H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y
钢板热成型技术在汽车覆盖件中应用的
可行性研究
院系：电气学院
班级：
姓名：
学号：
指导教师：王少纯
设计时间：2013-12-1
哈尔滨工业大学
摘要
由于近年来环保意识的提升，汽车业为了降低油耗并且提高汽车行驶的安全性，全球各大汽车厂商均致力于采用高强度钢板以达到减轻车身自重与环保的目的。然而，刚强度钢板在冲压成形过程中容易产生回弹、扭曲等难以预测的现象，导致成形十分困难。因此，热成型技术应运而生。用来进行热成型的超高强度钢板主要是硼钢，而22MnB5钢板是热成型广泛应用的超高强钢板。热成型过程是将强度为200~300MPa 的钢板加热之后快速转移到模具中成形的过程。由于热成型过程中有保压淬火过程，使钢板的组织结构转变为马氏体，这样最终零件的强度可到达1400MPa 以上。而且，热成型可以解决回弹、扭曲等冷冲压难以解决的问题。由此可见热成型技术是未来汽车结构件重要的成形技术。本文主要通过查阅文献资料，介绍热成型常用的材料、热成型工艺等。
车门防撞梁作为车门内部重要的车身结构件，在汽车发生侧面碰撞时，能够大大减轻车门的变形程度，从而减少汽车撞击对车内乘员的伤害，所以要求防撞杆有较高的强度；同时，车门作为开闭件，不能过于笨重，防撞梁的重量也应该得到控制，为了满足这两方面的要求，防撞梁采用热成形件是比较理想的选择。本文通过热冲压车门防撞梁比较研究，探究了其材料性能、成形性能、抗弯性能和吸能性能等，以及通过对车身B柱钢板热成型技术可行性分析研究，得到了许多重要的结论。
关键词：钢板热成型技术22MnB5 车门防撞梁B柱
一、高强度钢板的发展
钢铁作为汽车件耐用、安全、低成本的保证，使用率在70%左右。传统的汽车用钢强度只有600MPa，为保证汽车行驶的安全性，原有工艺必须以牺牲整车重量，增大钢板厚度为代价。高强钢的使用可以将传统汽车用钢厚度1.0-1.2mm减薄至0.7-0.8mm,整车减重15%-20%。2013年国家“3.15”曝光的江淮汽车覆盖板生锈事件，就是由于汽车厂商为了降低生产成本，将本应该使用镀锌板或者防腐高强度钢板制造的车身覆盖件替换为普通薄钢板，造成生锈问题的发生。近年来，铝镁合金、碳纤维等轻质材料的使用也对汽车用钢构成了严重挑战，虽然轻质材料具有重量轻，强度高，成形性好等优点，但是由于生产和制造成本较高，其应用还未全面普及。如果车用钢板的抗拉强度能够达到780MPa以上，那么就能够以优良的性价比来对抗其他材料的冲击。因此，高强度钢板在这一背景下应运而生。下图是高强度钢板的发展历程。
强塑积（静态韧度）是表征材料强靭性水平的综合性能指标，其大小是通过材料抗拉强度与断裂延伸率的乘积计算得到。目前高强度钢板根据强塑积的大小可以分为以下几类。强塑积在25GPa%W下的称为第一代高强度钢板，包括传统钢、双相钢（DP)、复相钢（CP)、相变诱发塑性钢（TRIP)、马氏体钢(MS-W)、铁素体-贝氏体钢（FB-W)、高强度低合金钢
（HSLA)、高强度钢（HSS)、先进高强度钢板（AHSS)等；强塑积能够达到50GPa%W上的称为第二代高强度钢板，包括剪切带诱发塑性钢（SBIP)、微带诱发塑性钢（MBIP)、孪生诱发塑性钢（TWIP)、高猛孪晶诱发塑性钢（X-IP〉、轻量化诱发塑性钢（L-IP)等；强塑积在25?50GPa%t间的称为第三代高强度钢板，比如Q&P钢，TG钢，超级贝氏体TRIP钢（SB-TRIP)等。虽然第二代高强度钢板具有更高的强塑积，但是由于其制造和生产成本过高，所以使用并未普及，也因此世界各大厂商都在加紧对性价比更高的第三代高强度钢板的开发和研制。第一代高强度钢板因为具有良好的性价比已经被各大车厂广泛应用于汽车B 柱、防撞梁等结构件的热成形制造。
TWIP钢又叫孪生诱发塑性钢，因其由形变率晶诱发高塑性和高强度而得名。它作为第二代高强度钢板的代表之一，应用相对广泛。TWIP钢的抗拉强度在600MPa左右，延伸率能够达到80%以上，具有优良的深冲性和吸能性，强塑积是第一代高强度钢板的两倍以上，但是由于制造困难，经济性差，工艺难度大，因而使用受到了限制。
Q&P钢是在淬火碳分配新工艺下制造的第三代高强度钢板，因而也叫淬火碳分配钢，其抗拉强度在800-1500MPa之间，延伸率能够达到以Q&P钢为代表的第三代高强度钢板优异的力学性能和成形性能已经得到了各大钢铁企业的广泛关注，国内宝钢、鞍钢等企业也已经开始了对第三代高强度钢板的开发和研制。相信在不久的将来，以Q&P钢为代表的第三代高强度钢板就能够以更加完美的性能和性价比为节能、安全、环保的汽车轻量化主题做出重大贡献。
如图所示为大众帕萨特车身典型的高强度钢板应用情况。近年来，国内外大型钢铁公司如日本的新日铁、神户，韩国的浦项，德国的蒂森克虏伯、卢森堡的安赛洛米塔尔等公司开发出一些列超高强度可淬火硼钢，如DP600、CP980、22MnB5以及表面覆有Al-Si涂层的USIBOR1500P等，我国宝钢、鞍钢等企业也开发出一系列用于热成形制造的高强度钢板。该类钢材含有Mn、Cr、B、Ti、Mo等合金元素，能够有效抑制珠光体、铁素体的转化，有助于马氏体、贝氏体的产生。
22MnB5材料作为淬回火钢的一种，是第一代高强度钢板的代表，它己经普遍应用于热成形产品的制造之中。由于此钢是在碳猛钢中加入了少量的硼元素，使其固溶在奥氏体晶界处，铁素体珠光体等软质组织的形核得到抑制，淬火相变产生马氏体贝氏体类的硬质组织，从而大大提升了材料的强度。因为这一特点，22MnB5也被叫做“硼钢”。硼钢板厚度在1-3mm 之间，下图所示为2mm厚的22MnB5冷乳钢板淬火前后的力学性能对比曲线：常温屈服强度420MPa左右，抗拉强度580MPa，断裂延伸率20%,淬火后抗拉强度能够达到1580MPa,提高了4倍，断裂延伸率7%。以上特性也表明，此钢板淬火前具有良好的深冲性能，经过淬火后具有良好的硬化能力。
二、国内外研究现状
2.1国外研究现状
高强度钢板热冲压成形技术己经成为汽车车身制造技术中的焦点，受到了越来越多的关注。国外众多汽车生产公司和科研人员都对热冲压钢板的基本力学、热学性能以及热冲压成形工艺优化和应用进行了相关研究。
Akerstrom P和Oldenburg 通过实验研究了热冲压钢板的高温膨胀效应，并且通过有限元仿真研宄了高温钢板的冷却过程。得到了22MnB5钢板热力学和力学性能等基础数据，考察了该材料的硬度分布、厚度分布，获得了板料在热冲压过程中受到的成形力。结果表明，高强度钢板在热冲压成形的过程中，板料的流变应力受到应变速率的影响，而且应变速率对流变应力的影响随着成形温度的变化而变化。
Merkleinl M和Lechler J等人对热冲压成形进行了基础研究，利用Gleeblel500热模拟实验机对板料进行等温拉伸实验，获得了时间和温度对22MnB5流变特性的影响规律。结果表明，应变速率对材料流变应力有重要影响，材料流变应力随着应变速率的增加而增加；材料奥氏体状态下的流变特性不受轧制方向的影响；温度对材料流变应力有较大影响，材料的流变应力和加工硬化随着温度的升高而显著减小。
Mori K和Akita K等人使用计算机数控伺服压机控制条件，研宄了超高强度钢板弯曲的回弹性能。测试了材料、最终减薄量、成形速度和在底部死点保压时间对V形弯曲回弹量的影响。超高强度钢板V形弯曲的回弹量比低碳钢大很多，最终减薄使回弹量降低，成形速度和保压时间的影响很小。Y anagimoto J和Oyamada K等人研宄了高强度钢板等温和非等温弯曲，得到了加热温度对V形、U形和帽形件回弹的影响规律，并给出了高强度钢板热成形的回弹机理。
Naderi M和Mori K等人研宄了热冲压钢板加热温度和保温时间对氧化皮产生的影响，防氧化涂层可以显著减少氧化。开展了高温单向压缩实验和高温膨胀实验，分析了热变形条件对马氏体转变的影响，获得了变形的应变量、应变速率和初始温度对马氏体转变起始温度、马氏体含量的影响规律。
2.2国内研究现状
近年来，大众、通用、丰田等国外各大汽车生产公司己经广泛使用热冲压成形技术制造汽车安全零部件和加强件，有效地降低了成本、提高了产品的市场竞争力，但是热冲压成形技术基本上处于国外技术封锁和垄断状态，国内汽车公司对高强度热冲压车身零部件有巨大需求。目前，国内众多汽车公司和科研单位日益重视热冲压技术和热冲压生产线的研究和开发。
