调查感应加热的热冲压硼合金钢.doc

调查感应加热的热冲压硼合金钢 河Kolleck（3），*，河法伊特一，米M erklein b，学者莱克勒b，米盖革（一）乙甲：研究所工具和成型，格拉茨技术大学，Inffeldgasse 11,8010格拉茨，奥地利乙：机械工程学系，埃尔兰根，纽伦堡大学，德国关键词：热冲压 成型 热处理摘要在热quenchenable钢冲压板料加热到奥氏体化温度，转移到工具，迅速，形成了完整的冷却过程tool.Essential是目前正在开展与辊底炉加热淬火出空白。鉴于不断上涨的能源成本和更多的时间和新能源的有效供热系统的后果是必要的。本文介绍了对感应加热技术作为一种替代暖气调查。结果有关进程的Windows以及材料特性和粮食结构将介绍和讨论。1 简介尽管钢材供应商承诺高强度和良好的成形性的新板材1，烫印仍然是为具有高强度的复杂零部件生产的成熟技术。对于热冲压quenchenable硼锰合金钢是首选材料，它提供一个最小化的临界冷却约27三振率/ s的需要转变为马氏体，奥氏体转变为内形成和冷却。两种不同的烫印过程变种是最先进的：直接和间接的烫印。而直接的过程开始于一个普通的空白，被加热到奥氏体化温度，直接形成的，后来在一个进程中的一步，间接进程使用预制组件，加热到奥氏体化温度和校准，并在淬火冷却水淬工具事后2。两者比较变种很显然，直接热加工比冲压要短得多，因为只有一个成型的工具是needed.In这两种情况下实现的撞车行为组件的要求制作，由约1500 MPa高强度和大约5的残余伸长率的特点。因为高强度的跟进行动，例如穿孔和硬cuttingare难以实现。因此，一个间接的替代烫印工艺过程的顺序开发3。在这个过程中，不仅组件冷成型到最终的几何形状，而且所有的修饰和孔前提出奥氏体化，淬火发生。为了减少刀具磨损的形成，并保证所形成的成分形成规模，必须在加热过程中避免可涂性。其结果要么无涂层材料必须根据保护气体或锌涂层材料加热或aluminised已被使用。由于工艺的最小数量的步骤直接烫印工艺是这实际上是在汽车行业的首选之一。造成这种情况与铝硅层quenchenable钢22MnB5使用。这种涂层的熔点低于基体材料，奥氏体化温度873度左右，但如果选择了正确的升温速率将铝硅涂层发生在耐高温铁铝硅由此产生的铁扩散层4。这一过程需要精确控制加热过程的线索，连同所要求的时间和奥氏体化温度，3040米长的炉。今天，不同的研究活动在热冲压领域的重点在于减少周期时间，直接对一方面取决于刀具冷却性能。另一方面不断增加的能源成本和对环境友好produc - tion进程导致的必要性，寻找减少能源消耗采暖方式的需求。因此新的工具概念5，新的刀具材料6和新的加热技术7,8 areinvestigated。考虑到替代供热采暖技术，这些技术，特别是感应加热的热冲压工艺esisan重要topic.Thefocus的调查，适用性上设置了全奥氏体保证工艺窗口的决心。作为参考的结果和数据从一个传统的箱式炉未来都可以使用。因此，一个替代两步感应加热系统已被开发出来，即能实现不同的升温速率。2 烫金加热技术2.1。常规热处理方法传统上连续炉用于烫印，而空格热辐射和热对流。该炉加热煤气或电力，即使。带来的空白加热到奥氏体化炉，温度而通过滚筒或步行上梁炉。该空白升温速率控制的滚子或走路，一方面梁的速度，但在其他不同的连续商会的温度。板材厚度以及涂层，因此发射coefflcient有一个加热的行为和有效表温度影响很大。如果铝硅coatedmaterialis用加热rateofabout 12 K / s的建议，以避免对Al - Si熔融层，提高到铝硅层中的铁扩散。为了履行对材料toaustenitization温度，在大多数情况下是1223至1173 K和K的约90秒的加热时间，必须考虑到这种选择加热的钢铁供应商的规范。在达到奥氏体化温度materialhas是holdon一个恒定的温度，以保证一个完整的奥氏体和奥氏体晶粒结构均匀。在奥氏体化行为调查表明，对于一个热处理的钢材供应商和铝硅涂层，145 s最小驻留时间甘油三酯厚度彪温度Tg = 1223 K时，独立是必要的，对于最高达到约480 HV10的硬度，如果一个有1毫米厚片材料使用（图1）。包括时间，直到提取的资产负债表炉门开幕。