熱沖壓AISI 4140鋼的奧氏體化溫度測定

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熱沖壓AISI 4140鋼的奧氏體化溫度測定

高強度鋼材料是汽車車體的理想材料，其有助于減輕車輛質量，同時提高乘員安全，但高強度鋼材料的成形性一般都很差。具有可控微觀結構成分的鋼材料已被應用，其在熱壓后既能達到足夠的強度，同時又能在處理過程中保持較好的成形性。研究了在不同奧氏體化溫度熱壓條件下微觀結構的進化和變化對AISI 4140鋼板力學性能的影響。為了選取合適的奧氏體化溫度，將該結果與冷加工以及冷加工結合淬火回火加工的結果相比較。對比結果顯示，1000℃和1100℃的奧氏體化溫度最適合3mm厚度AISI 4140鋼板的熱壓，該溫度下的馬氏體組織所得的屈服和抗拉強度分別為1.3、2.1GPa。所得結果都比常規的熱沖壓硼鋼在強度與拉伸性方面更有優勢。

為了滿足安全性與達到減小寬度的目的，在汽車制造中使用高強度鋼材料的需求增多。這些鋼材料常溫下延展性很低，需要在高溫下通過冷變形以增加延展性。在這些情況下，制造汽車部件（如B柱的內側防撞梁）常使用熱沖壓技術。在這個過程中鋼板在高溫下奧氏體化，隨后在低溫下淬火，使其奧氏體在微觀結構上發生馬氏體轉化。冷變形過程持續到整塊鋼板冷卻。熱沖壓技術的優勢如下：①未來制造汽車部件可能使用優質高強度鋼板；②使用薄鋼板可以減輕壓制成形部分的質量③抗反彈帶來優良的形狀穩定性；④簡化重塑過程；⑤處理后的鋼材料具備更高的強度和韌性。

在熱沖壓過程中奧氏體化是一個重要的過程，其決定了經過處理的鋼材的微觀結構，也決定了鋼材的最終性能。因此對于一個成功的熱沖壓過程，奧氏體處理的設計必須合理。奧氏體化溫度和時間是熱沖壓過程兩個非常嚴格的參數，必須嚴格選擇才能獲得大塊的馬氏體微結構，這種結構通常會帶來更好的力學性能。所以，為了確定熱沖壓過程奧氏體化的合適溫度與時間，進行了微觀結構試驗。

在諸如22MnB5等硼鋼板上已進行了大量熱沖壓試驗。然而在熱沖壓過程中可能使用更普遍的鋼種，本次研究采用AISI 4140鋼板和U型扳工具。選取AISI鋼板是緣于其硬度及其在汽車制造中的廣泛應用。本次試驗的目的是為熱沖壓AISI 4140選擇合適的奧氏體化溫度。熱沖壓作為傳統冷重塑鋼板普通熱加工（淬火回火）的替代，結果表明熱沖壓可以使鋼板得到更好的力學性能。為了得到合適的奧氏體化溫度，對不同條件下鋼板力學性能和微觀結構進行研究，并與冷加工加淬火的樣本對比。

最后為了更好地評價試驗結果，將以上結果與硼鋼對比。

3mm厚AISI 4140鋼板的熱沖壓試驗分別在800、900、1000、1100℃奧氏體化溫度的條件下進行。同時制備了冷彎曲板B片，并進行淬火和回火處理。所有樣本都進行了顯微硬度測試、拉伸測試、微觀結構評估，并得出以下結論。

（1）奧氏體化溫度是利用熱沖壓手段得到適當力學性能的馬氏體微觀結構的重要參數。3mm 的AISI 4140鋼板經過1000℃和1100℃的奧氏體化溫度處理后力學性能好于冷沖壓+熱處理工藝。這表明AISI 4140鋼板熱沖壓在這些奧氏體化溫度下可以代替冷變形AISI 4140鋼板的淬火熱處理。

（2）在合適的奧氏體化溫度熱沖壓后，AISI 4140鋼板的強度和伸長率組合優于傳統的熱沖壓硼鋼，可以很好滿足汽車工業同時追求合適強度和伸長率的需求。

（3）由于本次研究的淬火和成形步驟沒有同時完成（有3s的間隔），因此3mm厚AISI 4140鋼板利用更低奧氏體化溫度同時成形淬火會得到更理想的結果。

刊名：Journal of Materials Engineering and Performance（英）

刊期：2014年第4期

作者：Pedram Samadian et al

編譯：王維