吉林大学的谷净窥、徐虹、沈永波等人分析了超高强度钢板热冲压成形过程中相变硬化机理，根据热模拟实验结果建立了加热过程奥氏体晶粒尺寸计算模型和变形抗力模型，根据相变动力学分析了热冲压成形过程中发生的相变以及微观组织和力学性能之间的关系。研发了一种耐高温防氧化保护涂层，研宄了所制备涂层的宏观表面形貌和防氧化作用，测试了该
涂层的性能并通过热冲压实验验证了涂层的高温防氧化效果，能均匀地覆盖在基体表面、无开裂、导热性好，满足了热冲压工艺的防氧化要求。完成了汽车典型零件热成形工艺实验试制，获得了合格的热冲压成形件。检测结果表明，成形件的微观组织为理想的条状马氏体，其抗拉强度、硬度等力学性能指标满足要求。
哈尔滨工业大学的邪忠文、刘红生、包军等人建立超高强钢板热冲压三维弹塑性热-力糊合的有限元模型和热成形下的材料模型，基于U形件冲压实验和有限元仿真，研宄了压边力、模具间隙和凹模圆角半径等工艺参数对热冲压件温度分布、冷却速率等的影响规律。基于非等温度和等温度数值模拟和实验，研宄了压边力、热成形终了温度和变形温度对热冲压零件回弹的影响规律，给出了热冲压中产生回弹的机理，引起回弹的主要因素是热效应，螺变应变对热冲压后回弹量有抵消作用。以固态相变原理为依据将流体动力学引入到热冲压工艺中，建立了热-流-力-相多场稱合平台和热冲压成形的微观组织转变模型，通过热冲压实验和数值模拟，分析工艺参数对成形件马氏体组织含量和分布的影响。
大连理工大学的胡平、马宁、盈亮等人建立高强度钢板热成形热、力、相变多场耦合本构模型，在自主开发的金属板材成形有限元商业软件KMAS(King-MeshAnalysis System)基础上，根据虚功率方程及持续平衡方程建立了热冲压成形热、力、相变耦合的非线性、大变形静力显式数值模拟模块，对典型U形高强度钢板的热成形过程进行数值模拟分析，计算板料与模具相互稱合的温度场变化规律，钢板等效应力和微观组织相变分布变化规律。基于理论分析、数值模拟、实验研究对汽车车身零部件超高强度硼钢热成形技术进行研宄，以某汽车门内防撞梁和B柱内板热成形为例，分析高温下热成形硼钢的成形性能影响因素及其规律，对新型金属复合材料的微观结构、硬度、强度及塑性变化规律进行了研宄，围绕提高最终热冲压产品质量的角度，提出了适合水冷模具的设计方法及技术要点。
同济大学的林建平、王立影、谭志耀等人根据热冲压工艺的时间-温度特征，采用Gleeble 热模拟实验系统，在温度600°C ~800°C和材料应变率0.01/s~0.5/s下，对热冲压高强度钢板进行高温拉伸实验，获得了不同温度和应变率下的应力-应变曲线，并利用最小二乘法进行多元线性回归，建立了热冲压高强度钢板的热变形抗力模型。建立了高温下方盒形件非等温拉深成形的有限元模型，利用正交实验研究了热冲压成形过程中模具温度对22MnB5钢板的不等温拉深成形能力的影响规律，并分析零件几何参数对22MnB5钢板的不等温成形能力的影响规律。为保证热冲压过程中模具具有良好散热效果，优化高强度钢板热冲压成形模具水冷管道设计，采用数值模拟和解析法建立热冲压模具水冷管道和冷却水流之间的传热模型，得到了临界水流速度的数值模拟结果和解析公式，对于热冲压模具水冷管道的优化设计具有重要意义。
三、热成形技术介绍
3. 1热成形钢板
根据超轻量一体式车架（ULSAB)研宄，超高强度钢板（UHSS)是指屈服强度大于550MPa 的钢板，包括CP钢、MS钢等；高强度钢板(HSS)是指屈服强度在210~550MPa范围内的钢板，包括HSIF钢、BH钢、HSLA钢等；普通钢板（LSS)是指屈服强度小于210MPa的钢板，如下图所示。为了区别于一般的高强度钢板（HSS)，把DP钢、TRIP钢等以相变强化为主的钢板称为先进高强度钢板（AHSS)，其抗拉强度范围为500MPa~1500MPa。
本文研宄的热冲压成形高强度钢板化学牌号为22MnB5，是一种猛硼合金钢，浮透性很好，钢板的化学成分特点是在碳猛合金钢的基础上添加一定量的硼。22MnB5原始状态微观组织主要由铁素体和珠光体组成，屈服强度为300MPa左右，抗拉强度为500MPa左右，硬度为20HRC左右，具有良好的塑性和成形性能。材料加热到900°C ~950°C并保温一段时间后微观组织转变为奧氏体，热冲压成形和保压萍火结束后微观组织转变为板条状马氏体。热冲压成形后材料屈服强度可以达到100MPa左右，抗拉强度可以达到1500MPa左右，硬度可以达到50HRC左右，比原始状态提高2~3倍。
3.2热成形原理及工艺
热成形技术是将热冲压高强度钢板料在防氧化加热炉中加热到奧氏体再结晶温度以上，其微观组织由铁素体和珠光体转变为奥氏体，并且保温一段时间使其充分均勾奧氏体化，再通过机械手等设备将高温板料转移到具有冷却水道的热冲压模具中，最后完成板料的冲压成形和保压洋火。板料在高温下冲压成形可以保证其成形性能和成形精度，热冲压成形后板料的微观组织由奥氏体转变为板条状马氏体，抗拉强度可以达到500MPa左右，最终获得兼具高强度和高精度的热冲压零件。热成型工艺原理如下图所示。
超高强度钢板热冲压成形工艺分为直接热成形（一次成形）和问接热成形（二次成形）两类如图所示。在直接热成形工艺中，首先把板料加热并保温至充分均勾奥氏体化，然后将高温板料转移至水冷模具一次完成冲压成形并保压淬火，获得终热冲压零件。变形程度不大或者形状相对比较简单的零件适合使用直接成形工艺生产。在间接热成形工艺中，首先将板料冷冲压成形到一定形状，然后将其加热并保温至充分均匀奥氏体化，最后将高温板料转移至水冷模具完成最终形状的冲压成形并保压淬火。变形较大或者形状相对复杂的零件适合使用间接成形工艺生产。
下面介绍一下直接成形（一次成形）的基本过程：
(1)落料：使用落料压机和落料模具冲裁出所需外形轮廓的热冲压板料。
(2)转移：使用机械手等设备将毛还转移至加热炉中。
(3)加热和保温：将板料加热到奥氏体再结晶温度以上，并且保温一段时间，使其充分均匀奥氏体化。奥氏体化参数加热温度和保温时间对板料的奧氏体化质量有重要影响。加热和保温过程中板料表面很容易氧化，影响后续冲压萍火效果并且增加了表面清理工序。对板料进行表面防氧化处理（防氧化涂层）或者向加热炉内冲入保护气体（氮气等）能够显著减少甚至避免钢板产生氧化皮。
(4)转移：使用机械手等设备将奧氏体化后的板料从加热炉中取出转移至热冲压成形水冷模具中。
(5)冲压成形和保压浮火：快速完成冲压成形并保压洋火一段时间，利用模具的冷却系统对高温板料进行浮火热处理，使热冲压零件获得均匀的马氏体组织和良好的机械性能。另外，保压可以减小回弹，提高热冲压零件形状精度。
(6)转移：使用机械手等设备将热冲压成形零件从模具中取出。
(7)后续处理：利用酸洗或喷丸的方法去除零件表面的氧化皮，提高零件表面质量；使用激光切割机、激光钻孔机对超高强度热冲压零件进行切边和钻孔，或者在热冲压成形之前钻孔。
3.3热成形工艺特点
热成形技术具有的优点：
(1)热冲压成形零件强度等机械性能显著提高，可以承受更大的撞击力，能够有效地提高汽车的碰撞安全性能，实现汽车轻量化。
(2)回弹很小，在热冲压成形工艺中，板料在高温下冲压成形，几乎没有回弹，能够成形高精度的热冲压零件。而对于高强度钢板的冷冲压成形来说，回弹是影响零件形状精度的主要缺陷，很难根本解决。
(3)变形抗力显著减小，降低了对压机吨位的要求，减少了设备成本。
(4)高温板料塑性好，可以冲压成形冷冲压无法成形的复杂形状零件。
(5)由于成形性能的提高，减少了变形的工序数，从而提高了生产效率。
热成形技术存在的不足：
(1)增加了加热工序，需要使用专用的加热装置，提高了成本。
(2)与冷冲压相比，模具存在热疲劳现象，寿命显著降低，需要釆用新的材料和工艺制造热冲压水冷模具。
(3)板料存在严重的氧化问题，需要对板料进行表面防氧化处理（防氧化涂层）或者向
加热炉内冲入保护气体（氮气等）。
四、热成型钢板22MnB5
22MnB5 是一种拥有专利技术的硼钢。它的表面覆盖有Al-Si 涂层，并且该当板料加热到奥氏体化时，能够引起Al-Si 合金涂层转变为Fe-Al-Si 合金的保护涂层，Fe-Al-Si合金涂层能够提高整个保护涂层的厚度（能够增加到40μm）；并且该保护涂层有很高的防腐性能。
