一種高強度扭力梁橫梁的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高強度扭力梁橫梁的制作方法，屬于汽車配件技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球汽車保有量的不斷增加及生態(tài)環(huán)境的日益惡化，如何減少汽車的碳排放成為世界各國汽車行業(yè)的首要解決問題。而汽車的自重則跟油耗、碳排放有直接的關(guān)系，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):汽車自重每減輕10%，其油耗可降低8%-10%，因此汽車的輕量化則是解決這一問題的有效方法之一。而高強度鋼的運用，可以在保證汽車零部件的結(jié)構(gòu)強度，滿足碰撞要求的同時，能夠有效降低零件的厚度，實現(xiàn)對汽車零部件的輕量化。
[0003]汽車扭力梁橫梁是汽車的底盤零部件，在進(jìn)行設(shè)計及材料選擇時，需要同時考慮零件的強度及疲勞耐久性能(疲勞極限)。目前，汽車扭力梁橫梁通常有兩類型:閉口梁和開口梁，而開口梁相對于閉口梁來說，在滿足同樣性能要求的基礎(chǔ)上，開口梁的重量要增加2kg_5kg。因此，目前在制造扭力梁橫梁時，基于強度，疲勞耐久及輕量化的考慮，通常采用高強度鋼作為原料，采用內(nèi)高壓成形獲得閉口式扭力梁橫梁。
[0004]扭力梁橫梁內(nèi)高壓成型工藝一般工藝加工流程如下:制管:通過制管設(shè)備，將高強度鋼板彎曲成所需要的尺寸的圓管，隨后通過高頻焊機進(jìn)行焊接，從而獲得一根閉合截面的圓管;預(yù)成型:通過人工或機器人將管件放置冷成形模具中，通過冷沖壓的方式獲得具有大致形面的半成品件；內(nèi)高壓成形:將半成品件放置內(nèi)高壓成型模具中，通過管件內(nèi)外部的沖液，加壓，成形，從而獲得最終零件形貌。如韓聰?shù)热税l(fā)表的預(yù)制坯形狀對扭力梁內(nèi)高壓成形的影響分析(材料科學(xué)與工藝，第19卷，第4期，2011年8月)通過采用高強度的鋼板坯料制成圓管，然后再進(jìn)行預(yù)成型處理和內(nèi)高壓成型，得到最終的高強度扭力梁橫梁。雖然，該方法能夠獲得一定強度的扭力梁橫梁，然而，隨著材料強度的提高，獲得閉口式扭力梁橫梁所需裝備的載荷及模具的要求也逐漸增大，模具的磨損加劇，易造成模具使用壽命的降低和零件的成品率降低等問題，因此，現(xiàn)有的采用內(nèi)高壓成型的強度最大也大多是只能達(dá)到780MPa左右，而為了滿足成品率的要求一般也只采用強度在600MPa的鋼板材料，而該文獻(xiàn)中為了得到較高強度的成品是通過對預(yù)成型加工工序的改進(jìn)來實現(xiàn)，但其也只能達(dá)到428MPa左右的強度性能。由于材料的強度無法提高，又導(dǎo)致扭力梁無法滿足最初的設(shè)計要求，疲勞循環(huán)次數(shù)也無法達(dá)到要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種高強度扭力梁橫梁的制作方法，解決的問題是如何實現(xiàn)提高材料的強度性能和耐疲勞的效果。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)的，一種高強度扭力梁橫梁的制作方法，該方法包括以下步驟:
[0007]A、制管:選取微觀組織為鐵素體和珠光體雙相組織的鋼板坯料，根據(jù)扭力梁橫梁的尺寸大小，通過制管機進(jìn)行卷曲成相應(yīng)尺寸的圓管，再進(jìn)行焊接，使獲得閉合的圓管；
[0008]B、預(yù)成型:將上述閉合的圓管進(jìn)行冷沖壓成型，使獲得具有扭力梁橫梁形面的扭力梁橫梁半成品；
[0009]C、內(nèi)高壓成型:將獲得的扭力梁橫梁半成品再通過內(nèi)高壓成型加工，得到成型后的扭力梁橫梁；
[0010]D、熱加工:使得到的成型后的扭力梁橫梁在溫度為900°C?980°C的條件下進(jìn)行熱加工處理，然后，進(jìn)行冷卻淬火，獲得高強度的扭力梁橫梁。
