CN111434405B - 一种热冲压件的制备方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热冲压件的制备方法及装置。所述热冲压件的制备方法包括以下步骤：将裸钢板落料成坯料；将坯料放入无氧加热炉内进行加热至880‑950℃之间；在无氧加热炉内对加热完成的坯料进行粉末喷涂，使之形成表面具有涂层的坯料；将表面具有涂层的坯料放入模具中进行热冲压成型，使之形成热冲压件。采用本发明的方法制备的热冲压件，具有良好的耐氧化、耐腐蚀性能，且本方法能提高坯料的加热速率的同时，降低加热炉辊受到侵蚀的风险。

Description

一种热冲压件的制备方法及装置
技术领域
本发明涉及了热冲压成型技术领域，具体的是一种热冲压件的制备方法及装置。
背景技术
传统的热冲压零部件采用裸钢板(表面无涂层、镀层的钢板)制备，在使用过程中易产生氧化皮，且无防腐蚀能力。为了提高热冲压件的抗氧化、耐腐蚀能力，目前市面上开发出了应用较为广泛的铝硅镀层板、锌基镀层板等。
然而，在应用于热冲压工艺时，铝硅镀层板、锌基镀层板也存在一些问题。具体而言，铝硅涂层板在加热至使基体奥氏体化的温度时，其涂层变为铝硅铁金属间化合物，不具备阴极保护功能，从而使得最终的零件耐腐蚀性能不佳。锌基镀层板中的锌或锌铁合金涂层在基体的奥氏体化加热过程中会变为锌铁金属间化合物，在这一过程中，如果对锌铁合金涂层板的加热保温时间短(指使坯料基体达到奥氏体化的温度所采用的时间过短)，则涂层化合物中含有大量的低熔点的δZn-Fe和Г1Zn-Fe，由于坯料热成形时奥氏体化的温度一般会超过这些相的熔点，因此，坯料表面的涂层会产生LMIE(液态金属裂纹断裂)；而如果对坯料加热保温的时间过长，会使得涂层化合物中的ГZn-Fe含量变少，αFe-Zn增多，则涂层不具备阴极保护功能。
综上所述，对于锌基镀层板而言，只有当涂层的Zn-Fe化合物中具备大量的ГZn-Fe，同时不再含有Г1和δ相时，才可以既避免涂层出现LMIE又使涂层具备阴极保护功能。
现有的纯锌涂层板或铁含量为1wt.％的锌铁合金涂层板应用于热冲压工艺时，当坯料奥氏体化加热和保温时，坯料的涂层与基体的相互扩散都会形成一个多相(α、δ、Г1、Г)并存的锌铁化合物涂层。因此，想要使得热冲压件获得占绝对优势的ГZn-Fe涂层是很困难的。而且大多数涂层板的涂层都是通过热浸镀的方式涂覆于钢板之上，这使得涂层板在加热过程中，涂层会产生液化现象，液化的涂层会侵蚀加热炉中的陶瓷炉辊，易造成炉辊断裂。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种热冲压件的制备方法及装置，其用于解决上述问题中的至少一种。
本申请实施例公开了：一种热冲压件的制备方法，包括以下步骤：
将裸钢板落料成坯料；
将坯料放入无氧加热炉内进行加热至880-950℃之间；
在无氧加热炉内对加热完成的坯料进行粉末喷涂，使之形成表面具有涂层的坯料；
将表面具有涂层的坯料放入模具中进行热冲压成型，使之形成热冲压件。
具体的，所述粉末喷涂包括热喷涂、冷喷涂、静电喷涂。
具体的，粉末喷涂所采用的气体为惰性气体。
具体的，在步骤“在无氧加热炉内对加热完成的坯料进行粉末喷涂，使之形成表面具有涂层的坯料”中，用于对坯料进行喷涂的粉末包括纯铝粉、铝硅合金粉以及锌铁合金粉中的一种或多种。
具体的，在步骤“在无氧加热炉内对加热完成的坯料进行粉末喷涂，使之形成表面具有涂层的坯料”中，所述坯料的表面形成单层或多层涂层。
具体的，所述无氧加热炉包括用于对坯料进行加热的热区和用于对坯料进行喷涂的冷区，所述热区设有用于对所述坯料进行滚动加热的陶瓷炉辊，所述冷区设有用于支撑所述坯料的金属炉辊；“在无氧加热炉内对加热完成的坯料进行粉末喷涂，使之形成表面具有涂层的坯料”步骤还包括：在坯料在热区内被加热至880-950℃后，将坯料从热区转移至冷区并对坯料进行喷涂。