如果工作表在aquenching工具cooleddown40兆帕下所产生的硬度maximumload可以直接比较的奥氏体化的材料硬度和水淬。随着越来越多的板材厚度为奥氏体化热处理时间增加，有165个为一厚度为1.5毫米heet秒，180秒为1.75毫米和2.5毫米240（图1）秒。由此产生的机械性能得到充分奥氏体化后，随后得到淬火，导致几乎马氏体组织的硼锰钢22MnB5，给出了图。 2 9,10。此外，马氏体材料的全部剩余成形性图2所示，由于高强度低延性后果给出。2.2。替代暖气概念2.2.1。导电加热在传导加热，加热元件是与电源inseries来源。由于thecomponent电阻产生的热量是成正比的传导加热power.The效率因子的损失是直接对blank.Due几何电气线路的空白和饲料串行连接取决于效率因素的定义由两个电阻率。这就是为什么导电加热ismainly用于组件一个有利的长度/ diameterratio如管，棒，线材和带11。然而，这项技术也可用于金属板材成形具体的局部加热。在板料成形领域，传导加热currentlyused atlaboratorylevel，例如材料的研究12。这里的升温速率高的优点是利息。此外，第一做法，有必要作出这一技术在工业应用中使用13。在学术水平上进行了研究中的应用硼合金钢热冲压7和森喜朗提高回弹的超高强度钢andformability 14贝伦斯。朗读2.2.2。感应加热感应加热是一种针对不同的应用完善的技术，如熔炼，回火和散装金属材料加热成型。到现在为止没有任何已知的例子是感应加热金属板材成形的工业用途。类似的导电加热感应加热方法可用于对材料特性的测定15。在加热情况下的热stampinginduction秩序带来的高效益，以避免heatin篦加热时晶粒粗化。因此这种方法是通过成功地为流动曲线的决心和成形极限图Barianiet人的决心。 16-18。感应加热装置由两部分组成，高频发生器和感应线圈，所谓的电感。当电力进行组件或半成品进入电感，电流是诱发它。这是涡流短路和加热，结果而定工作频率，电导率和材料的透气性。在磁性材料还有另外一个作用，即所谓的迟滞损失，由于在该领域的活跃分子材料的振动频率。发电机的频率infiuences的磁场，即低频率导致的高渗透深度和深度高到低频率penetrationdepth。这种效果是应用于表面硬化来定义的硬化层厚度的例子。除其他有三个变种感应线圈可供选择：纵向场，交叉领域，面对电感器（见图3）。电感的形式确定在参考了工件的效率造成了不同程度的磁场的位置。钢板加热到居里在纵向场电感加热过程是由一个93的效率为特征的温度。在铁的居里温度为1041 K时，针对不同钢种之间居里993 K和1018 K表温度的影响。这导致了一个非常强大的，自我调节的进程内的材料（申命记2 K）的温度分布均匀。如需进一步上升的温度感应器是必要的脸，改变磁场的方向。效率系数约为60，温度分布并不像一个纵向电场感应器均匀。暖气，只有一张脸电感会导致偏差超过50光从室温到1223 K表钢板因此，它是用建议的ondable居里温度从第二加热奥氏体化温度的步骤，只面对感应。这导致 10 k为最大温度偏差。3 感应加热方法3.1。方法论对于热冲压两步感应加热设备22MnB5替代开发利用两个电感的好处。该系统包括一个连接的最大功率120千瓦和一个150千瓦的最大试验区（见图4。）连接电源电感面对一个纵向电场电感。运输的空白，实现了一个带有链和空白之间固定连接这是因为在纵向电场电感的磁力必要的（见图4）。链条驱动系统。第一个模块是用于加热到居里温度的空白。图。 6显示了利用22MnB5示例模块加热性能。这两个参数是用来infiuencing国和进给速度的空白。的温度与K型是直接焊接上的空白，以保证短的响应解除权作为饲料速度并没有对所取得的热电偶测量温度的影响，它影响到heatin篦。在对连接电源的依赖材料的具体居里1013度（ 1 K）的温度达到8-10 s.The期限内平均升温速率从纵向电场电感造成68之间的K / S和88 K / s的变化在500至900 K和K表温度范围内最大升温速率可达200 K / s的是达到了。在图。 6由于进给速度的功能代表加热曲线显示，由于本实验的高重复精度。在测量值的标准偏差小于1。