CN109433959A

CN109433959A - 抗疲劳汽车零件及其制造方法

Info

Publication number: CN109433959A
Application number: CN201811155687.0A
Authority: CN
Inventors: 安健; 陈汉杰; 李�浩
Original assignee: Suzhou Puresile Advanced Molding Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Puresile Advanced Molding Technology Co Ltd
Priority date: 2018-09-30
Filing date: 2018-09-30
Publication date: 2019-03-08

Abstract

本发明公开了一种抗疲劳汽车零件及其制造方法，该方法包括：对所述钢板毛坯进行冷冲处理，以形成所需的坯料；将所述坯料加热至奥氏体温度以上，并进行保温；对保温后的坯料进行热冲压，并在热冲压完成后对坯料进行保压冷却；对压制完成的坯料进行后续处理。本发明的钢板毛坯在经过高温加热，将组织转变为奥氏体。由于钢材在马氏体开始转变温度以上，都具有远好于马氏体组织的成形性能。奥氏体材料在这个温度区域进行冲压成形，可以获得对于复杂形状优良的成形效果。在成形结束后，经过保压期间模具内的继续冷却，奥氏体组织转变为具有高强度的马氏体组织，进而可以增加汽车零件的抗拉强度和疲劳强度。

Description

抗疲劳汽车零件及其制造方法

技术领域

本发明涉及汽车零部件领域，特别涉及一种抗疲劳汽车零件及其制造方法。

背景技术

现代汽车结构的失效形式中，疲劳失效是最要要、最常见的失效形式。据统计，汽车的失效案例中，有大约超过35％以上的失效为零件的疲劳失效。而汽车发生断裂破坏的案例中，有大约50-80％以上为零件的疲劳而引起的。

疲劳是指材料在循环应力或应变的作用下，在某点或某些点逐渐产生累积损伤，经过很长时间后形成裂纹或完全断裂的过程。根据材料疲劳破坏前所经历的循环次数的不同，可分为低周疲劳和高周疲劳。低周疲劳是材料所受的交变应力较高，通常接近或超过屈服强度，断裂前循环次数少，一般小于10⁴-10⁵次；高周疲劳是材料所受的交变应力远小于材料的屈服强度，断裂前的循环次数大于10⁶-10⁷。汽车零件的疲劳一般属于高周疲劳。材料的疲劳强度越高，汽车的使用寿命越长。而如何提高汽车零件的疲劳强度是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明提供一种抗疲劳汽车零件及其制造方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种抗疲劳汽车零件的制造方法，包括：对所述钢板毛坯进行冷冲处理，以形成所需的坯料；将所述坯料加热至奥氏体温度以上，并进行保温；对保温后的坯料进行热冲压，并在热冲压完成后对坯料进行保压冷却；对压制完成的坯料进行后续处理。

作为优选，所述钢板毛坯包含的组分及重量百分比为：C：0.03％-0.1％，Mn：0.1％-0.2％，Cr：9％-13％，Ni：0％-1％，N：0％-0.05％，Nb：0.01％-0.03％，V：0.01％-0.05％，B：0.001％-0.005％，杂质P<0.01％，杂质S<0.01％，余量为铁。

作为优选，所述钢板毛坯包含的组分及重量百分比为：C：0.04％-0.07％，Mn：0.1％-0.2％，Cr：10％-11％，Ni：0.2％-0.6％，N：0.02％-0.03％，Nb：0.01％-0.03％，V：0.01％-0.05％，B：0.002％-0.005％，杂质P<0.01％，杂质S<0.01％，余量为铁。

作为优选，所述钢板毛坯的厚度为1mm-10mm。

作为优选，所述坯料的加热温度为1000℃-1200℃，保温温度为900℃-930℃。

作为优选，所述坯料在进行热冲压的同时完成热冲孔和热挤压工艺。

作为优选，热冲压完成后对坯料进行保压冷却的时间为5-20s。

作为优选，热冲压完成后对坯料进行保压冷却的冷却速率10℃/s-30℃/s。

作为优选，所述后续处理为抛光、喷涂、电镀、电泳、激光割孔和抛丸处理中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明的钢板毛坯在经过高温加热，将组织转变为奥氏体。由于钢材在马氏体开始转变温度以上，都具有远好于马氏体组织的成形性能。奥氏体材料在这个温度区域进行冲压成形，可以获得对于复杂形状优良的成形效果。在成形结束后，经过保压期间模具内的继续冷却，奥氏体组织转变为具有高强度的马氏体组织，进而可以增加汽车零件的抗拉强度和疲劳强度。

又由于本发明的钢板坯料中无碳化物或只有很少的碳化物、氧化物、硫化物等金属或非金属夹杂，以固溶强化和晶界强化为主，通过热成型后形成马氏体组织，可以进一步的增加零件的屈服强度及疲劳强度。通过本发明制备的汽车零件，抗拉强度高于1000Mpa，疲劳强度大于500Mpa。