具体的，所述涂层的总厚度在1-40μm之间。
具体的，在步骤“在无氧加热炉内对加热完成的坯料进行粉末喷涂，使之形成表面具有涂层的坯料”中，用于对坯料进行喷涂的粉末的粒径在1-20μm之间。
具体的，在步骤“将表面具有涂层的坯料放入模具中进行热冲压成型，使之形成热冲压件”中，所述坯料在模具中成型的温度在650-800℃之间。
本实施例还提供了一种热冲压件的制备装置，包括落料装置、加热装置、喷涂装置及成型装置，其中：
所述落料装置用于将裸钢板落料成坯料；
所述加热装置用于对所述坯料进行加热，使坯料的温度达到880-950℃之间；
所述喷涂装置用于对加热完成的坯料进行粉末喷涂，使坯料的表面具有涂层；
所述成型机构用于对具有涂层的坯料进行成型，使之形成冲压件。
本发明的有益效果如下：
1.裸钢板落料而成的坯料被放置在同一个无氧加热炉中先后完成奥氏体化加热和粉末喷涂，由于裸钢板坯料在升温过程中不存在涂层液化现象，因此，可以对裸钢板坯料进行快速加热，以提高生产效率；而对达到奥氏体化温度的坯料进行粉末喷涂，坯料利用自身的大量的热量使得粉末熔化并附着在坯料的表面上，以形成具有防氧化或耐腐性功能的涂层。
2.裸钢板坯料在加热过程中不存在金属液化的现象，因此不会对陶瓷炉辊造成侵蚀。
3.坯料在出炉以转入模具的过程中，由于其表面具有防护涂层，因此不会被空气中的氧气所氧化，提高了热冲压件的表面质量。
4.采用本实施例所述的方法制备的坯料表面的涂层时，在粉末熔化和附着的过程中需要消耗坯料本身的热量，因此，当涂层形成时，坯料的温度有所下降，使得坯料的温度低于涂层液化的温度，即涂层不发生液化，因此，涂层的阴极保护功能得到很好的保留。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中所述热冲压件的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例所述的热冲压件的制备方法包括以下步骤：
首先，将裸钢板(也称无涂层板、无镀层板)按照零件的尺寸及形状要求进行落料，以获得坯料。具体的，此步骤中，落料的方式可以为冷冲压落料或激光切割落料等，以便适应不同材质、厚度的钢板。所述裸钢板的各组分按质量百分比计为：C：0.1％-0.3％，Si：0.05％-1.0％，Mn：0.5％-2.0％，Cr：0.02％-1.0％，B<0.01％，Mo≤0.5％，Nb≤0.2％，V≤0.2％，Ti≤0.2％，余量为Fe和其它一些不可避免的杂质。
接着，将坯料放入无氧加热炉内进行加热至880-950℃之间。具体来说，将坯料放入真空加热炉或或惰性气氛加热炉中加热1-10min，使坯料的温度达到880-950℃之间，并在该温度下对坯料进行保温180s左右，使坯料充分奥氏体化。采用无氧加热炉对具有涂料层的坯料进行加热，可以避免坯料及其表面的金属粉末在高温环境下发生氧化。
接着，在无氧加热炉内对加热完成的坯料进行粉末喷涂，使之形成表面具有涂层的坯料。在此步骤中，粉末被喷涂在温度介于880-900℃之间的坯料表面上，坯料本身的高热量可以使得粉末熔化并牢牢粘附在坯料的表面，从而使得坯料的表面形成了对坯料基体具有保护性能的涂层。具体来说，在本实施例中，采用热喷涂、冷喷涂、静电喷涂等方式，对坯料的正反两个表面进行喷涂，喷涂过程中，采用惰性气体为载气(喷涂时需要采用气体作为载体)，优选的载气为氮气。用于对坯料进行喷涂的粉末包括纯铝粉、铝硅合金粉以及锌铁合金粉中的一种或多种，所述粉末的粒径在1-20μm之间，有利于粉末在坯料的表面上形成均匀致密的涂层。进一步的，坯料上同一个表面形成的涂层的数量可以为单层，也可以为多层，即是说，可以在坯料的同一个表面上喷涂一次或多次，使得坯料同一个表面上的涂层的总厚度介于1-40μm之间，优选1-30μm之间。