作为第二个模块的脸电感要加强与其他210 K的温度从居里温度的加热曲线（图7）形状显示了电感的内部设计。每个线圈反过来导致的温度上升。线圈之间的距离和板材上的效率，从而实现对温度infiuence。如果从20毫米的板材和线圈之间的差距增大到30毫米的效率从60下降到40。因此，表必须在一个固定距离的线圈达到均匀的热量分布的指导。所使用的处理设备指南间隙可以减少到3毫米。因此，在两步感应加热端部最大温度偏差为 10光因此，工艺窗口和所取得的同质的温度分布取决于电感geneity在脸上的质量，因为作为第一个感应精灵是规范与居里温度恒定的过程。最重要的工艺参数赋予的权力和进给速度的组合表上的厚度而定。鉴于对面部的电感和低进给速度导致恒功率组合为薄板厚度熔炼（吨1.5毫米），具有板材厚度增加奥氏体化温度不能达到不增加脸部的电感器。在图7加热曲线显示，在描述对饲料用恒功率电感的脸P值150千瓦的速度表中的最高温度可达依赖。每个实验进行了至少5倍;由于曲线的结果代表的小偏差已被选定。3.2。奥氏体化过程的窗口无涂层的调查与使用1.5毫米厚度22MnB5。标本200毫米 300毫米被加热到1223 K和水淬为120的K / s的冷却速度加热时间为35秒之间变化和60秒图8显示温度序列，三种不同的加热时间与纵向面对电感电感和发展起来的实现。由于感应加热设备的配置，保证在最短加热时间为35秒奥氏体化在更短的加热时间脸上的电感功率太低，无法达到理想的加热时间较长temperature.For，theat“60秒，热分布均匀无法达成，因为加热的空白与纵向电感第一个领域已经暴露在空气中随着时间的结束而国税发空白仍然得到加热。3.3。机械性能对于所描述的替代两步感应加热对热冲压过程周期时间大大缩短瞄准方法资质，实施对感应加热处理过程中图试样的力学性能。 8已经确定。特此单轴拉伸实验，通过光学显微镜的光维氏硬度试验HV10以下和金相分析已经完成。对于每个参数调查了至少五个试运行已经开展。拉伸测试的结果如图总结。 9，综合表。所有的测试都进行了按DINEN 10002。试样的几何形状的EN 482-2如下建议。对发生在试样的拉伸试验变形已记录使用光学测量系统阿拉米斯（墨西哥湾，不伦瑞克）。显示的流量曲线和材料的特性和感应热处理淬火样品在图9随后指出，引进替代两步感应加热的方法是能够引起有关组织所要求的奥氏体向马氏体相变的渴望（图10。）和传统的对流奥氏体asachieved 22MnB5下列机械性能。4 总结和展望。硼合金钢热冲压变得越来越重要，特别是对具有高碰撞性能的身体零部件的生产。为了提高效率，这一技术的新概念，特别是加热，已被找到。一种方法是两步感应加热。在本次调查是证明了对于涂层材料性能可与同类感应加热相比，达到对流加热。对奥氏体以及淬火组件的机械性能等级已被考虑在内。有了这项新技术的加热时间大幅度减少的结果可以达到降低投资成本和加热装置减少地板空间。进一步的调查显示，如果该技术还可以应用于铝硅涂层material.First结果证明，至少到853 K的快速感应加热是可能的。参考文献1霍夫曼小时，前往 klu ，盖拉赫J号，Bruex （2004）光钢性能withInduced可塑性（L型的IP钢）。国际诉讼的IDDRG拉深的研究小组会议，辛德芬根，德国，270-279。2诺伊格鲍尔001俺答笔，盖革男，克莱纳男，Sterzing甲（2006）板料在高温下形成。纪事工程研究所55（2）:793 - 816。3 Faderl J号，Vehof住宅（2005年）按表面硬化钢（小灵通）：一种新的涂层和工艺技术。诉讼的第二届国际会议在钢汽车和卡车，威斯巴登，德国，172-178。4末广等。 （2003年）属性为热成型铝涂层钢，新日铁的技术报告，第16-21。5 Kolleck 001普凡纳秒，沃纳克内啡肽（2007年）按冷却工具的研制淬火硼钢板。第12届国际诉讼的浓度，ference板料，巴勒莫，意大利，225-232。6卡萨斯乙，Latre研发，罗德里格斯氮，瓦尔斯我（2007）订造的刀具材料当前和今后的钣金成型模具热解。继续，第一届国际会议的英格斯对热轧板料成形的高性能钢（转换与CHS2），卡塞尔，23-36。7贝伦斯学士，胡 bner秒，德米尔米（2008）导电热水供暖系统钣金成形。