22MnB5 钢板在常温下是铁素体加珠光体的组织结构，强度大约在600Mpa 左右。当22MnB5 钢板加热到930℃左右时，就会奥氏体化，若将板料在930℃保温5~6 分钟，板料就会完全奥氏体化。奥氏体组织是面心立方的结构，在受到外力的作用时易于产生塑性变形，奥氏体的强度、硬度较低，塑性、韧性也会很好。在板料还处于奥氏体组织时成型，可以大大减小成形力，也就降低了压机的吨位。
热成型的最终目的是要获得马氏体组织并且其强度达到1400MPa 以上。那么对板料在模具中的冷却速率就有严格的要求了，如果冷速达不到要求的话，奥氏体就会转化成为贝氏体。查阅文献可以知道，马氏体转变温度为425℃（马氏体开始转变点位Ms）并且在280℃结束（马氏体转变结束点位Mf）。22MnB5 钢板由奥氏体转化为马氏体的临界速率是27℃/s，因此，必须要求板料在模具中的冷却速率要大于27℃/s。下图是22MnB5 钢板CCT 曲线图，从图上可以看到虚线所表示的就是冷却速率为27℃/s，如果小于27℃/s 的话，那么热成型后将会获得贝氏体组织，这样就会影响最终的零件性能。
下图是原始板料的组织结构、延伸率、强度与热成型后制件的结构特点与力学性能。从图上可以看出随着钢材强度的提高，其延伸率也会逐渐下降。22MnB5 钢材在热成型后的延伸率也就只有10%左右。22MnB5 在热成型之前是体心立方，其微观组织是铁素体加珠光体的状态，奥氏体化以后会变为面心立方结构，而热成型后又变为体心立方结构，微观组织将是马氏体的组织状态，有时也会有极少量的贝氏体。
22MnB5 是一种硼合金钢，其外部有一层厚度约为30μm 的Al-Si 金属镀层，可以
很好的的防止钢板在加热以及淬火成形过程中被氧化。而且，22MnB5 钢板有极其优良的淬火能力、高温下极好的成型性、高抗冲击强度和高抗拉强度、成型后回弹很小。这些是在热成型过程中广泛使用22MnB5 钢板最主要的原因。
五、金属热成型理论
5.1 金属板料在加热过程中内部组织的主要变化
在研究学者看来，加热处理是热成型过程的第一道工序，目的在于将板料加热到临界温度以上，获得所需要的奥氏体组织，加热时形成奥氏体的均匀化程度及晶粒大小直接影响成形后零件的组织和性能。下面就来说明金属板料在加热处理过程中内部组织的主要变化。
金属板料在加热过程中主要变化是形成奥（A）的形成，金属板料在加热前的原始组织通常为珠光体（P），珠光体是铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）的机械混合物。热成型加热的目的是为了获得全部的奥氏体（A）组织，也叫完全奥氏体化。完全奥氏体化是热成型过程的必经步骤，也是十分重要的一个步骤。若要让珠光体组织向奥氏体组织转变，则加热温度须高于奥氏体转变的临界温度。具体来说，奥氏体的形成由四个连续阶段组成，这与共析钢奥氏体的形成类似。
1. 奥氏体形核：板料加热到临界温度以上时，首先在铁素体和渗碳体的相界面上形成奥氏体晶核。这主要是由于相界面上晶格畸变大、能量高，而且界面处碳的分布极不均匀，这些都为奥氏体的形核提供了有利条件。
2. 晶核的长大：奥氏体形核后，同时形成A-F 相界面和A-Fe3C 相界面，其中前者碳浓度低，后者碳浓度高，这必然引起奥氏体中碳的扩散，从而破坏了原界面处碳浓度的平衡。为恢复这一平衡，就需要铁素体向奥氏体的转化和渗碳体的不断溶解。因此，奥氏体晶核的长大就是这两个相界面分别向铁素体和渗碳体推移的过程。
3. 剩余渗碳体的溶解：在铁素体和渗碳体中，铁素体的含碳量和晶体结构与奥氏体比较接近。故在向奥氏体的转变过程中铁素体优先消失，剩余渗碳体在随后的加热或保温过程中逐渐溶解。
4. 奥氏体成分均匀化：奥氏体形成刚结束时，奥氏体中碳的分布是不均匀的。原来是铁素体的地方碳浓度低，原来是渗碳体的地方碳浓度高。只有随着保温时间的延长，碳原子的充分扩散，奥氏体的成分才能逐渐趋于均匀。下图是奥氏体形成的示意图
5.2金属板料在冷却过程中内部组织的主要变化
金属板料在冷却过程中的组织变化主要是奥氏体组织在冷却过程中发生的转变，由于板料冷却的程度不会发生不同的变化，得到不同的组织，从而获得不同的力学性能。通常情况下，奥氏体组织在比较缓和的冷却条件下会转变成珠光体组织，而在剧烈冷却条件下会转变成马氏体组织，在比较适中的冷却条件下会转变成贝氏体组织。一般来说，珠光体组织其强度、硬度较低，塑性、韧性较好；马氏体组织其强度、硬度很高，塑性、韧性较差；贝氏体组织其强度、硬度较高，塑性、韧性也较好。
对一个具体的钢来说，其奥氏体组织在冷却过程中的转变可利用具体钢的过冷奥氏体冷
却转变曲线判断。钢的过冷奥氏体冷却转变曲线根据冷却方式（等温冷却、连续冷却）的不同分为两种。
1）. 共析钢过冷奥氏体等温冷却转变曲线
过冷奥氏体等温冷却转变是指表示奥氏体急快速冷却到临界点A1，在采用不同温度保温的过程中，转变量和转变时间之间的关系曲线图。也称为TTT（TemperatureTime Transformation）曲线，因为它的形状非常像字母C，所以又称之为C 曲线，如下图所示。从图上可以看出，在两条 C 形状的曲线当中，左边一条与Ms 是过冷奥氏体开始转变的曲线，右边的一条与Mf线是指过冷奥氏体转变终了时曲线。A1线、Ms 线、转变开始线以及纵坐标所包围的区域称作过冷奥氏体区，转变终了线以右以及Mf线以下称为转变产物区。转变开始线和转变终了线之间和Ms 线与Mf线之间为转变区。
当温度在A1～550℃之间时，奥氏体（A）分解为由铁素体（F）和渗碳体(Fe3C)组成的片层的珠光体(P)。其中温度在A1～650℃之间，珠光体(P)为正常的珠光体，而当温度处于650℃～600℃之间得到的是索氏体（S），温度处于600℃～550℃之间得到的是屈氏体（T）。而且这几种产物的强度和硬度都依次升高。
当温度在550℃～MS(约240℃)之间时，奥氏体（A）转变为由铁素体（F）和碳化物组成的非层状组织贝氏体（B），其中当温度在550℃～350℃之间时，会形成羽毛状的贝氏体；在350℃～MS之间，形成下贝氏体（黑色针状）。上贝氏体和下贝氏体相比教而言，其强度和硬度、塑性和韧性都会比较差，所以在实际中进行热处理时,通常都希望得到下贝氏体。
Ms～Mf之间（240℃～-50℃），A以无扩散的方式转变为马氏体（M）和少量的残余奥氏体。M 是 C 在铁素体（F）中的过饱和固溶体。由于过饱和碳的固溶强化作用。M 通常都具有高强度和高硬度的特点，是热处理工艺最想要获得的组织。马氏体组织的性能与含碳量有很密切的关系。当钢中含碳量低于0.3%时，M 组织为板条状（板条马氏体，低碳马氏体），其强度和硬度较高，塑性以及韧性都特别好；而当钢中的含碳量大于 1.0%时，得到马氏体组织为针片状（片状马氏体，高碳马氏体）。其硬度很高，但是很脆。热成型的目的就是在成型后要获得板条状马氏体的微观组织。
2）. 共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线
在实际生产过程中，多采用连续冷却方法进行热处理的冷却，热成型淬火的过程也是相当于连续冷却。因此，过冷奥氏体连续冷却转变曲线对确定热处理工艺和选材更加具有实际
的意义。过冷奥氏体连续冷却转变图又称作CCT 曲线（Continuous CoolingTransformation），指的是通过测定在不同冷却速度下的过冷奥氏体转变量与转变时间的关系来得到的。
共析钢的CCT 曲线是在碳钢中最简单，如下图所示。它没有贝氏体的转变区域，在珠光体的转变区域下多了一条转变中止线K。当连续冷却的曲线遇到转变中止线的时侯，过冷奥氏体将停止向珠光体进行转变，剩下的奥氏体将一直保持到Ms 之下转变成为马氏体。同TTT 曲线相比较，CCT 曲线位于它的右下方。
图中Vk指的是CCT 曲线的临界冷却速度，也就是指在连续的冷却条件下得到全部马氏体组织时的最小冷却的速度。Vk′是TTT 曲线的临界冷却的速度，Vk′=1.5Vk。很显然，C 曲线越靠右，Vk越小，过冷奥氏体则更加稳定。
由于CCT 曲线很难得到，而TTT 曲线则相对来说容易测得，从而在手册中TTT 曲线比较多。可以采用TTT 曲线来定性地说明连续冷却时侯组织的转变情况，方法就是把冷却曲线绘制在 C 曲线上，然后依其和C 曲线交点的位置来说明最终的转变产物。
当冷却缓慢的时侯（炉冷），过冷奥氏体将转变成珠光体，冷却较快的时侯（空冷），过冷奥氏体将转变成索氏体。采用油冷的时侯，过冷奥氏体先会有一部分转变成为托氏体，剩余的奥氏体在冷却到Ms 之下后转变成为马氏体组织，它的室温组织为托氏体、马氏体与残余奥氏体。当冷却速度超过Vk的时侯，过冷奥氏体将会在Ms 之下直接地转变马氏体，它的室温组织为马氏体与残余奥氏体。
