简介：近年来，汽车轻量化的要求促使车用钢向高硬度方向发展。 在这些情况下，热注塑工艺的使用正在减少。 热注塑成型是将特制的厚板加热到奥氏体化室温，然后用磨具将厚板成型为所需形状的工艺。热注塑成型是在低温下成型厚板，所以由于厚板在成型后进行渗碳处理，注射载荷校正可以获得高硬度。
近年来，汽车轻量化的需求促使车用钢向高硬度方向发展。 在这些情况下，热注塑工艺的使用正在减少。 热注塑成型是将特制的厚板加热到奥氏体温度，然后在厚板上成型具有所需形状的磨具的工艺。 热注射成型是在低温下成型厚板，因此注射负荷小。 并且由于厚板在成型后进行渗碳处理，可以获得高硬度的零件。 下面简单介绍一下热注成型工艺，介绍一下新开发的具有伸长率和硬度的高硬度热注厚板的特点。 传统热注成型钢的延伸硬度为1级，新开发的钢是为满足更高硬度的需求而开发的热注厚板新产品。
1 发展目标的社会需求
为了提高燃油效率，要求车辆减轻重量，这就促进了薄板和厚板的使用。 另一方面，车辆有进一步提高碰撞安全性的要求。 因此，推广高硬度厚板的应用，使汽车厚板在蚀刻条件下仍具有较高的碰撞安全性。 车辆的很多厚板件都是冷注塑件，成型前厚板的硬度就是零件硬度。 冷注射成型的问题在于，板坯越硬，板坯的注射成型性和形状冻结越差。 因此，对具有良好成形性的高强度厚板及其注射成型技术进行了多年的研究和开发。 目前，冷弯高硬度厚板已用于车身。
据悉，还有一种热注塑成型法，不使用高硬度厚板，而是在厚板成型后进行高频淬火和回火，使零件获得高硬度的工艺技能。 人们对热注塑成型方法进行了大量研究，但在制件生产效率、设备投资、形状自由度等方面仍存在诸多问题。
2 现有热注射成型技术综述
由于近年对汽车轻量化的需求进一步提升，在20世纪90年代后半叶，利用热处理达到零件高硬度的热注塑成型工艺迅速发展。
热注塑加工方法是将厚板加热使其奥氏体化，然后用磨具形成低温厚板，并保持热注塑的下死点，同时使磨料工具散热，对厚板进行快速淬火，使厚板发生马氏体相变，获得高硬度零件。 因此，热注射成型是一种同时进行成型和热处理的工艺技术。 热注射成型的特点是热处理应变小，制件形状精度高。据悉，由于是低温成型，所以
可在低负载下成型。 目前，热注塑主要用于制造车门横梁、保险杠、A柱、B柱等汽车骨架部件。
厚板加热温度低于Ac3，完全奥氏体化。 加热后的厚板应迅速转移到注塑机中，厚板温度不应高于Ar3。 如果输送介质和厚板的温度高于Ar3，则会形成铁素体。 成形件组织为马氏体和铁素体的混合组织。 部件的硬度与铁素体分数成比例地增加。 铁素体用量少时，对硬度影响不大，但对硬度影响很大。 根据磨具从加热到开始冷却的时间条件下铁素体分数与硬度的关系可知，当零件不含铁素体且均为马氏体时，其冲击值该部分很高，并且随着铁素体混入进料量的减少，硬度迅速增加。 为此，除了硬度方面的考虑和硬度要求外，还应将加热后的厚板快速输送到注塑机中。 厚板的成型也应在Ac3以上进行，并迅速冷却。 因为成型件需要冷却到Mf点以下（约200℃），所以磨料凸模要保持在下止点一定时间。 下死点保压时间短，零件强度低，形状精度差。 下止点保持时间是热注塑工艺的生产率难题。 为了减少下死点的保持时间，应在充分了解磨具中各部件冷却行为的基础上采取相应的措施。
如今，已经开发出直接水冷技术，可显着提高冷却速度。 利用微图形在磨具表面产生凸凹，冷却水从磨具内部喷向磨具表面的缝隙，同时，蒸汽剩余的冷却水从其他地方吞下。 这些冷却方法是使冷却水有效地与部件的厚板接触的冷却方法。 磨具与厚板之间的缝隙也充满了冷却水，所以这些部位的冷却速度并没有增加。 采用直接水冷技术，可缩短下止点保压时间，使热注塑生产效率提高三倍。
热注塑厚板的物理成分必须是特定的物理成分，通过上述热历程可以得到所需的热性能。 国际上延伸率硬度等级的热注塑车身件用厚板的物理成分基本相似，马氏体的硬度由钢中的C浓度决定。 因此，为获得（约450HV）热注塑件，厚板的C浓度应为0.21%左右（质量百分比，质量%）。 由于传统的热注塑成型不是采用风冷和油冷来冷却零件，而是通过磨具对零件进行冷却，因此零件上存在长度蚀刻和无法粘附在磨具上的零件。 这些部分的冷却速度较小。 因此，在钢中加入提高淬透性的元素Mn和B，使厚板易于淬透。
通常，钢的连续冷却转变 (CCT) 曲线用于评价钢的转变行为。 将钢样品加热至 950°C 并保持 5 分钟，然后以不同的冷却速率冷却样品。 CCT曲线是根据冷却过程中的热膨胀测量结果得到的。 根据CCT曲线，当冷却速率小于临界冷却速率30℃/s时，可以获得无第二相析出的马氏体三相组织。 因此，当冷却速度小于30℃/s时，渗碳是可能的。