诉讼的第一张国际会议热金属成型钢，卡塞尔，德国，63-68高性能。8森钾，马基秒，田中（2005）温，热冲压超高拉伸强度钢板的使用性能暖气。纪事工程研究所54（1）:209 - 212。9 Merklein男，莱克勒杂志（2008年）测定材料和工艺的Char -acteristics的烫印Quenchenable超高强度过程钢与一个数值过程Design.Paper号2008-0853 SAE的尊重世界大会2008年，底特律，美国。10莱克勒J号，Merklein米（2008）热冲压超高强度钢作为关键技术的轻型结构。诉讼的材料科技会议及T08硕士，美国匹兹堡，1842年至1847年。11 Kolleck 001法伊特001霍夫曼小时，伦茨FJ（2008）替代暖气概念热轧薄板成形。诉讼的第一届国际会议热板料成形的高性能钢（转换与CHS2），卡塞尔，德国,239 - 246。12 MerkleinM，莱克勒J号，GeigerM（2006年）的表征FlowProperties在Quenchenable超高强度钢22MnB5。纪事工程研究所55（1）:229 - 232。13维蒂希甲（2007）在明镜Warmumformung Neue Technologien。 Neue Wege zumwirtschaftlichen Leichtbau，Tagungsband德环境食物局，Kolloquiums Blechverarbei -东，Fellbach的，德国。第55-61。14森钾，斋藤秒，马基（第2008）温，热冲压超高强度钢板。纪事工程研究所57（1）:321 - 324。15 Turetta甲，Bruschi秒，Ghiotti甲（2007年）和力学性能的各向异性22MnB5热冲压业务。在奎托，Chinesta楼（主编）法律程序形成对材料第十Esaform会议。网上有售。16 Bariani公积金，Bruschi秒，Ghiotti甲，Turetta甲（2008）在热成形性能测试冲压高速钢。纪事工程研究所57（1）:265 - 268。17 TurettaA，GhiottiA，Bruschi（2006）Investigationof 22MnB5成形inHot冲压业务。材料加工技术杂志177:396-400。18 Merklein男，莱克勒J号，前往德尔伏，Bruschi秒，Ghiotti甲，Truetta甲（2007）Mechan - iCal的性能和塑料的高强度钢22MnB5 Quenchenable各向异性高温。在Micari楼，盖革男，Duflou J号，希尔瓦尼乙，克拉克001迪洛伦佐001 Fratini L时，（主编）处理的第12届国际会议上板材，祖丰富。跨科技出版有限公司，巴勒莫，意大利，朗读 1 Hu fu mn xiosh, qinwng klu , gi l h J ho,Bruex (2004) gung gng xngnng withInduced ksxng (L xng de IP gng). Guj ssng de IDDRG l shn de ynji xioz huy, xndfn gn, dgu,270-279.2 Nu y g bo r 001 n d b, gi g nn, k li n nn,Sterzing ji (2006) bn lio zi gown xi xngchng. Jsh gngchng ynji su 55(2):793 - 816.3 Faderl J ho,Vehof zhzhi (2005 nin) n biomin ynghu gng (xio lngtng): Y zhng xn de t cng hGngy jsh. Ssng de d r ji guj huy zi gngQch h kch, wi s b dng, dgu,172-178.4 M gung dng. (2003 Nin) shxng wi r chngxng l t cng gng,Xn r ti de jsh bogo, d 16-21.5 Kolleck 001 p fn n mio, w n k ni fi ti (2007 nin) n lngqu gngj de ynzhCuhu png