六、车门防撞梁钢板热成型技术应用分析
6.1热冲压车门防撞梁基本性能测试
6.1.1材料性能分析
为了研宄改进工艺对热冲压零件的材料性能、成形性能、使用性能等的影响，制造了热冲压车门防撞梁。实验材料为热冲压高强度钢板22MnB5，板料厚度为1.6mm，成形温度分别为500°c、650°c和800°c。并且在防撞梁不同位置取样进行微观组织拍摄和单向拉伸实验，热冲压车门防撞梁及取样位置如下图所示。
热冲压车门防撞梁的材料抗拉强度如下表所示。成形温度500°c、650°c、800°c对应防撞梁材料的平均抗拉强度分别为1102MPa、1553MPa和1620MPa。成形温度为500°c 的热冲压车门防擒梁材料抗拉强度最低，不能满足要求；成形温度650°C和800°c冲压件材料的抗拉强度都达到1500MPa以上，满足要求。
热冲压车门防撞梁的材料微观组织如下图所示。成形温度500°c热冲压件的微观组织主要是贝氏体和残余奥氏体，基本没有马氏体；成形温度650°c热冲压件的微观组织基本为条状马氏体；成形温度800°c热冲压件的微观组织全部为条状马氏体，晶粒细小。可见，成形温度为650°c和800°c的热冲压车门防撞梁实现了板料的淬火，其微观组织转变为马氏体。
6.1. 2成形性能分析
热冲压车门防撞梁中部截面的厚度分布如下图所示。成形温度对防撞梁厚度有重要影响，防撞梁的厚度随着成形温度的升高而显著减小；另外，位置1、7和4减薄较小，位置3和5由于拉延较大，减薄比其它位置严重。成形温度500°c对应防撞梁的厚度最大，各处厚度都在1.4mm以上，成形性能好；成形温度650°c对应防撞梁的成形性能与500°c 的相比略差，但优于800°c的；成形温度800°c对应防撞梁的厚度最小，其中最薄处厚度只有1.31mm左右，容易产生破裂缺陷，成形性能差。
通过上述分析可知，成形温度650°c的热冲压车门防撞梁实现了板料的淬火，其微观组织转变为马氏体，各处抗拉强度都达到1500MPa以上，兼具良好的材料性能和成形性能。
6.2热冲压车门防撞梁使用性能测试
6.2.1抗弯性能分析
为了研究改进工艺对热冲压车门防撞梁抗弯性能和吸能性能的影响，设计了热冲压车门防撞梁的准静态弯曲实验和动态冲击仿真，测试防撞梁的抗弯性能和吸能性能。准静态弯，热冲压车门防撞梁成形温度分别为500°C、650°C和800°C，厚度为1.6mm，弯曲跨距为860mm，两支辊可以转动和平动，弯曲压头直径为300mm，弯曲压头下行速度为500mm/rnin。
热冲压车门防撞梁准静态弯曲实验的抗弯载荷-挠度曲线对比如下图所示。在弯曲挠度达到131mm左右时抗弯载荷达到峰值，成形温度500°C防撞梁的最大抗弯载荷只有10.76kN,抗弯能力弱，不能满足使用要求；成形温度800°C和650°C防撞梁的最大抗弯载荷分别为14.58kN、14.13kN，抗弯能力强，能够满足使用要求。热冲压车门防撞梁局部破坏情况如下图所示。可以看出，热冲压车门防撞梁变形主要集中在中心附近区域，成形温度800°C防撞梁中心最先出现裂缝并断裂失效；成形温度500°C和650°C防撞梁没有出现明显的裂缝。成形温度650°C热冲压车门防撞梁相对于成形温度800°C和500°c防撞梁，具有最优综合性能。
6.2.2吸能性能分析
为了进一步研宄改进工艺对热冲压车门防撞梁吸能性能的影响，设计了动态冲击吸能仿真。使用带有一定初速度的刚性质量块撞击热冲压车门防撞梁，刚性质量块重25kg，初速度50km/h,垂直撞击防撞梁中部。在HyperMesh的LS-DYNA模板中进行前处理，划分网格，定义材料、接触和边界条件等，建立热冲压车门防撞梁动态冲击有限元模型，然后将该模型输入LS-DYNA进行求解。
热冲压车门防撞梁动态冲击仿真的吸能-时间曲线对比如下图所示。成形温度500°C热冲压车门防撞梁能够持续变形吸能，最终吸能2.15kJ；成形温度800°C热冲压车门防撞梁吸能2.19kJ，最先发生局部塑性破坏，容易对乘员造成伤害；成形温度650°C热冲压车门防撞梁吸能最多达到2.25KJ，变形吸能能力比成形温度800°C的防撞梁更优，能够有效保护乘员安全。
通过上述热冲压车门防撞梁抗弯能力和动态冲击吸能能力分析可见，成形温度650°C 热冲压车门防撞梁兼具高强度和良好的塑性变形吸能能力，综合性能最优，适合用作车门防撞梁抵抗侧面碰撞。
6.3热冲压零件在车身轻量化和碰撞安全中的应用
6.3. 1整车侧碰仿真建模
按照C-NCAP法规要求建立整车侧面碰撞仿真有限元模型。在HyperMesh的LS-DYNA 模板中前处理，根据实际制造和装配情况建立轿车模型，对发动机、变速器等进行简化处理，一共包含组件396个，使用辉点或刚性约束连接不同组件，碰撞区域网格在10~20mm之间，非碰撞区域网格在20~50mm之间，节点为361928个，共划分357652个单元,其中三角形单元比例小于5%,能够同时保证计算精度和提高计算效率。根据《GB 20071-2006汽车侧面碰撞的乘员保护》的规定，建立移动壁障的模型，侧面碰撞移动壁障以35km/h的速度撞向刚性墙的情况，定义了台车上6个吸能块各自的碰撞力与变形关系，以及各个吸能块所吸收的能量。按照C-NCAP法规要求，移动壁障行驶方向与实验车辆垂直，移动壁障中心线对准
实验车辆R点，冲击实验车辆驾驶员一侧,碰撞速度为50km/h。定义整车在Z方向上重力加速度，定义车身侧围和移动壁障的接触以及车身的自接触，避免在碰撞仿真中发生部件之间的穿透现象。建立整车侧碰有限元模型如下图所示,然后将关键字文件输入LS-DYNA进行求解。
侧围是轿车车身中刚度、强度相对薄弱的部位，车内空间不足,发生侧面碰撞时缓冲区域较小,车门、B柱等变形过大甚至断裂破坏容易对乘员造成严重伤害。车门防撞梁、B柱等对轿车侧面碰撞性能都有重要影响，基于实现轻量化和保证碰撞安全性目标釆用热冲压成形零件替换先进高强度钢DP800零件，对车身侧围结构进行改进设计，基础方案和改进方案如下表所示。进行整车侧面碰撞仿真优化分析，对比改进前后的车体能量、变形、加速度、B柱侵入速度和侵入量等，从而获得最优改进方案。
6.3.2车体能量对比分析
不同方案车体能量对比如下图所示。从图中可以看出，基础方案内能在碰撞0.08s时达到最大28kJ，动能最大13kJ；改进方案1采用等厚度的热冲压成形零件替换先进高强度钢DP800零件后，车体在碰撞初始阶段内能比其它两种方案多，但是由于变形较小在碰撞后期产生弹性回复，最终内能最少、动能最多；改进方案2采用1.6mm热冲压成形车门防撞梁替换基础方案2.5mm防撞梁、采用1.2mm热冲压成形B柱加强板替换基础方案1.5mmB柱加强板后，车体内能和动能变化情况与基础方案基本相同。因此，改进方案2能够满足侧面碰撞车体耐撞性的吸能要求。
6.3.3车体变形对比分析
不同方案车体变形对比如下图所示。可见，基础方案车体被撞一侧车门最大变形432.9mm，另一侧车门对应点变形75.5mm，车门内凹距离为357.4mm。改进方案1采用等厚度的热冲压成形零件替换先进高强度钢DP800零件后，车体被撞一侧车门最大变形
389.9mm，另一侧车门对应点变形66.5mm，车门内凹距离与基础方案的357.4mm相比显著减小，只有323.4mm。改进方案2采用1.6mm热冲压成形车门防撞梁替换基础方案2.5mm 防撞梁、采用1.2mm热冲压成形B柱加强板替换基础方案1.5mm B柱加强板后，车体被撞一侧车门最大变形427.3mm，另一侧车门对应点变形74.1mm，车门内凹距离为353.2mm，比改进方案1的323.4mm大，但与基础方案的357.4mm相比仍有所下降。
6.3.4 B柱测试点侵入量、速度、加速度对比分析
不同方案的B柱测试点加速度曲线对比如下图所示。从图中可以看出，基础方案B柱测试点的加速度峰值为19.6g,改进方案1采用等厚度的热冲压成形零件替换先进高强度钢DP800零件后，B柱测试点的加速度峰值增加到39.2g，达到基础方案加速度峰值19.6g的2倍左右，容易对乘员造成伤害。改进方案2采用1.6inm热冲压成形车门防撞梁替换基础方案2.5mm防撞梁、采用1.2mm热冲压成形B柱加强板替换基础方案1.5mm B柱加强板后，B柱测试点的加速度峰值为21.8g,与基础方案的加速度峰值19.6g相比略有增加，比改进方案1的39.2g显著减小，在车身侧围适当添加吸能材料能够降低加速度。