[0011]本發(fā)明的高強度扭力梁橫梁的制作方法，由于采用微觀組織為鐵素體和珠光體雙相組織的鋼板坯料為原材料，相比于高強度的鋼板，由于所選用的原材料具有較低的強度，使具有較高的延伸率，實現(xiàn)無需增加成型設(shè)備的載荷，就能夠滿足預(yù)冷沖壓成型和內(nèi)壓成型的要求，從而能夠減少模具磨損，保證了模具的精度要求，從而使具有較高的成品率要求;但另一方面，由于采用較低強度的鋼板其通過內(nèi)高壓成型后的產(chǎn)品的強度還較低，為了解決該問題，本發(fā)明通過對內(nèi)高壓成型后的產(chǎn)品進(jìn)行熱加工處理，通過使其在900°c?980°C的條件下進(jìn)行處理，然后，再經(jīng)過淬火過程，從而使其微觀組織發(fā)生轉(zhuǎn)化，最終獲得均勻的馬氏體組織，從而使得到的扭力梁橫梁具有相當(dāng)高的力學(xué)性能，抗拉強度能夠達(dá)到1500MPa以上，屈服強度能夠達(dá)到100MPa以上，從而也就提高了扭力梁橫梁的疲勞耐久性能，而由于強度性能的提高，從而使能夠滿足扭力梁橫梁的疲勞耐久要求的基礎(chǔ)上，還能夠降低所選鋼板坯料的厚度，也實現(xiàn)了對產(chǎn)品輕量化的要求。
[0012]在上述的高強度扭力梁橫梁的制作方法中，作為優(yōu)選，步驟A中所述鋼板坯料主要由以下成分的質(zhì)量百分比的原料組成:
[0013]C:0.2wt%?0.3wt% ；Mn: 1.2wt%?l.5wt% ；S1:0.3wt%?0.5wt% ；Cr:0.1wt%?0.2wt% ；Nb:0.0Olwt%?0.002wt% ;B:0.001wt% ?0.005wt% ；余量為鐵。米用上述鋼板坯料不僅具有較好的成型性能，使預(yù)冷沖壓成型和內(nèi)高壓成型能夠有效的完成，同時，也是為了使后續(xù)的熱加工過程中能夠使鋼板坯料的微觀組織能夠更好的轉(zhuǎn)化成馬氏體組織，實現(xiàn)有效提高抗拉強度和疲勞耐久性的效果。作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述Mn的質(zhì)量百分比為1.3wt%?l.35wt%。保證延展性的同時，又能夠充分的提高材料的抗拉強度性能，能夠與加入的B起到較好的協(xié)同作用，作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述B的質(zhì)量百分比為0.003wt %?0.004wt%。當(dāng)然，上述材料各元素之間是相互共同作用才能夠有效的達(dá)到本發(fā)明的效果，具有較高的抗拉強度性能和疲勞耐久性。
[0014]當(dāng)然，上述材料中的C能夠有效的提高鋼板的焊接性能，又能夠使微觀組織中能夠充分使奧氏體殘留，有利于后續(xù)熱處理后更好的轉(zhuǎn)化成馬氏體來提高抗拉強度性能。上述Si的加入能夠有效抑制有害碳化物的生成，使鋼板具有較好的延展性能。上述Nb和Cr的加入能夠進(jìn)一步使鋼得到強化，提高鋼材料的延展性能。
[0015]在上述的高強度扭力梁橫梁的制作方法中，作為優(yōu)選，步驟A中所述鐵素體的面積率為40%?85% ;所述珠光體的面積率為15%?60%。通過使微觀組織中的鐵素體面積率和珠光體的面積率進(jìn)行控制，目的是為了使鋼板具有較好的延展性能，使采用普通的預(yù)成型設(shè)備和模具即可實現(xiàn)成型，同時，也是為了使后續(xù)能夠更好的轉(zhuǎn)化成馬氏體微觀組織，使具有較高的抗拉強度和疲勞耐久性。作為進(jìn)一步的優(yōu)選，步驟A中所述鐵素體的面積率為55 %?80 % ；所述珠光體的面積率為20 %?45 %。
[0016]在上述的高強度扭力梁橫梁的制作方法中，作為優(yōu)選，步驟B中所述冷沖壓成型的溫度為25°C?35°C。通過進(jìn)行冷沖壓成型目的是為了能夠使后續(xù)的變形更均勻和壁厚的分布，從而使最終產(chǎn)品使各個區(qū)域均具有較好的的強度性能。
