選擇性退火等。非均一板料指的是化學成分不同、板厚不同的通過激光拼焊、電阻點焊、鉚釘和螺栓連接的板料，其主要包括拼焊板、差厚板和補丁板三類，其中：拼焊板是利用激光拼焊技術將不等厚板、不同材質的板材焊接在一起得到的非均一板材，該技術存在毛坯加工成本高，焊縫位置難以確定，不適用于涂層板等問題；差厚板技術是在軋制過程中通過調節軋制輥輪的間隙軋制出厚度不均一，化學成分均一的板材，然后使用該板材進行熱成形，該技術生產成本高，難以實現曲面拼接，柔性差；補丁板是通過電阻點焊連接技術或者激光焊接技術將局部需要強化的位置連接疊加一塊板，用于增加該處的厚度，該種方法和差厚板的效果類似，都是通過板料的厚度來控制零件結構上的剛度強弱，其實際性能卻不如差厚板工藝。選擇性加熱是通過將板料部分加熱至奧氏體化狀態，部分板料不加熱(或者加熱至Ac1以下某一溫度)，最后將溫度梯度化分布的板料轉移至模具上成形淬火，該方法中主要有采用隔熱板，電加熱，電磁感應局部加熱，火焰噴火局部加熱等技術手段實現，但使用隔熱板過程麻煩，電加熱受坯料截面影響柔性差，電磁感應加熱均勻性性差，火焰加熱溫度控制差等問題。選擇性冷卻是指完全奧氏體化的板料在轉移或者成形淬火過程中，控制部分板料冷卻速率降低，相變形成復相組織(鐵素體，貝氏體和馬氏體)，從而實現成形件力學性能柔性分布，主要技術手段有模具局部加熱，采用不同模具材料等方法，這些方法均增大了模具設計制造成本，模具加熱還會降低模具壽命，增加能耗，而且還存在溫度控制差等問題。選擇性退火是指已完全淬火的熱成形件局部再次加熱最后空冷的工藝，主要包括電磁感應局部加熱，火焰局部加熱等，這種方法缺點是又增加了一個工序，生產效率不高，且在退火過程中，零件會發生變形。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種高強鋼熱成形差異化力學性能分布柔性控制方法，其通過在坯料表面局部區域涂覆高吸收率的涂料，以提升局部加熱速率使其提前進入奧氏體化，可柔性調節高強度鋼坯料不同區域的強度和塑性，具有操作簡單，自動化程度高，所用時間短，設備投入少等優點。

為實現上述目的，本發明提出了一種高強鋼熱成形差異化力學性能分布柔性控制方法，包括如下步驟：

(1)在高強鋼坯料成形后需獲得具有高強度的位置表面處涂覆具有高吸收率且耐高溫的涂料；

(2)將涂覆有涂料的所述高強鋼坯料置于加熱爐中加熱1-6min，在加熱過程中，涂覆有涂料的區域比未涂覆涂料的區域加熱速度快，從而使涂覆涂料的區域提前完全奧氏體化，而未涂覆涂料的區域非奧氏體化或非完全奧氏體化；

(3)將加熱處理后的所述高強鋼坯料從加熱爐中取出后在1-10s內快速轉移至成形模具上；

(4)所述成形模具在壓力機的帶動下閉合使坯料成形并保壓冷卻5-20s，獲得成形零件，在成形過程中，涂覆有涂料的區域冷卻后發生相變得到完全的馬氏體組織，強度提升塑性下降，未涂覆涂料的區域冷卻后得到其他組織。

作為進一步優選的，所述步驟(1)中高吸收率且耐高溫具體指吸收率為0.3-1，耐高溫范圍為300-1000℃。

作為進一步優選的，所述步驟(1)中的高強鋼坯料包括板材和管材。

作為進一步優選的，所述步驟(2)中的奧氏體化溫度為800-1000℃。

作為進一步優選的，所述步驟(4)中涂覆涂料的區域冷卻到馬氏體轉變溫度的冷卻速率為30℃/s-100℃/s。

作為進一步優選的，還包括步驟(5)：將成形零件轉移至沖裁模具上進行模具切邊沖孔，優選的，該步驟(5)中的切邊沖孔在常溫下進行。

作為進一步優選的，若只需要切邊沖孔則在需要切邊沖孔過程中去除區域之外涂覆涂料。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優點：

1.本發明利用涂覆涂料后坯料表面對加熱爐輻射的吸收率增加而提升局部加熱速率而使其提前完全奧氏體化，而未涂覆區域則沒有奧氏體化或沒有完全奧氏體化的原理，使其在利用冷模具成形冷卻后即可分別獲得高強度低塑性的馬氏體組織和低強度高塑性的其他組織，柔性的調節了高強鋼力學性能的差異化分布，實驗和研究均證明涂覆本發明中的涂料后均改善加熱速度，從而使涂覆涂料區域更快更早完全奧氏體化。