不同方案的B柱测试点侵入速度曲线对比如下图所示。可以看出,基础方案B柱测试点的最大侵入速度为72m/s，改进方案1采用等厚度的热冲压成形零件替换先进高强度钢DP800零件后，B柱测试点最大侵入速度从7.2m/s减小到6.9m/s。改进方案2采用1.6inm 热冲压成形车门防撞梁替换基础方案2.5mrn防撞梁、采用1.2rnrn热冲压成形B柱加强板替换基础方案1.5mm B柱加强板后,B柱测试点最大侵入速度为6.8m/s，与基础方案相比显著减小并且优于改进方案1。
不同方案的B柱测试点侵入量曲线对比如下图所示。从图中可以看出，基础方案B柱
测试点的最大侵入量为298.6mm，改进方案1和改进方案2的B柱侵入量显著减小，尤其是改进方案1采用等厚度的热冲压成形零件替换先进高强度钢DP800零件后，B柱测试点最大侵入量从298.6mm减小到267.3mm。改进方案2采用1.6mm热冲压成形车门防撞梁替换基础方案2.5mm防撞梁、采用1.2mm热冲压成形B柱加强板替换基础方案1.5mm B柱加强板后，B柱测试点最大侵入量为291.0mm,，B柱侵入量比改进方案1的267.3mm大，但较基础方案的298.6mm仍有明显改善。
通过上述整车侧碰仿真优化分析可知,改进方案2的B柱侵入量、侵入速度、车体变形和吸能情况都达到或优于基础方案，加速度与基础方案相比略有增加,可以通过适当添加吸能材料予以改善，改进方案2能够满足车体耐撞性要求；将车门防撞梁和B柱加强板替换为热冲压成形零件后，防撞梁厚度由2.5mm减小为1.6mm，B柱加强板厚度由1.5mm减小为1.2mm，两侧车门防撞梁和B柱加强板的总质量从12.86kg减小到9.16kg，整车减重达
3.7kg。可见，改进方案2能够在保证碰撞安全性的同时实现轻量化。
七、热成形技术在某新车型B柱上的可行性应用分析
7.1性能分析
1）本新车型通过采用热成形工艺得到超高强度的车身零件。
下表为采用不同工艺冲压后零件的性能对比。
2）改善冲压成形性，控制回弹，提高零件尺寸精度。
在某车型试制过程中，由于B柱加强板上、下铰链安装面精度差，与侧围外板组合焊接时，与侧围外板之间存在间隙，造成侧围外板上下铰链安装面扭曲，匹配困难。B柱加强板采用热成形方案能有效解决这个问题。
3）提高车身安全性（侧碰性能）
参照CAE侧碰（C-NCAP）分析报告，采用热成形方案使B柱变形模式改善，中部没有明显折弯，门槛侵入有所减少。所用热成形材料的厚度为1.5 mm，且没有B柱下铰链加强板。目前，BXX车型B柱采用的是热成形技术，具体方案与下图热成形方案类似，不过料厚为2.0 mm。侧碰经CAE分析，模拟通过IIHS法规，结果为第二等级，在可接受的范围内。
7.2成本分析
下表为参照前期车型B柱加强板不同工艺下的模具费用统计分析。模具为国内制作，后期存在单件精度差的问题。新车型若采用冷冲压方案的话，为提高单件精度，模具将在日本制作，同时模具成本也将增加1.2～1.5倍。从表中看出，B柱加强板采用热成形技术将使整车成本增加57.2元。
7.3质量分析
图为冷冲压和热成形方案下B柱单件示例。下表为参照前期车型B柱单件分别在冷冲压和热成型工艺下的质量分析。
7.4热成型方案中，B柱采用不同料厚时的侧碰效果及减轻质量分析
1）热成形方案B柱采用1.8 mm料厚。能使B柱部分单边减轻质量0.9 kg，实现整车
减轻质量1.8 kg。
2）热成形方案B柱采用1.5 mm料厚。能使B柱部分单边减轻质量1.9kg，实现整车减轻质量3.8 kg。
3）如果焊装能购置一台中频凸焊机，就不需要B柱上下铰链加强板，则能在上面2个减轻质量方案的基础上，再减2.4 kg。
说明：若要通过欧美的碰撞法规，采用热成形方案的话，初步判断B柱料厚需采用1.8mm 以上的，1.5mm只能满足C-NCAP的需求。某公司BXX车型为2.0 mm料厚，上海大众斯柯达-明锐为1.8 mm料厚。
7.5方案可行性
由上述分析看出，B柱采用热成形方案对侧碰有改善效果，且能减轻整车质量；热成形样片与冷冲压件的焊接经过验证也可行，只是采用热成形方案单件费用略有上涨，总体方案是可行的。
八、总结
在热冲压车门防撞梁比较研究中，研究了其材料性能、成形性能、抗弯性能和吸能性能等。热冲压车门防撞梁在弯曲挠度达到131mm左右时抗弯载荷达到峰值,成形温度500°C、650°C和800°C防撞梁的最大抗弯载荷分别为10.76kN、14.13kN和14.58kN，但成形温度800°C防撞梁中心最先出现裂缝并断裂失效。成形温度650°C热冲压车门防撞梁吸能最多达到2.25kJ，兼具高强度和良好的塑性变形吸能能力，综合性能最优，改进工艺热冲压车门防撞梁更适合抵抗侧面碰撞。采用高强度钢板热冲压零件对车身侧围进行改进设计，并基于LS-DYNA进行整车侧碰仿真优化分析。改进方案2采用1.6mm热冲压成形车门防撞梁替换基础方案2.5mm防撞梁、采用1.2mm热冲压成形B柱加强板替换鉴础方案1.5mm B 柱加强板后，B柱侵入量、侵入速度、车体变形和吸能情况都达到或优于基础方案。两侧车门防撞梁和B柱加强板的总质量从12.86kg减小到9.16kg，整车减重可达3.7kg，能够在保证碰撞安全性的同时实现轻量化。
通过对某新车型B柱进行热成形技术的可行性应用分析，可以得到B柱采用热成形方案对侧碰有改善效果，且能减轻整车质量；热成形样片与冷冲压件的焊接经过验证也可行，只是采用热成形方案单件费用略有上涨，总体方案是可行的。
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QCC-JT---汽车钢板弹簧技术条件
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
Q/CC x x汽车股份有限公司企业标准 Q/CC JT018—2008 代替Q/CC JT018—2006 汽车钢板弹簧技术条件 Technical Requirements of Leaf Spring Used on Vehicle 2008-09-06发布2008-12-01实施xx汽车股份有限公司发布
目次 前言................................................................................. II 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语和定义 (1) 4 技术要求 (1) 5 检验和试验方法 (3) 6 检验规则 (3) 7 标志、包装、贮存 (4) 8 质量保证 (4) 附录A （规范性附录）汽车用钢板弹簧台架试验方法 (5)
前言 本标准是对Q/CC JT018—2006《汽车钢板弹簧技术条件》的修订。本标准在修订过程中主要参考了GB/T 19844-2005《钢板弹簧》。本标准与Q/CC JT018—2006相比，主要变化如下： ——增加了“3术语和定义”； ——增加了“附录A（规范性附录）”； ——增加了“4.4热处理”中洛氏硬度的数值要求； ——修订了“5 检验和试验方法”细化了具体方法； ——对相关条款进行调换和规范； ——删除了旧版中有关产品“断裂数据”方面的内容。 本标准自实施之日起代替Q/CC JT018—2006。 本标准由xx汽车股份有限公司技术研究院提出。 本标准由xx汽车股份有限公司技术研究院标准化科归口。 本标准由xx汽车股份有限公司技术研究院K-底盘部负责起草。 本标准主要起草人：纪国锋、宗召波。