附图说明

图1为本发明的抗疲劳汽车零件的制造方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供一种抗疲劳汽车零件的制造方法，包括：

对所述钢板毛坯进行冷冲处理，以形成所需的坯料。具体地，所述钢板毛坯的厚度为1mm-10mm，优选为3-5mm，使得汽车零件的重量得以大大减轻。进一步的，在对钢铁毛坯进行冷冲之前，对所述钢铁毛坯的表面进行前序处理，所述前序处理包括镜面抛光、拉丝和磨砂处理中的一种或多种。并且，所述钢铁毛坯经过冷轧处理或者经过冷轧退火酸洗处理。

进一步的，所述钢板毛坯包含的组分及重量百分比为：C：0.03％-0.1％，Mn：0.1％-0.2％，Cr：9％-13％，Ni：0％-1％，N：0％-0.05％，Nb：0.01％-0.03％，V：0.01％-0.05％，B：0％-0.005％，P:0％-0.01％，S：0％-0.01％，余量为铁。其中，可以对其中的组分含量进行优化。在原有基础上，优选为C：0.04％-0.07％，N：0.02％-0.03％，Cr：10％-11％，Ni：0.2％-0.6％。上述各元素作用如下：

C：在钢中添加少量的C，固溶于钢中，适当提高钢的强度，同时C含量不高，可减少降低钢疲劳强度的碳化物，如Fe3C、珠光体、碳化铬等金属碳化物。

Cr：铬提高钢的淬透性，降低钢的临界冷却速度，使钢的强度、硬度增加，并且Cr能显著提高钢的高温抗氧化性能、抗硫化性能以及高温强度。但铬含量超过13％则容易形成铁素体及奥氏体，不易形成马氏体。

N:氮通过固溶强化等可显著提高不锈钢的室温和高温强度。在Cr-Ni不锈钢中加入0.1％N，可使钢的强度提高约60-100Mpa，但氮含量超过0.12％时，钢的冷、热加工性和冷成型性能将有所下降。

Si：少量硅能固溶于钢中，产生固溶强化，当硅含量继续增加时，显著提高钢的弹性极限、屈服强度和疲劳强度，当硅含量超过1％时，会使钢材变脆，降低钢材的可焊性和抗蚀性。

Mn：锰是较弱的奥氏体形成元素，低含量的锰，对钢具有很大的强化作用，并且降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。随着锰含量的增加，可显著提高氮在钢中的溶解度。锰、氮复合加入常用来代替钢中昂贵、稀缺的镍。锰不仅可以提高强度，而且有助于提高疲劳强度，但如果含量不足0.01％，则并无明显效果，但锰含量超过1％时，则会形成夹杂物如MnS，并且扩大奥氏体区域，降低疲劳强度，并使焊接性能变坏。

Ni：微量镍能与铁形成固溶强化，降低马氏体的转变温度，改善钢的塑性、韧性，但如果超过1.0％，则容易产生裂纹，降低疲劳强度。

B：硼可以强化晶界，偏集于晶界上，使晶界上的晶格缺陷和空穴减少，晶界自由能降低，同时还可以减缓合金元素沿晶界的扩散过程，减缓晶界裂纹的形成。改善疲劳性能，还可以提高强的降度，还可以推迟钢的转变时间，有利于热成形，但B含量超过0.007％，会产生热脆。

Nb：钢中加入0.01％-0.03％的Nb可以具有钉轧效应，可以固定钢中少量的C，同时热加工时，Nb的沉淀物或固溶Nb可以细化位错胞状组织、变形奥氏体、马低体等组织，提高不锈钢的室温和高温疲劳强度。

接着，将所述坯料移送到加热炉中加热至奥氏体温度以上，使所述坯料处于奥氏体状态，并进行保温。其中，所述加热炉中坯料的加热温度为1000℃-1200℃。具体地，将坯料放到加热炉内加热达到奥氏体状态并保温，使坯料中的奥氏体均匀化，由于坯料很薄，故需要很短的保温时间便可以实现，本实施例的保温时间优选为3min～5min。进一步的，坯料在进入加热炉前，在坯料的模具压边区域双面喷涂润滑剂，坯料放置到加热炉中后，所述加热炉的内部为还原性气氛或真空环境，以保护坯料，避免坯料在加热炉的高温环境内被氧化。

接着，使用模具对保温后的坯料进行热冲压，并在进行热冲压的同时完成热冲孔和热挤压工艺。具体地，所述坯料从加热炉中取出，并且所述坯料从加热炉转移至模具中的时间为4-20秒，优选为6秒。坯料从放入模具到模具开始压制的时间为1-2秒，优选为1秒。从模具开始压制到模具压制到底(即模具合模)的时间为1-3秒，优选为1秒。整个过程最多不超过25秒，确保坯料可以保持在较高的温度，进而为其成型提供了保证。

接着，热冲压完成后的坯料直接在模具中进行保压冷却。其中，保压冷却的时间为5s-20s，优选为10s-15s，冷却速率10℃/s-30℃/s。也即是说，本发明是将坯料加热转变至奥氏体后，在保持奥氏体态时进行热成型而经过保压期间后在模具内的继续冷却，从而使得奥氏体组织转变为具有高强度的马氏体组织。