2.本發明簡單實用，可柔性調節高強度鋼坯料不同區域的強度和塑性，并可在模具上進行切邊沖孔，一定程度上減少生產周期和能耗，提升生產效率，節約成本。

3.本發明屬于選擇性加熱技術中的一種，相比于現有技術存在柔性好，操作簡單，自動化程度高，所用時間短，設備投入少等優點。

附圖說明

圖1是本發明的高強鋼熱成形差異化力學性能分布柔性控制方法的流程框圖；

圖2是本發明的非切邊零件差異化力學性能分布示意圖；

圖3是本發明的零件切邊區域示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

本發明提供了一種高強鋼熱成形差異化力學性能分布柔性控制方法，該方法包括如下步驟：

(1)將包含高吸收率且耐高溫的適量(涂覆厚度低于0.1mm)涂料物質涂覆于高強鋼坯料在成形完畢后需獲得高強度的位置表面，若只需切邊沖孔則在切邊沖孔過程中需要去除區域之外涂覆涂料。

其中，高吸收率且耐高溫涂料物質的吸收率為0.3-1，耐高溫范圍為300-1000℃，其還具有導熱性好等性質，例如選用氮化硼、石墨等，選用具有上述性能的材料作為涂料，可以在加熱過程中增加對輻射的吸收而加快加熱速度，使涂覆涂料的區域更早完全奧氏體化，同時可以經受加熱過程中的高溫沖擊以及不大幅影響成形冷卻過程中坯料和模具之間熱量的傳導。所述高強鋼坯料包括板材、管材，例如22MnB5板料和管料。在涂覆過程中，具有高吸收率的涂料物質可根據需要柔性的涂覆，該柔性涂覆是指可以方便地不受空間或技術手段限制在需要涂覆的區域進行涂覆操作，通過柔性涂覆可根據需要獲得不同區域具有不同力學性能的成形零件。

(2)將涂覆有涂料的坯料置于加熱爐中加熱一定時間，以使其局部奧氏體化，該加熱時間比未涂覆涂料區域的奧氏體化加熱時間短，具體為1-6分鐘。在加熱過程中，由于涂料的存在，增加了涂覆涂料區域對熱輻射的吸收率，使其比未涂覆涂料區域加熱速度快，提前奧氏體化，其中，奧氏體化溫度為800-1000℃，通過控制加熱及保溫時間，使涂覆涂料區域奧氏體化而其他區域非奧氏體化。

(3)將加熱處理后的高強鋼坯料從加熱爐中取出后在1-10s內快速轉移至成形模具上，以盡量降低轉移過程中的溫度損失，減少氧化和脫碳，提高效率。

(4)壓力機下行帶動模具閉合使坯料成形并保壓冷卻5-20s，在成形過程中，涂覆有涂料的區域冷卻后發生相變得到完全的馬氏體組織，強度提升塑性下降，未涂覆涂料的區域由于沒有奧氏體化冷卻后得到其他組織，強度較低塑性較高，其中，涂覆涂料的區域冷卻到馬氏體轉變溫度的冷卻速率為30℃/s-100℃/s。

優選的，本發明在步驟(1)-(4)的基礎上，在步驟(4)之后還包括步驟(5)：將成形零件轉移至沖裁模具上進行模具切邊沖孔，完成成形零件的切邊與沖孔處理。具體的，該切邊沖孔操作在常溫下進行。

以下為本發明的具體實施例。

實施例1

步驟(1)：按照圖2零件所示高強度低塑性區域對應的某高強鋼(其成分質量分數C：0.23％，Mn：0.95％，B：0.0019％)板料區域(圖2的A處)涂上厚度約為50μm的氮化硼涂料(主要物質為氮化硼)。其中該涂料的吸收率在0.6-0.8，在氧化氛圍中的工作溫度上限為1200℃。

步驟(2)：將該板料置于爐膛溫度為850℃的加熱爐中加熱并保溫2min。

步驟(3)：開啟爐門后將加熱過的板料在10s內快速轉移至成形模具上。

步驟(4)：壓力機下行帶動模具閉合使坯料成形并保壓冷卻20s。

如圖2所示，涂覆涂料后的區域A為馬氏體組織，具有高強度低塑性的特點，其強度約為1532MPa，延伸率約為7％；未涂覆涂料的區域B具有比較復雜的組織，主要是珠光體和鐵素體，具有低強度高塑性的特點，其強度約為490MPa，延伸率約為30％；除此之外，兩個區域之間還有過渡區域，包含馬氏體，珠光體和鐵素體等組織，力學性能也介于兩個區域之間。

實施例2

步驟(1)：按照圖3零件所示非切邊區域對應的某高強鋼(其成分質量分數C：0.23％，Mn：0.95％，B：0.0019％)板料區域(圖3的A處)用靜電吸附厚度約為50μm的石墨涂料。其中該涂料的吸收率約為0.8，并滿足耐高溫要求。

步驟(2)：將該板料置于爐膛溫度為850℃的加熱爐中加熱并保溫2min。

步驟(3)：開啟爐門后將加熱過的板料在10s內快速轉移至成形模具上。

步驟(4)：壓力機下行帶動模具閉合使坯料成形并保壓冷卻20s。

步驟(5)：將成形零件轉移至沖裁模具上進行模具切邊。

如圖3所示，涂覆涂料后的區域A為馬氏體組織，具有高強度低塑性的特點，其強度約為1500MPa，延伸率約為8％；未涂覆涂料的區域B(切邊區域)具有低強度高塑性的特點，其強度約為450MPa，延伸率約為32％。這種情況下，由于切邊區域有比較低的強度，采用模具即可完成冷切邊。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。