车用钢板的知识普及 钢板, 知识 汽车车身外壳绝大部分是金属材料，主要用钢板。现代汽车的钢板用什么方式防锈？为什 么有些轿车声称车身防锈蚀年限达10年以上？ 镀锌薄钢板广泛应用在汽车上，这是因为它有良好的抗腐蚀能力。早年人们在试验中发现，将铁和锌放人盐水中，二者无任何导线联结时，铁和锌都会生锈，铁生红锈，锌生“白锈”；若在二者间用导线联结起来，则铁不会生锈而锌生“白锈”，这样锌就保护了铁，这种现象叫牺牲阳极保护。工程师正是将这种现象运用到实际生产中，生产了镀锌钢板。经研究，在镀锌量350克／平方米（单面）时，镀锌钢板在屋外的寿命（生红锈），田园地带约为15一18年，工业地带大约3一5年，这比普通钢板长几倍甚至十几倍。 从20世纪70年代开始轿车车身钢板采用镀锌薄钢板，装配时镀锌面置于汽车内侧，提高车身耐蚀性能，非镀锌面置于汽车外侧，喷涂油漆。随着汽车对耐腐蚀性能的要求不断提高，镀锌钢板不断增加镀锌层重量，还出现了双层镀锌钢板。但由于增加镀锌重量也会使电镀锌的电能消耗大幅增加，导致材料成本的上升，因此20世纪70年代末又出现一种采用热浸镀锌工艺生产的镀锌钢板，称为热镀锌钢板。这种镀锌钢板用连续热镀锌工艺：冷轧板（注*）→加热→冷却至镀锌温度→镀锌→冷却→矫直。为了满足汽车对镀锌钢板的各种要求，一些生产厂家在镀锌生产线上对镀锌钢板进行扩散退火等特殊处理，以使钢板表面形成一种“锌－铁”合金镀层，其特点是涂漆后的焊接性和耐腐蚀性比纯锌镀层板要好。以后还出现了诸如“锌－铝－硅”、“锌－铝－铼”等合金化热镀锌钢板，使得热镀锌钢板的耐腐蚀性成倍提高，与油漆间 的结合性能长期稳定。 目前轿车已经广泛使用镀锌钢板，采用的镀锌钢板厚度从0.5至3.0毫米，其中车身复盖件多用0.6至0.8毫米的镀锌钢板。德国奥迪轿车的车身部件绝大部分采用镀锌钢板（部分用铝合金板），美国别克轿车采用的钢板80%以上是双面热镀锌钢板，上海帕萨特车身的外复盖件采用电镀锌工艺，内复盖件内部采用热镀锌工艺，可以使车身防锈蚀保质期长达11年。 材料是影响汽车质量的重要因素。在现代汽车中，车身材料占全车材料的很大部分。为了提高汽车行驶的经济性，减轻汽车重量是世界各大车厂的目标，近年来汽车上越来越多使用了铝或塑料等非钢铁材料做车身部件，例如奥迪A2全铝制车身，日产SUV“奇骏”用塑料做前翼子板，更多的乘用车保险杠用塑料制成。在日益广泛使用非钢铁材料做车身部件的形势下，高度依赖汽车制造业的钢铁企业将面临直接的威胁。因此，研制和发展轻质、高强度的汽车钢板 成为多年来钢铁企业的一个热点。
１ 车用钢板弹簧概述 车用钢板弹簧又称为叶片弹簧，它是汽车悬架中应用广泛的一种弹性元件。它由若干片长度不等、曲率半径不同、厚度相等或不等的弹簧钢片叠合在一起，组成一根近似等强度的弹性梁。钢板弹簧的断面形状除采用对称断面外，还有采用上下对称的特殊断面。这样可改善弹簧的受力状况，不仅提高了其疲劳强度，还节约了金属材料。 钢板弹簧在载荷作用下变形，各片之间因相对滑动而产生摩擦，可使车架的振动衰减。各片之间处于干摩擦，同时还要将车轮所受冲击力传递给车架，因此增大了各片的磨损。所以在装合时，各片之间要涂上较稠的石墨润滑脂进行润滑，并应定期维护。钢板弹簧本身还起导向装置的作用，可不必单设导向装置，使结构简化。有些高级轿车的后悬架也采用钢板弹簧作弹性元件。目前一些汽车上采用变厚度的单片或２～３片的钢板弹簧，可以减小片与片之间的干摩擦，同时减轻了重量。 ２ 钢板弹簧的功能结构 在采用传统弹簧的吸震式悬架设计上，弹簧起支持车身以及吸收不平路面和其他施力对轮胎所造成的冲击的作用，而这里所谓的其他施力包含加速、减速、制动、转弯等对弹簧造成的施力。更重要的是在消除振动的过程中要保持轮胎与路面的持续接触，维持车辆的循迹性。如果弹簧很软，则很容易出现“坐底”的情况，即将悬架的行程用尽。假如在转弯时发生坐底情况，则 可视为弹簧的弹力系数变成无限大 （已无压缩的空间），车身会立即产 生质量转移，使循迹性丧失。如果 这辆车有着很长的避振行程，那么 或许可以避免“坐底”，但相对的车 身也会变得很高，而很高的车身意 味着很高的车身重心，车身重心的 高低对操控表现有决定性的影响， 所以，太软的弹簧会导致操控上的 障碍。 如果路面的崎岖度较大，那就 需要比较软的弹簧才能确保轮胎与 路面接触，同时弹簧的行程也必须 增加。弹簧的硬度选择要由路面的 崎岖程度来决定，越崎岖要越软的 弹簧，但要多软则是个关键的问题， 通常这需要经验的累积。一般来说， 软的弹簧可以提供较佳的舒适性以 及行经较崎岖的路面时可保持比较 好的循迹性；但是，在行经一般路 面时，却会造成悬架系统较大的上 下摆动，影响操控。而在配备有良 好空气动力学组件的车辆上，软的 弹簧在速度提高时会使车高发生变 化，造成低速和高速时不同的操控 特性。一般载货汽车均采用钢板弹 簧作为弹性元件的非独立悬架，因 钢板弹簧既有缓冲、减振的功能，又 起传力和导向的作用，使得悬架结 构大为简化。 为了充分利用材料，钢板弹簧 做成接近于应力粱的形式，分为２种 类型：一种是等厚度，宽度呈现两 端狭，中间宽，即多片钢板弹簧，传 统的钢板弹簧就是这一类型。这种 钢板弹簧由多片长度不等、宽度一 样的钢片迭成，现在多数大客车、货 车都使用这种钢板弹簧。另一种是 等宽度、两端薄、中间厚的。常见 的少片钢板弹簧就是这一类型，多 用于轻中型汽车。 多片钢板弹簧的各片钢板叠加 成倒三角形状，钢板的片数与支承 汽车的质量和减振效果相关，钢板 越多越厚越短，弹簧刚性就越大；但 是，当钢板弹簧挠曲时，各片之间 就会互相滑动摩擦产生噪声，摩擦 还会引起弹簧变形，造成行驶不平 顺，因此，在承载量不是很大的汽 车上，就出现了少片钢板弹簧，以 消除多片钢板弹簧的缺陷。少片钢 板弹簧的钢板截面变化大，从中间 到两端的截面是逐渐不同，因此轧 制工艺比较复杂。为了减轻质量和 轧制工艺难度，目前出现了一种纤 维增强塑料（ＦＲＰ）代替钢板，质量 可减少１／２以上。 钢板弹簧的中部一般固定在车 桥上。主片卷耳受力严重、是薄弱 处，为改善主片卷耳的受力情况，常 将第二片末端也弯成卷耳，包在主 片卷耳的外面（亦称包耳）。为了使 得在弹簧变形时各片有相对滑动的 可能，在主片卷耳与第二片包耳之 间留有较大的空隙。有些悬架中的 钢板弹簧两端不做成卷耳，而采用 其他的支承连接方式（如非独立悬 架）。中心螺栓用来连接各种弹簧 片，并保证各片装配时的相对位置。 中心螺栓到两端卷耳中心的距离可 以相等，也可不相等者。 钢板弹簧端部有三种结构型 式：端部为矩形的钢板，其制造简 单，广泛应用在载货汽车上；端部 为梯形的钢板，其质量小、节省钢 材，较多的用在载货汽车上；端部 为椭圆形的钢板，这种结构改善了 汽车钢板弹簧的应用及其发展趋势 肖 军
汽车车身钢板的规格及选用 汽车车身外壳绝大部分是金属材料，主要用钢板。现代汽车的钢板用什么方式防锈？为什么有些轿车声称车身防锈蚀年限达10年以上？ 镀锌薄钢板广泛应用在汽车上，这是因为它有良好的抗腐蚀能力。早年人们在试验中发现，将铁和锌放人盐水中，二者无任何导线联结时，铁和锌都会生锈，铁生红锈，锌生“白锈”；若在二者间用导线联结起来，则铁不会生锈而锌生“白锈”，这样锌就保护了铁，这种现象叫牺牲阳极保护。工程师正是将这种现象运用到实际生产中，生产了镀锌钢板。经研究，在镀锌量350克／平方米（单面）时，镀锌钢板在屋外的寿命（生红锈），田园地带约为15一18年，工业地带大约3一5年，这比普通钢板长几倍甚至十几倍。 从20世纪70年代开始轿车车身钢板采用镀锌薄钢板，装配时镀锌面置于汽车内侧，提高车身耐蚀性能，非镀锌面置于汽车外侧，喷涂油漆。随着汽车对耐腐蚀性能的要求不断提高，镀锌钢板不断增加镀锌层重量，还出现了双层镀锌钢板。但由于增加镀锌重量也会使电镀锌的电能消耗大幅增加，导致材料成本的上升，因此20世纪70年代末又出现一种采用热浸镀锌工艺生产的镀锌钢板，称为热镀锌钢板。这种镀锌钢板用连续热镀锌工艺：冷轧板（注*）→加热→冷却至镀锌温度→镀锌→冷却→矫直。为了满足汽车对镀锌钢板的各种要求，一些生产厂家在镀锌生产线上对镀锌钢板进行扩散退火等特殊处理，以使钢板表面形成一种“锌－铁”合金镀层，其特点是涂漆后的焊接性和耐腐蚀性比纯锌镀层板要好。以后还出现了诸如“锌－铝－硅”、“锌－铝－铼”等合金化热镀锌钢板，使得热镀锌钢板的耐腐蚀性成倍提高，与油漆间的结合性能长期稳定。 目前轿车已经广泛使用镀锌钢板，采用的镀锌钢板厚度从0.5至3.0毫米，其中车身复盖件多用0.6至0.8毫米的镀锌钢板。德国奥迪轿车的车身部件绝大部分采用镀锌钢板（部分用铝合金板），美国别克轿车采用的钢板80%以上是双面热镀锌钢板，上海帕萨特车身的外复盖件采用电镀锌工艺，内复盖件内部采用热镀锌工艺，可以使车身防锈蚀保质期长达11年。 材料是影响汽车质量的重要因素。在现代汽车中，车身材料占全车材料的很大部分。为了提高汽车行驶的经济性，减轻汽车重量是世界各大车厂的目标，近年来汽车上越来越多使用了铝或塑料等非钢铁材料做车身部件，例如奥迪A2全铝制车身，日产SUV“奇骏”用塑料做前翼子板，更多的乘用车保险杠用塑料制成。在日益广泛使用非钢铁材料做车身部件的形势下，高度依赖汽车制造业的钢铁企业将面临直接的威胁。因此，研制和发展轻质、高强度的汽车钢板成为多年来钢铁企业的一个热点。 目前汽车生产中，使用得最多的是普通低碳钢板。低碳钢板具有很好的塑性加工性能，强度和刚度也能满足汽车车身的要求，同时能满足车身拼焊的要求，因此在汽车车身上应用很广。为了满足汽车制造业追求轻量化的要求，钢铁企业推出高强度汽车钢材系列钢板。这种高强度钢板是在低碳钢板的基础上采用强化方法得到的，抗拉强度得到大幅增强。利用高强度特性，可以在厚度减薄的情况下依然保持汽车车身的机械性能要求，从而减轻了汽车重量。例如BH钢板是在低强度的条件下，经过冲压成形之后，进行烤漆加工热处理，以提高其抗拉强度。对比之下，以往生产的强度在440MPa的钢板，在采用这种加工技术以后强度可增加到500MPa。原来用厚度1毫米钢板做侧面板，用高强度钢板只需厚度0.8毫米。采用高强度钢板还可以有效地提高汽车车身的抗冲击性能，防止在行驶中由于路面的砂石飞溅碰撞产生凹痕，延长了汽车的使用寿命。