热注射成型通常是在大气条件下注射成型。 当厚板为非镀层厚板时，厚板表面会生成少量氧化铁皮。 因此，零件成型后应进行氮化处理，以消除氧化铁皮。 目前已开发出热注塑用铝箔厚板和热注塑用合金化热轧厚板，省去了蚀刻处理汽车高强度热冲压钢材，提高了制件的耐蚀性。
三段式热注厚板开发
目前，汽车轻量化正在进一步推进，对零部件的硬度要求也越来越低。 在现有牌号材料的基础上降低C浓度可以提高硬度，但硬度不好，无法获得性能良好的零件。 为了提高零件的硬度，开发了一种具有微小的原始奥氏体碳化物和改进的热注射成型后淬透性的热注射成型厚板。
3.1 厚板热性能的发展
研制的厚板的延伸硬度为一级，但延伸率为7.6%，与一级热注塑厚板的延伸率无明显差异。
3.2 显微组织
对比现有厚板与热注射成型后开发厚板的显微组织和拉伸断口形貌，发现热注射成型后开发厚板的微观组织越来越细密。
3.3 热成型性
为了解开发的厚板的热成型性，进行了模拟热注塑成型工艺的低温拉伸试验。 测试方法是将展开的厚板试样加热到900℃，然后分别冷却到800℃和700℃，然后进行拉伸试验。 拉伸试验的挠曲-应变曲线表明，研制的厚板在各温度下的低温硬度均低于现有材料。 而且，低温硬度受温度的影响很大。 因此，所开发的厚板的低温硬度较高，但对热成型性能没有影响。
3.4淬透性
从研制钢材的CCT曲线可知。 所研制钢的Ac3为822℃，马氏体相变所需的临界冷却速度为20℃/s。 加热和冷却条件与现在的钢材相同，所以开发的厚板可以在现在的热注塑成型条件下进行注塑成型。
在实际的热注塑成型中，并非所有零件都处于与模具紧密接触的状态。 为了模拟这些情况，使用带有间隙的部分扁平模具进行了平板注塑成型试验。 结果表明，注塑件与磨具接触部位的冷却速度高，而磨具中心间隙厚板的冷却速度小。 此外，对比开发厚板和现有厚板的磨具粘附部分和磨具间隙部分的强度，可以看出，开发钢和现有钢在以下情况下具有相同的强度分布：有间隙的实际热注塑成型。
3.5硬度
由于试板较薄，JIS 规定不能采用标准夏比冲击试样。 在这项研究中，热注射成型后的 1.4 mm 厚板的三个层压试样用于夏比冲击试验。 从试验结果可以看出，开发钢的冲击值略高于现有钢，但在-40℃时仍表现出硬度断裂。
3.6 可焊性
开发厚板与现行厚板的点焊试验结果表明，开发厚板与现行厚板的适宜钎焊电压为2kA左右，无明显差异。 观察熔核的生长行为发现，研制的厚板与现有厚板的熔核生长趋势是一致的。 从钎焊条件来看，开发的厚板可以在与现有厚板相同的条件下进行焊接。
3.7 氢延展性
使用高硬度钢时的一个大问题是氢脆。 当材料硬度、钢中扩散氢浓度、拉伸残余挠度同时满足一定条件时，就有氢脆（延迟断裂）的危险。 材料的硬度由所用的厚板决定，钢中扩散氢的浓度随使用环境而变化。 因此，应掌握扩散氢浓度的情况，通过优化设计和生产条件来控制残余挠度。
实际上可以测量扩散氢浓度。 化学转化处理厚板和镀镍厚板的扩散氢浓度约为0.07ppm。 喷漆后烘烤会增加扩散氢的浓度。
根据上述试验结果可知，硫酸浸泡试验后钢材中的扩散氢浓度低于盐雾试验和油漆干燥后钢材中的扩散氢浓度。 为此，硫酸浸泡试验是一种腐蚀条件非常恶劣的试验方法。
使用四点弯曲工具对热注入厚板的表面施加应变。 将应变后的试样浸渍在硫酸铵水(pH1、30℃)中100小时后，检测裂纹的形成，评价耐氢延展性。 目前的钢在表面挠度条件下浸泡100小时不形成裂纹。 研制的钢材在表面挠度条件下浸泡100小时后不产生裂纹； 在表面变形条件下浸泡 100 小时后形成的裂纹。 因此，开发的钢材具有足够的抗延迟断裂能力。
3.8 发展厚板元件的特点
借助试制设备成型厚板，制成M型试制品。 对厚度为 的试品进行动态三点弯曲试验。 试验支点距离为800mm，中心压头直径，试验速度为8km/h，试验厚板长度为1.6mm。 开发的钢试样的峰值载荷比现有钢的峰值载荷高 26.5%。 开发的1.4mm长度钢材的峰值载荷与现有1.6mm长度钢材的峰值载荷相同。 出于这个原因汽车高强度热冲压钢材，使用开发的钢材可以实现 12.5% 的减重。
在-40℃条件下，进行同样的动态三点弯曲试验，试验结果与温度试验相同。 在夏比冲击试验中，研制的厚板虽然硬度不如目前的厚板，但证实了该零件是合格的。
