热冲压AISI 4140钢的奥氏体化温度测定



热冲压AISI 4140钢的奥氏体化温度测定

高强度钢材料是汽车车体的理想材料，其有助于减轻车辆质量，同时提高乘员安全，但高强度钢材料的成形性一般都很差。具有可控微观结构成分的钢材料已被应用，其在热压后既能达到足够的强度，同时又能在处理过程中保持较好的成形性。研究了在不同奥氏体化温度热压条件下微观结构的进化和变化对AISI 4140钢板力学性能的影响。为了选取合适的奥氏体化温度，将该结果与冷加工以及冷加工结合淬火回火加工的结果相比较。对比结果显示，1000℃和1100℃的奥氏体化温度最适合3mm厚度AISI 4140钢板的热压，该温度下的马氏体组织所得的屈服和抗拉强度分别为1.3、2.1GPa。所得结果都比常规的热冲压硼钢在强度与拉伸性方面更有优势。

为了满足安全性与达到减小宽度的目的，在汽车制造中使用高强度钢材料的需求增多。这些钢材料常温下延展性很低，需要在高温下通过冷变形以增加延展性。在这些情况下，制造汽车部件（如B柱的内侧防撞梁）常使用热冲压技术。在这个过程中钢板在高温下奥氏体化，随后在低温下淬火，使其奥氏体在微观结构上发生马氏体转化。冷变形过程持续到整块钢板冷却。热冲压技术的优势如下：①未来制造汽车部件可能使用优质高强度钢板；②使用薄钢板可以减轻压制成形部分的质量③抗反弹带来优良的形状稳定性；④简化重塑过程；⑤处理后的钢材料具备更高的强度和韧性。

在热冲压过程中奥氏体化是一个重要的过程，其决定了经过处理的钢材的微观结构，也决定了钢材的最终性能。因此对于一个成功的热冲压过程，奥氏体处理的设计必须合理。奥氏体化温度和时间是热冲压过程两个非常严格的参数，必须严格选择才能获得大块的马氏体微结构，这种结构通常会带来更好的力学性能。所以，为了确定热冲压过程奥氏体化的合适温度与时间，进行了微观结构试验。

在诸如22MnB5等硼钢板上已进行了大量热冲压试验。然而在热冲压过程中可能使用更普遍的钢种，本次研究采用AISI 4140钢板和U型扳工具。选取AISI钢板是缘于其硬度及其在汽车制造中的广泛应用。本次试验的目的是为热冲压AISI 4140选择合适的奥氏体化温度。热冲压作为传统冷重塑钢板普通热加工（淬火回火）的替代，结果表明热冲压可以使钢板得到更好的力学性能。为了得到合适的奥氏体化温度，对不同条件下钢板力学性能和微观结构进行研究，并与冷加工加淬火的样本对比。

最后为了更好地评价试验结果，将以上结果与硼钢对比。

3mm厚AISI 4140钢板的热冲压试验分别在800、900、1000、1100℃奥氏体化温度的条件下进行。同时制备了冷弯曲板B片，并进行淬火和回火处理。所有样本都进行了显微硬度测试、拉伸测试、微观结构评估，并得出以下结论。

（1）奥氏体化温度是利用热冲压手段得到适当力学性能的马氏体微观结构的重要参数。3mm 的AISI 4140钢板经过1000℃和1100℃的奥氏体化温度处理后力学性能好于冷冲压+热处理工艺。这表明AISI 4140钢板热冲压在这些奥氏体化温度下可以代替冷变形AISI 4140钢板的淬火热处理。

（2）在合适的奥氏体化温度热冲压后，AISI 4140钢板的强度和伸长率组合优于传统的热冲压硼钢，可以很好满足汽车工业同时追求合适强度和伸长率的需求。

（3）由于本次研究的淬火和成形步骤没有同时完成（有3s的间隔），因此3mm厚AISI 4140钢板利用更低奥氏体化温度同时成形淬火会得到更理想的结果。

刊名：Journal of Materials Engineering and Performance（英）

刊期：2014年第4期

作者：Pedram Samadian et al

编译：王维