接着，将表面具有涂层的坯料放入模具中进行热冲压成型，使之形成热冲压件。较佳的，坯料从无氧加热炉中出炉并进入模具成型的温度介于650-800℃之间，以确保坯料具有良好的成型性能。
具体的，所述无氧加热炉包括用于对坯料进行加热的热区和用于对坯料进行喷涂的冷区，所述热区和所述冷区相连通，且均为无氧环境，当坯料在热区中完成加热之后，直接被传送至冷区中进行喷涂，这一过程中，坯料一直被放在无氧加热炉中作业，避免了高温的坯料被外界空气所氧化。需要说明的是，所述冷区是相对于热区而言，在冷区中不设加热装置，但是冷区的温度通常也保持在650-800℃之间，以确保坯料在喷涂完成之后，还能具有650-800℃之间的出炉温度。进一步的，所述热区中设有用于对所述坯料进行滚动加热的陶瓷炉辊，由于陶瓷炉辊具有优异的耐高温性能，因此，在热区中采用陶瓷炉辊对坯料进行滚动加热，可以确保加热工序的稳定性；所述冷区设有用于支撑所述坯料以进行粉末喷涂的金属炉辊，由于冷区中不设置加热装置，其温度相对于热区有所降低，对炉辊的耐高温性能降低，因此，可以采用金属炉辊支撑坯料。采用上述方案，可以确保坯料表面形成的涂层不会对热区中的陶瓷炉辊产生侵蚀。
借由上述方案，本实施例所述的热冲压件的制备方法，具有以下优点：
1.裸钢板落料而成的坯料被放置在同一个无氧加热炉中先后完成奥氏体化加热和粉末喷涂，由于裸钢板坯料在升温过程中不存在涂层液化现象，因此，可以对裸钢板坯料进行快速加热，以提高生产效率；而对达到奥氏体化温度的坯料进行粉末喷涂，坯料利用自身的大量的热量使得粉末熔化并附着在坯料的表面上，以形成具有防氧化或耐腐性功能的涂层。
2.裸钢板坯料在加热过程中不存在金属液化的现象，因此不会对陶瓷炉辊造成侵蚀。
3.坯料在出炉以转入模具的过程中，由于其表面具有防护涂层，因此不会被空气中的氧气所氧化，提高了热冲压件的表面质量。
4.采用本实施例所述的方法制备的坯料表面的涂层时，在粉末熔化和附着的过程中需要消耗坯料本身的热量，因此，当涂层形成时，坯料的温度有所下降，使得坯料的温度低于涂层液化的温度，即涂层不发生液化，因此，涂层的阴极保护功能得到很好的保留。
以下采用四个案例对本实施例作详细说明：
案例1
首先，采用激光切割的落料方法对1.5mm厚的22MnB5裸钢板进行落料，得到车身B柱的坯料。
接着，将B柱坯料放入真空加热炉内进行加热，使之达到930℃，并在该温度下保温180s。
接着，在真空加热炉中，采用纯铝粉对加热完成的坯料的两个表面进行粉末喷涂，使坯料的表面各形成厚度为20μm的纯铝涂层。
接着，将坯料出炉，放入模具中成型，以获得B柱热冲压件。
案例2
首先，采用激光切割的落料方法对1.6mm厚的22MnB5裸钢板进行落料，得到车身B柱的坯料。
接着，将B柱坯料放入真空加热炉内进行加热，使之达到930℃，并在该温度下保温180s。
接着，在真空加热炉中，先采用粉末粒径在1-10μm之间的纯铝粉对加热完成的坯料的反面(即B柱的内表面)进行粉末喷涂，使坯料的反面形成厚度为10-20μm的纯铝涂层；然后在坯料的正面(即B柱的外表面)上先喷涂一层厚度在10-20μm之间的纯铝粉，再在该纯铝粉层上喷涂一层锌铁二元合金粉，其中，锌铁二元合金粉中铁含量(按质量计)在3-25％之间，坯料正面的涂层总厚度在10-20μm之间。
接着，将坯料出炉，放入模具中成型，以获得B柱热冲压件。
案例3
首先，采用激光切割的落料方法对1.6mm厚的22MnB5裸钢板进行落料，得到车身B柱的坯料。
接着，将B柱坯料放入真空加热炉内进行加热，使之达到930℃，并在该温度下保温180s。
