【材料知識(shí)】汽車行業(yè)高強(qiáng)鋼板的選用和及常見問題

目前全世界擁有6.25億輛汽車,這將造成消耗大量的能源,大量的排放,環(huán)境的污染。傳統(tǒng)的高強(qiáng)鋼板,其強(qiáng)度等級(jí)很難突破600MPa。即使通過添加大量合金元素來提高其強(qiáng)度,也會(huì)出現(xiàn)焊接性能不良等問題,從而影響其使用。

在汽車制造中,使用超高強(qiáng)度鋼薄板材料后,車身重量會(huì)下降20%左右,整車重量會(huì)下降3至5%,轎車的燃油消耗下降2%左右,轎車的廢氣排放情況也會(huì)有所改善。新材料及其相應(yīng)新工藝中的制定板材技術(shù)、智能化沖壓技術(shù)和激光技術(shù)等,使現(xiàn)代車身制造技術(shù)產(chǎn)生了一個(gè)新的飛躍。

一、汽車用超高強(qiáng)度鋼的類型及其用途

汽車車身用超高強(qiáng)度鋼薄板,主要包括:雙相鋼(DP)、相變誘導(dǎo)塑性鋼(TRIP)、復(fù)相鋼(CP)和馬氏體鋼(MS)等等。這類鋼主要通過相應(yīng)的相變來強(qiáng)化組織結(jié)構(gòu),達(dá)到相對(duì)的超高強(qiáng)度(強(qiáng)度范圍500至1500MPa),并且具有較高的疲憊強(qiáng)度、成型塑性、碰撞吸收性能、高的減振減重潛能和低的平面各向異性等優(yōu)點(diǎn)。

表1汽車用超高強(qiáng)度鋼的類型及其用途
汽車用超高強(qiáng)度鋼的類型及其用途

二、超高強(qiáng)度鋼的加工工藝

新材料特性必然產(chǎn)生新的加工工藝,新的加工工藝是新材料正確使用的根本保證。目前,汽車用超高強(qiáng)度鋼板生產(chǎn)有如下特殊加工工藝。

1、定制板材工藝
定制板材工藝

2、沖壓智能化技術(shù)
沖壓智能化技術(shù)

3、液壓成型技術(shù)
液壓成型技術(shù)

板料零件的液壓膨脹成型屬于內(nèi)高壓液壓成型。

4、激光成型和激光技術(shù)

用激光照射板料的表面某處,該處被瞬間加熱至高溫,同時(shí),加熱區(qū)的熱膨脹使板料產(chǎn)生與激光源相反方向的彎曲,冷卻后成型,或者在激光加熱時(shí)沖壓成型。因此,激光成型技術(shù)適適用于受結(jié)構(gòu)限制時(shí)工具無法靠近、沖壓力較小的情況下進(jìn)行。

5、變壓邊力技術(shù)

傳統(tǒng)的恒定壓邊力成型往往難以控制鈑金件起皺、厚度減薄量過大和開裂這幾種缺陷,為此,提出了在不同變形特點(diǎn)的成型階段設(shè)置不同的壓邊力,可以利用材料的成型性能,提高零件的成型質(zhì)量,從而提高產(chǎn)品的合格率。

三、汽車用高強(qiáng)鋼在生產(chǎn)和使用中的主要問題

1、高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)技術(shù)問題及解決方案

表2高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)技術(shù)問題及解決方案
高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)技術(shù)問題及解決方案

2、高強(qiáng)鋼使用過程中的主要問題

①高強(qiáng)鋼的成形問題

高強(qiáng)鋼的塑性較差,變形時(shí)易開裂,變形抗力大,成形后的回彈也大,零件尺寸精度不良。通過高強(qiáng)鋼板的激光拼焊板,使變形較大的部位由軟鋼或成形性較好的高強(qiáng)鋼來承受,而變形量較小或需要承受較大負(fù)荷的部位則使用強(qiáng)度等級(jí)較高的高強(qiáng)鋼。除此之外,研發(fā)了新的成形技術(shù),如液壓成形、溫成形和熱沖壓成形等。

②高強(qiáng)鋼的焊接問題

由于生產(chǎn)工藝技術(shù)不同,其合金元素的添加量也要有所不同。當(dāng)冷卻速度較低時(shí),必須添加較多的合金元素,但也會(huì)引起焊接性能惡化。對(duì)于高強(qiáng)鋼涂鍍產(chǎn)品來說,涂鍍層成分及其組織結(jié)構(gòu)和鍍層厚度均影響其焊接性能。

③高強(qiáng)鋼的涂裝問題

高強(qiáng)鋼合金元素的表面富集和氧化則影響其涂裝性能。涂鍍層化學(xué)成分及鍍層表面形貌等也影響材料的涂裝性能。通過熱處理過程中爐內(nèi)氣氛控制,來控制高強(qiáng)鋼合金元素的表面富集和氧化,從而改善高強(qiáng)鋼涂裝性能。采用酸洗方法將擴(kuò)散到鍍層表面的合金元素清洗干凈,然后電鍍一層極薄的鎳,以改善其涂裝性能。

總結(jié):
高強(qiáng)鋼汽車板是今后汽車板發(fā)展的主流,大量使用高強(qiáng)鋼是解決汽車減重、節(jié)能、安全、環(huán)保的重要途徑,與鋁合金及鎂合金相比具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。目前,需要進(jìn)一步研究TRIP鋼的微觀機(jī)理增加其延展性,積極探索冷軋及熱軋TWIP鋼的商業(yè)化生產(chǎn),加強(qiáng)DP鋼和TRIP鋼烘烤硬化特性及微觀機(jī)理研究,此外,還要加強(qiáng)成形過程的數(shù)值模擬技術(shù)開發(fā)等。

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