热成形钢板凸焊工艺介绍及参数说明 1.前言： 由于热成形钢板的超高强度，具有极高的机械安全性，因此在汽车行业越来越多的被采用，使用部位集中在汽车的前/后保险杠骨架、A柱/B 柱、中央通道及前后门防撞板等重点部位，这些部件上均有螺母及螺栓需要凸焊；而中频逆变式点凸焊机、电容储能式点凸焊机是热成形钢板与螺母、螺栓焊接的首选电阻焊设备。 前保险杠 A/B/C柱 门槛 2.工艺分析： 热成形钢板主体为马氏体，具有较高的屈服强度（大于1100MPa），较高的抗拉强度度（大于是1500 MPa），较高的硬高（大于45HRC），较小的延伸率（小于10%）；而且工件表面一般有镀层和氧化层；而凸焊螺母和螺栓则多为8.8级，少数为10.9级；两者不容易生成熔核或有效的固相联接，因此对凸焊设备的要求比较高； 在汽车行业用到的电阻焊设备主要有三种：工频交流点焊机、中频逆变直流焊机和电容储能式焊机，凸焊因其需要硬规范来焊接，即较短的焊接时间、较大的焊接电流和较大的焊接压力，因此两种直流焊机成为欧美汽车零部件企业凸焊设备的首选：中频逆变点凸焊机和电容储能式凸焊机；热成形钢板特殊的物理性能，使其对凸焊设备的要求更高：需要更高的峰值电流和更短的焊接时间，而电容式储能焊机具有极高的峰值和极短的焊接时间，因此其成为目前热成形钢板凸焊的最佳选择； 储能焊机是利用电容储存能量而在瞬时释放出电流，（有效焊接时间为 5MS-16MS），集中大电流穿过凸点或凸台等小面积点时产生巨大热量而达致熔接效果，（达数万安培到几十万安培的次级电流）；
电容式储能焊机放电波形图 3.案例分析： 例1：苏州安嘉为某车型A柱螺母凸焊，板材为BTR165H热成形钢，厚度1.8MM;螺母为M10凸焊法兰螺母，三段月牙凸台；焊接要求：扭矩130N.M，推脱力8KN，螺纹无损伤，外观无明显损伤； 凸焊螺母示意图 汽车A柱示意图
中国汽车用钢材深度分析报告 新闻出处：中国矿业联合会发布时间： 2006-10-19 09:00 汽车用钢品种构成 汽车用钢品种主要包括钢板、优质钢、型钢、带钢、钢管、金属制品等。汽车工业的发展，对钢铁材料提出了更高的要求。汽车用钢中的板材（包括热轧钢板、冷轧钢板和镀层板）是生产汽车的最主要原材料，发达国家板材产量的50%以上是供应给汽车制造厂的。目前，全球汽车制造业在全球所消费的钢材已超过了1亿吨，加上生产汽车部件所消费的钢材，全球每年仅汽车行业消费的钢材就超过1.5亿吨。用于制造汽车的钢板简称汽车板，制造一辆轿车约需使用薄钢板600～800kg。根据汽车板的使用部位是否暴露在外，又可将它分为汽车外板和汽车内板。其中，汽车外板是汽车板中生产难度最大的产品，通常采用德国标准称之为“O5”板，它要求表面无缺陷，同时还要具有一般汽车板所要求的优良冲压成型性、焊接性及耐蚀性。为解决腐蚀问题，新型的镀层钢板应运而生。目前，汽车制造业规定的汽车车体表面涂层耐蚀为5年、车体穿孔耐蚀为10年。为了保证人员的乘车安全，要检验汽车的安全性，作为主要手段之一的实车正面碰撞破坏性实验是国际上的通用做法，这也检验了汽车板的性能，对汽车板的质量提出了更加严格的要求。虽然新材料将取代部分汽车用钢，但钢铁在相当长的时间内仍是汽车最主要的原材料，并长期稳定在60～70％的比例。钢铁是汽车安全、长寿及低成本的关键。当前全球汽车工业正积极寻求减轻汽车自重的方法和途径。汽车工业用来减轻汽车自重的先进的高强度钢材主要用于汽车外壳和结构件，并和轻金属进行竞争。同时，夹层钢板也是改善刚度减轻汽车自重的另一种材料选择。据预测，未来几年内，高强度钢在汽车中的应用将迅速增长，，年增长率达到5%。有人预计，到2010年，在通用汽车公司车身所用的材料中，双相钢可能占约45%，中强度钢约33%，低碳钢和马氏体钢各占约10%。 中国汽车板生产企业情况 自2002年起，宝钢已实现向南京菲亚特、上海通用、上海大众、一汽大众、神龙汽车、广州本田、风神汽车、东南汽车、长安汽车、四川丰田及国内各
板材分类及牌号常识 上海鲁亿实业公司主营汽车高强钢，提供加工配送一条龙服务，纵剪宽度最小能达到3MM，公差保持0.05-0.1MM 之间，可以根据客户尺寸加工，加工精确度高 一、钢板（包括带钢）的分类： 1、按厚度分类：（1）薄板（2）中板（3）厚板（4）特厚板 2、按生产方法分类：（1）热轧钢板（2）冷轧钢板 3、按表面特征分类：（1）镀锌板（热镀锌板、电镀锌板）（2）镀锡板（3）复合钢板（4）彩色涂层钢板 4、按用途分类：（1）桥梁钢板（2）锅炉钢板（3）造船钢板（4）装甲钢板（5）汽车钢板（6）屋面钢板 （7）结构钢板（8）电工钢板（硅钢片）（9）弹簧钢板（10）其他 二、普通及机械结构用钢板中常见的日本牌号 1、日本钢材(JIS系列)的牌号中普通结构钢主要由三部分组成第一部分表示材质。 如：S（Steel）表示钢，F（Ferrum）表示铁；第二部分表示不同的形状、种类、用途，如P(Plate)表示板，T （Tube）表示管，K(Kogu)表示工具；第三部分表示特征数字，一般为最低抗拉强度。如：SS400--第一个S表示钢(Steel)，第二个S表示"结构"（Structure），400为下限抗拉强度400MPa，整体表示抗拉强度为400 MPa的普通结构钢。 2、SPHC--首位S为钢Steel的缩写，P为板Plate的缩写，H为热Heat的缩写，C商业Commercial的缩写，整体表示一般用热轧钢板及钢带。 3、SPHD--表示冲压用热轧钢板及钢带。 4、SPHE--表示深冲用热轧钢板及钢带。 5、SPCC--表示一般用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国Q195-215A牌号。其中第三个字母C为冷Cold的缩写。需保证抗拉试验时，在牌号末尾加T为SPCCT。 6、SPCD--表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL（13237）优质碳素结构钢。 7、SPCE--表示深冲用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL（5213）深冲钢。需保证非时效性时，在牌号末尾加N为SPCEN。冷轧碳素钢薄板及钢带调质代号：退火状态为A，标准调质为S，1/8硬为8，1/4硬为4，1/2硬为2，硬为1。表面加工代号：无光泽精轧为D，光亮精轧为B。如SPCC-SD表示标准调质、无光泽精轧的一般用冷轧碳素薄板。再如SPCCT-SB表示标准调质、光亮加工，要求保证机械性能的冷轧碳素薄板。 8、JIS机械结构用钢牌号表示方法为： S+含碳量+字母代号（C、CK），其中含碳量用中间值×100表示，字母C：表示碳 K：表示渗碳用钢。如碳结卷板S20C其含碳量为0.18-0.23%。 三、我国及日本硅钢片牌号表示方法 1、中国牌号表示方法： （1）冷轧无取向硅钢带（片）。表示方法：DW+铁损值（在频率为50HZ，波形为正弦的磁感峰值为1.5T的单位重量铁损值。）的100倍+厚度值的100倍。如DW470-50 表示铁损值为4.7w/kg，厚度为0.5mm的冷轧无取向硅钢，现新型号表示为50W470。 （2）冷轧取向硅钢带（片）。表示方法：DQ+铁损值（在频率为50HZ，波形为正弦的磁感峰值为1.7T的单位重量铁损值。）的100倍+厚度值的100倍。有时铁损值后加G表示高磁感。如DQ133-30表示铁损值为1.33，厚度为0.3mm的冷轧取向硅钢带（片），现新型号表示为30Q133。 （3）热轧硅钢板。热轧硅钢板用DR表示，按硅含量的多少分成低硅钢（含硅量≤2.8%）、高硅钢（含硅量＞2.8%）。表示方法：DR+铁损值（用50HZ反复磁化和按正弦形变化的磁感应强度最大值为1.5T时的单位重量铁损值）的100倍+厚度值的100倍。如DR510-50表示铁损值为5.1，厚度为0.5mm的热轧硅钢板。家用电器用热轧硅钢薄板的牌号用JDR+铁损值+厚度值来表示，如JDR540-50。 2、日本牌号表示方法： （1）冷轧无取向硅钢带。由公称厚度（扩大100倍的值）+代号A+铁损保证值（将频率50HZ，最大磁通密度