接着，在真空加热炉中，先采用铝硅合金粉对加热完成的坯料的正反两面进行喷涂，使坯料的表面形成铝硅涂层；然后在各个铝硅涂层上喷涂一层锌铁二元合金粉，其中，锌铁二元合金粉中铁含量(按质量计)在3-25％之间；坯料正反两面的涂层总厚度在10-20μm之间。
接着，将坯料出炉，放入模具中成型，以获得B柱热冲压件。
案例4
首先，采用激光切割的落料方法对1.5mm厚的22MnB5裸钢板进行落料，得到车身B柱的坯料。
接着，将B柱坯料放入真空加热炉内进行加热，使之达到930℃，并在该温度下保温180s。
接着，在真空加热炉中，采用锌铁二元合金粉对加热完成的坯料的两个表面进行粉末喷涂，使坯料的表面各形成厚度为20μm的锌铁合金涂层，其中，锌铁二元合金粉中，铁含量(按质量计)在20-25％之间。
接着，将坯料出炉，放入模具中成型，以获得B柱热冲压件。
本实施例所述的热冲压件的制备装置，包括落料装置、加热装置、喷涂装置及成型装置，其中：
所述落料装置用于将裸钢板落料成坯料。
所述加热装置用于对所述坯料进行加热，使坯料的温度达到880-950℃之间；较佳的，所述加热装置包括用于对坯料进行加热的热区和用于对坯料进行喷涂的冷区，所述热区设有用于对所述坯料进行滚动加热的陶瓷炉辊，所述冷区设有用于支撑所述坯料的金属炉辊；所述坯料在热区内被加热至880-950℃后，被转移至冷区中进行喷涂。
所述喷涂装置用于对加热完成的坯料进行粉末喷涂，使坯料的表面具有涂层。
所述成型机构用于对具有涂层的坯料进行成型，使之形成冲压件。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种热冲压件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将裸钢板落料成坯料；
将坯料放入无氧加热炉内进行加热至880-950℃之间；
在无氧加热炉内对加热完成的坯料进行粉末喷涂，使之形成表面具有涂层的坯料；
将表面具有涂层的坯料放入模具中进行热冲压成型，使之形成热冲压件。
2.根据权利要求1所述的热冲压件的制备方法，其特征在于，所述粉末喷涂包括热喷涂、冷喷涂、静电喷涂。
3.根据权利要求1所述的热冲压件的制备方法，其特征在于，粉末喷涂所采用的气体为惰性气体。
4.根据权利要求1所述的热冲压件的制备方法，其特征在于，在步骤“在无氧加热炉内对加热完成的坯料进行粉末喷涂，使之形成表面具有涂层的坯料”中，用于对坯料进行喷涂的粉末包括纯铝粉、铝硅合金粉以及锌铁合金粉中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的热冲压件的制备方法，其特征在于，在步骤“在无氧加热炉内对加热完成的坯料进行粉末喷涂，使之形成表面具有涂层的坯料”中，所述坯料的表面形成单层或多层涂层。
6.根据权利要求1所述的热冲压件的制备方法，其特征在于，所述无氧加热炉包括用于对坯料进行加热的热区和用于对坯料进行喷涂的冷区，所述热区设有用于对所述坯料进行滚动加热的陶瓷炉辊，所述冷区设有用于支撑所述坯料的金属炉辊；“在无氧加热炉内对加热完成的坯料进行粉末喷涂，使之形成表面具有涂层的坯料”步骤还包括：在坯料在热区内被加热至880-950℃后，将坯料从热区转移至冷区并对坯料进行喷涂。
7.根据权利要求1所述的热冲压件的制备方法，其特征在于，所述涂层的总厚度在1-40μm之间。
8.根据权利要求1所述的热冲压件的制备方法，其特征在于，在步骤“在无氧加热炉内对加热完成的坯料进行粉末喷涂，使之形成表面具有涂层的坯料”中，用于对坯料进行喷涂的粉末的粒径在1-20μm之间。
9.根据权利要求1所述的热冲压件的制备方法，其特征在于，在步骤“将表面具有涂层的坯料放入模具中进行热冲压成型，使之形成热冲压件”中，所述坯料在模具中成型的温度在650-800℃之间。
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