[0017]在上述的高強度扭力梁橫梁的制作方法中，作為優(yōu)選，步驟D中所述熱加工處理的溫度為930°C?950°C。目的是為了使微觀組織能夠更有效的從初始的鐵素體和珠光體雙相組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體組織，從而使經(jīng)過淬火后更有效的轉(zhuǎn)化成馬氏體組織，使具有較好的抗拉強度性能和疲勞耐久性能。
[0018]綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
[0019]本發(fā)明的高強度扭力梁橫梁的制作方法，通過采用低強度的鋼板坯料作為原材料，使具有較高的延伸率，實現(xiàn)無需增加成型設(shè)備的載荷，就能夠滿足預(yù)冷沖壓成型和內(nèi)壓成型的要求，從而能夠減少模具磨損，保證了模具的精度要求，從而使具有較高的成品率要求，同時，通過結(jié)合熱加工處理從而具有較好的抗拉強度性能和疲勞耐久性能，實現(xiàn)抗拉強度能夠達(dá)到1500MPa以上，屈服強度能夠達(dá)到lOOOMPa以上。
【具體實施方式】
[0020]下面通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明，但是本發(fā)明并不限于這些實施例。
[0021]實施例1
[0022]本實施例中所選用的鋼板坯料主要由以下成分的質(zhì)量百分比的原料組成:
[0023]C:0.2wt% ；Μη: 1.5wt% ；Si:0.3wt% ；Cr:0.lwt% ；Nb:0.002wt% ；B:0.005wt% ；
余量為鐵。
[0024]本實施例中高強度扭力梁橫梁可以采用以下方法制作得到:
[0025]選取微觀組織為鐵素體和珠光體雙相組織的鋼板坯料，根據(jù)扭力梁橫梁的尺寸大小，通過制管機將鋼板坯料進(jìn)行卷曲，獲得所需要的直徑尺寸的相應(yīng)圓管，隨后采用高頻焊機再進(jìn)行焊接，當(dāng)然也可以采用其它方式進(jìn)行焊接成形，獲得截面呈閉合的圓管;然后，將上述截面呈閉合的圓管通過人工或機械手放置到預(yù)冷沖壓成型機模具中，在常溫條件下進(jìn)行冷沖壓成型，使獲得具有扭力梁橫梁形面的扭力梁橫梁半成品；將獲得的扭力梁橫梁半成品再通過內(nèi)高壓成型加工，得到成型后的扭力梁橫梁;最后，將得到的成型后的扭力梁橫梁放入馬弗爐中進(jìn)行加熱，控制溫度為900°C的條件下進(jìn)行熱加工處理15-20分鐘，使成型后的扭力梁橫梁中的微觀組織從初始的鐵素體加珠光體的雙相組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體組織，加熱保溫結(jié)束后，將成型后的扭力梁橫梁放入淬火池中進(jìn)行冷卻淬火處理，冷卻介質(zhì)為淬火油，冷卻淬火目的是為了使微觀組織進(jìn)一步發(fā)生馬氏體相變，獲得均勻的全馬氏體組織，即獲得高強度且具有疲勞耐久性能的扭力梁橫梁。將得到的扭力梁橫梁進(jìn)行強度性能測試，具體為抗拉強度能夠達(dá)到1600MPa，屈服強度能夠達(dá)到1 lOOMPa。
[0026]實施例2
[0027]本實施例中所選用的鋼板坯料主要由以下成分的質(zhì)量百分比的原料組成:
[0028]C:0.3wt% ；Μη: 1.2wt% ；Si:0.5wt% ；Cr:0.2wt% ；Nb:0.001wt% ；B:0.002wt% ；
余量為鐵。
[0029]本實施例中高強度扭力梁橫梁可以采用以下方法制作得到:
[0030]選取微觀組織為鐵素體和珠光體雙相組織的鋼板坯料，根據(jù)扭力梁橫梁的尺寸大小，通過制管機將鋼板坯料進(jìn)行卷曲，獲得所需要的直徑尺寸的相應(yīng)圓管，隨后采用高頻焊機再進(jìn)行焊接，當(dāng)然也可以采用其它方式進(jìn)行焊接成形，獲得截面呈閉合的圓管;然后，將上述截面呈閉合的圓管通過人工或機械手放置到預(yù)冷沖壓成型機模具中，在25°C條件下進(jìn)行冷沖壓成型，使獲得具有扭力梁橫梁形面的扭力梁橫梁半成品；將獲得的扭力梁橫梁