基于模擬試驗對熱沖壓固體潤滑劑摩擦特性的研究

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基于模擬試驗對熱沖壓固體潤滑劑摩擦特性的研究

由于汽車車身的輕量化設計可以減輕汽車車身質量、降低能源消耗，因此越來越多的高強度鋼板被應用在汽車車身上。由于適用于普通鋼板的成形技術不能直接用于高強度鋼板，因而能夠形成強度超過1500MPa零部件的熱沖壓技術越來越受到汽車制造行業的關注。熱沖壓成形技術是先將以鐵素體/珠光體為主的鋼板（強度400MPa）加熱至達到奧氏體化狀態；之后快速轉移到模具中高速沖壓成形，在保證一定壓力的情況下，制件在模具中進行淬火處理；最終獲得具有均勻馬氏體結構的超高強度鋼零件，通常強度超過1500MPa。在熱沖壓成形過程中，產生模具磨損是一個常見的問題。模具材料特性、負荷條件和溫度都會影響模具的磨損。過高的溫度可能改變模具的力學特性、附著特性等，在很大程度上影響模具的磨損。對熱沖壓成形過程的摩擦特性進行研究，分析了高溫環境下使用固體潤滑劑改善模具摩擦特性和減少模具磨損的可行性。

目前，熱沖壓成形過程中使用的潤滑劑為石墨水溶液，這約增加20%的制造成本，且潤滑過程將產生環境污染。選擇了3種固體潤滑劑代替傳統的石墨水溶液，3種潤滑劑均為德國克魯勃公司生產，型號分別為S04-807、S08-107、S10。試驗樣本選擇西班牙ARCELOR鋼鐵公司生產的汽車行業常用的22MnB5合金鋼板，厚度為1.5mm。未涂裝的22MnB5合金鋼板在移到模具過程中不可避免地會被暴露在空氣中，從而導致鋼板表面過度的氧化和脫碳。因此，試驗前對鋼板進行涂裝，涂裝材料選擇硅含量約為10%～13%的鋁-硅涂層，涂層厚度約為23～32μm。熱沖壓前將鋼板加熱至850～950℃，之后快速將其移到模具中進行熱沖壓。沖壓成形后，維持20MPa接觸壓力時間為3～5s，以得到所需部件。使用HV0.5維氏硬度計測量熱沖壓成形后部件的表面硬度，并采用掃描電子顯微鏡對模具表面進行磨損觀察。結果表明，固體潤滑劑可以很好地平衡和控制熱沖壓成形過程中的摩擦因數，這將大幅降低模具在高溫環境下的磨損。

刊名：Tribology International（英）

刊期：2014年第74期作者：A.Tomala

編譯：陳丁躍