对压制完成的坯料进行后续处理，所述后续处理为抛光、喷涂、电镀、电泳、激光割孔和抛丸处理中的一种或多种。

下面以两个具体实施例详细说明本发明：

实施例1

选取的抗疲劳汽车零件为控制臂，具体步骤如下：

首选，采用厚度为4mm的经过冷轧退火酸洗处理后的钢板，成份为C：0.06％、N：0.01％、Si：0.2％、Mn：0.3％、Cr：11％、Ni：0.5％、Nb：0.02％、B<0.005％、P<0.01％，S<0.01％。

将上述钢板放置到冷冲机台上进行冲压，得到所需的坯料。

接着，将坯料放入加热炉内进行加热，加热温度为1050℃，加热完成后保温6min。

接着，将坯料放入模具内进行压制。其中，坯料加热后从加热炉转移至模具里的时间8s，料片放入模具到模具开始压制的时间为3s，模具开始压制到模具压制到底的时间为2s。

压制完成的坯料在模具内保压10s，待坯料冷却接近室温，材料组织转变为马氏体时从模具内取出。

实施例2

选取的抗疲劳汽车零件同样为控制臂，具体步骤如下：

采用厚度为5mm且经过冷轧退火酸洗处理钢板，成份为C：0.05％、N：0.02％、Si：0.3％、Mn：0.3％、Cr：10％、Ni：0.6％、Nb：0.02％、B<0.005％、P<0.01％、S<0.01％。

将上述钢板放置到冷冲机台上进行冲压，得到所需的坯料。

接着，将坯料放入加热炉内进行加热，加热温度为950℃，加热完成后保温5min。

接着，将坯料放入模具内进行压制。其中，坯料加热后从加热炉转移至模具里的时间6s，料片放入模具到模具开始压制的时间为1s，模具开始压制到模具压制到底的时间为1s。

压制完成的坯料在模具内保压6s，待坯料冷却接近室温，材料组织转变为马氏体时从模具内取出。

综上所述，本发明的钢板毛坯在经过高温加热，将组织转变为奥氏体。由于钢材在马氏体开始转变温度以上，都具有远好于马氏体组织的成形性能。奥氏体材料在这个温度区域进行冲压成形，可以获得对于复杂形状优良的成形效果。在成形结束后，经过保压期间模具内的继续冷却，奥氏体组织转变为具有高强度的马氏体组织，进而可以增加汽车零件的抗拉强度和疲劳强度。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims

1.一种抗疲劳汽车零件的制造方法，其特征在于，包括：

对钢板毛坯进行冷冲处理，以形成所需的坯料；

将所述坯料加热至奥氏体温度以上，并进行保温；

对保温后的坯料进行热冲压，并在热冲压完成后对坯料进行保压冷却；

对压制完成的坯料进行后续处理。

2.如权利要求1所述的抗疲劳汽车零件的制造方法，其特征在于，所述钢板毛坯包含的组分及重量百分比为：C：0.03％-0.1％，Mn：0.1％-0.2％，Cr：9％-13％，Ni：0.01％-1％，N：0.001％-0.05％，Nb：0.01％-0.03％，V：0.01％-0.05％，B：0.001％-0.01％，杂质P<0.01％，杂质S<0.01％，余量为铁。

3.如权利要求1所述的抗疲劳汽车零件的制造方法，其特征在于，所述钢板毛坯包含的组分及重量百分比为：C：0.04％-0.07％，Mn：0.1％-0.2％，Cr：10％-11％，Ni：0.2％-0.6％，N：0.02％-0.03％，Nb：0.01％-0.03％，V：0.01％-0.05％，B：0.002％-0.005％，杂质P<0.01％，杂质S<0.01％，余量为铁。

4.如权利要求1所述的抗疲劳汽车零件的制造方法，其特征在于，所述钢板毛坯的厚度为1mm-10mm。

5.如权利要求1所述的抗疲劳汽车零件的制造方法，其特征在于，所述坯料的加热温度为1000℃-1200℃。

6.如权利要求1所述的抗疲劳汽车零件的制造方法，其特征在于，所述坯料在进行热冲压的同时完成热冲孔和热挤压工艺。

7.如权利要求1所述的抗疲劳汽车零件的制造方法，其特征在于，热冲压完成后对坯料进行保压冷却的时间为5-20s。

8.如权利要求1所述的抗疲劳汽车零件的制造方法，其特征在于，热冲压完成后对坯料进行保压冷却的冷却速率10℃/s-30℃/s。

9.如权利要求1所述的抗疲劳汽车零件的制造方法，其特征在于，所述后续处理为抛光、喷涂、电镀、电泳、激光割孔和抛丸处理中的一种或多种。

10.一种抗疲劳汽车零件，其特征在于，采用如权利要求1-9任意一项所述的制造方法制造而成。