gngbn. D 12 ji guj ssng de nngd,Ference bn lio, b l m, ydl,225-232.6 K s s y,Latre ynf, lu dl g s dn, wr s w (2007) dng zo de doj cilioDngqin h jnhu de bn jn chngxng mj r ji. Jx,D y ji guj huy de yng g s du r y bn lio chngxng de goXngnng gng (zhunhun y CHS2), K si r,23-36.7 Bi ln s xush, h bner mio, d mr m (2008) dodin r shu gng nun xtngBn jn chngxng. Ssng de d y zhng guj huy rJnsh chngxng gng, k si r, dgu,63-68 go xngnng.8 Sn ji, m j mio, tinzhng (2005) wn, r chngy cho goL shn qingd gngbn de shyng xngnng nunq. Jsh gngchng ynji su54(1):209 - 212.9 Merklein nn, lik li zzh (2008 nin) cdng cilio h gngy de Char -Acteristics de tng yn Quenchenable cho go qingd guchngGng y yg shzh guchng Design.Paper ho 2008-0853 SAE de znzhngShji dhu 2008 nin, dtl, migu.10 Lik li J ho,Merklein m (2008) r chngy cho go qingd gng zuwiGunjin jsh de qngxng jigu. Ssng de cilioKj huy j T08 shush, migu pzbo,1842 nin zh 1847 nin.11 Kolleck 001 f y t 001 hu fu mn xiosh, ln c FJ(2008) tdi nunq gininR y bbn chngxng. Ssng de d y ji guj huyR bn lio chngxng de go xngnng gng (zhunhun y CHS2), K si r, dgu,239 - 246.12 MerkleinM, lik li J ho,GeigerM(2006 nin) de biozhng FlowPropertiesZi Quenchenable cho go qingd gng 22MnB5. Jsh gngchng ynji su55(1):229 - 232.13 Wi d x ji (2007) zi mngjng Warmumformung Neue Technologien. Neue Wege zumWirtschaftlichen Leichtbau,Tagungsband d hunjng shw j,Kolloquiums Blechverarbei -Dng,Fellbach de, dgu. D 55-61.14 Sn ji, zhi tng mio, m j (d 2008) wn, r chngy cho go qingdGngbn. Jsh gngchng ynji su 57(1):321 - 324.15 Turetta ji,Bruschi mio,Ghiotti ji (2007 nin) h lxu xngnng de g xing yxng22MnB5 r chngy yw. Zi ku tu ,Chinesta lu (zhbin) fl chngxXngchng du cilio d sh Esaform huy. Wngshng yu shu.16 Bariani gngjjn,Bruschi mio,Ghiotti ji,Turetta ji (2008) zi r chngxng xngnng cshChngy gos gng. J