钢板是汽车的主要用材，按生产工艺分为热轧板和冷轧板，热轧板的厚度多在3mm以上，冷轧板在3mm以下。目前，汽车车身生产中，特别是冲压生产中，使用得最多的是普通低碳钢板。低碳钢板具有很好的塑性加工性能，其强度和钢度也能完全满足汽车车身的强度和钢度要求，同时能满足车身拼焊的焊接要求。随着汽车向安全环保节能目标发展的要求，冶金企业和汽车生产厂还开发出高强度钢板、深冲钢板、镀层钢板等新型汽车用钢。 (1)低合金钢强度热轧钢板 随着汽车向轻量化和节能方向发展，用高强度钢板生产汽车零件已成为发展趋势。热轧高强度钢板在载货汽车上用量很大，约占载重车用热轧钢板总量的60-70％。主要用于汽车车架纵梁、横粱，车厢的纵、横梁以及刹车盘等受力结构件和安全件。经过多年的开发和应用研究，我国已形成锰钢或锰稀土系列，硅—钒钢、含钛钢系列和含钒钢系列。 含钛系热轧钢板含钛热轧钢板在汽车上的用量很大。由于含钛钢板强度高，实际冲压性能好，不仅可大幅度降低汽车自重，同时，汽车使用寿命成倍提高。钢中加入钛，既提高钢板的强度，又改变钢中硫化物夹杂的形态和分布。含钛钢板的冲击韧度很高。但热轧含钛钢也存在一些问题，一是钛对温度很敏感，当终轧后冷却速座控制不当，会导致含钛钢板的头、中、尾的强度波动大，形成强度分布的盆形曲线。 热轧含铌钢系列为节约合金元素，降低钢的生产成本，目前，国内外大量应用热轧含铌钢板。铌的强化能力大于钛，由于钛优先与氮化合并与硫形成钛硫化合物，直接增加了钛在钢中的含量。铌只是强化元素，要获得同级强度的钢板，钢中含铌量仅为含钛量的1/ 3左右，显示了含铌的优越性。 双相钢板其主要添加元素为Si、Mn、(Nb)、Cr。已形成了Si-Mn系、Si-Mn-Cr 系和Si-Mn-Mo系，有540MPa、590MPa和640MPa三种强度级别材料，强度和延伸率都很高、延伸率好、屈服强度较低，更易变形，具有良好的冷成形性，其重要特性是具有优良的翻边性能，很适合冲压翻边性能良好的部件。 TRIP钢TRIP钢是含有残余奥氏体的低碳、低合金高强度钢，主要化学成分为C-Si-Mn元素，强度级别为500 MPa-700MPa，强度和塑性配合良好，用于生产汽车的零部件。浦项钢铁公司现在正开发1000MPa级TRIP钢并己商业化。在
热冲压成形的高强度钢—硼钢技术应用发展 国内首家热冲压零部件有限公司于05年在宝钢成立。并且用于热冲压成形的高强度钢—硼钢，也是由上海宝钢独家供货。宝钢生产的硼钢牌号为：1.85mm以上热轧，BR1500HS； 1.85mm以下冷轧，B1500HS。与欧洲热冲压高强度钢22MnB5对应。屈服强度1000MPa、抗拉强度1400MPa、延伸率5%。相对于热冲压零部件有限公司的批量生产，宝钢股份研究院技术中心拥有独立的试制生产线。从2005年开始，已完成车身165个件的试制，其中12个样件一次试制成功。表3为宝钢热冲压机组相关参数。 近几年来，热成形制造的零件的应用越来越广泛。中国上海大众在PASSATB6等多款车型中，热成形的部分占据了整个车身质量的15%，一般用在A/B/C柱及加强板还有中央通道、保险杠支架等地方。将典型的热成形用钢22MnB5在冲压前加热到950℃附近，然后在一个水冷模具中加压成形，再通过模具淬火最终零件的强度可以将大众汽车提到的1500MPa。但是在强度提高的同时，硼钢的冲击韧性受到越来越多的关注。由于微观组织全是由非常硬的马氏体构成，韧性就降低了，这一点非常关键。因为在碰撞试验中，这些零件通常都是放在用来承受很高的冲击载荷的地方。但是，现在还没有可靠的材料可以用来进行韧性与脆性之间的转换。在蒂森公司最近对淬火－回火的厚坯的研究中提到，铌微合金化的应用可以提高热成形钢的韧性。在这种情况下，用来防止硼和溶解的铌相结合，钛应该由铌和铝的化合物取代。这样做的结果是造成裂纹起始点的TiN粒子可以避免或被细小的碳、氮铌化物沉淀取代，从而降低热轧时晶粒尺寸，同样也可以在冲压前加热到950℃的过程中限制晶粒的长大。通常，晶粒细化对韧性是有利的。 由高强度板热成形制造的车身零部件如图6所示。与传统成形零件相比，热成形零件具有以下优点： 1)高强度：屈服强度可达到1200MPa，抗拉强度可达到1600MPa-2000MPa。 2)高硬度：高达6t的静压不损坏。 3)轻量化：板厚比传统钢板减薄达35%。 4)消除回弹影响，提高制造精度。 综上可知，高强度钢以其轻质、高强度的特点仍是汽车用钢材的首选，并已成为满足汽车减重和增加碰撞性能和安全性能的重要途径。但是，常规高强度钢在室温下不仅变形能力很差，
高强度钢板的两种热成形技术 强度钢板热成形技术有间接成形和直接成形两种工艺。间接成形工艺可成形具有复杂形状的零部件，预成型后可进行加工;直接成形工艺节省时间、能源。 强度钢板热成形技术是同时实现汽车车体轻量化和提高碰撞安全性的最新技术。目前，欧、美、日等各大汽车生产厂商已成功地将高强度钢热成形技术应用汽车构件的生产中，经济效益显著，有效地提高了市场竞争力。目前国内仅有几家公司从国外引入生产线，耗资十分巨大，国内汽车厂家成本负担很大。国内众多汽车公司正在迫切寻求用该项技术来铸造汽车冲压件。但是，该项技术和装备被几家国外公司所垄断，设备价格十分昂贵。因此，热成形零件的价格也远高于普通冷成形件，导致国内目前仅有少数厂家在高档轿车上采购这种高强度冲压件，远远满足不了国内汽车行业的市场需要。 针对上述情况，大连理工大学与长春伟孚特汽车零部件有限公司联合开发出国内第一条具有完全自主知识产权的高强度钢板热成形批量连续生产线。 高强度钢板热成形技术是集落料、加热、防氧化、冲压、淬火冷却、切形和喷丸处理等为一体的综合制造系统，是体现机械加工、电控和材料化工紧密交叉的国际前沿高新技术。热成形连续加热炉要保
证板料加热到设定的温度充分奥氏体化，同时避免没有防氧化涂层板料的高温氧化脱碳，这决定了热成形连续加热炉与其他加热炉相比应具有独特的核心技术。 成形有间接成形和直接成形两种工艺。 热成形间接成形工艺是指板料先经过冷冲压进行预成形，然后加热到奥氏体化温度，保温一段时间后放到具有冷却系统的模具里进行最终成形及淬火。热成形间接成形工艺的优点如下： (1)可以成形具有复杂形状的车内零部件，几乎可以获得目前所有的冲压承载件。 (2)板料预成形后，后续热成形工艺不需要过多考虑板料高温成形性能，可以确保板料完全淬火得到所需要的马氏体组织。 (3)板料预成形后可以进行修边、翻边、冲孔等工艺加工，避免板料淬火硬化后加工困难问题。 热成形直接成形工艺是指板料加热到奥氏体化温度保温一段时间后直接放到具有冷却系统的模具里进行成形及淬火。热成形直接成形工艺的优点如下： (1)板料在一套模具中进行成形及淬火，节省了预成形模具费用并加快了生产节奏。
（汽车行业）汽车车身新材料的应用及发展方向
汽车车身新材料的应用及发展趋势 现代汽车车身除满足强度和使用寿命的要求外，仍应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需要。在上世纪八十年代，轿车的整车质量中，钢铁占80％，铝占3％，树脂为4％。自1978年世界爆发石油危机以来，作为轻量化材料的高强度钢板、表面处理钢板逐年上升，有色金属材料总体有所增加，其中，铝的增加明显；非金属材料也逐步增长，近年来开发的高性能工程塑料，不仅替代了普通塑料，而且品种繁多，在汽车上的应用范围广泛。本文着重介绍国内外在新型材料应用方面的情况及发展趋势。 高强度钢板 从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有后者的50％，故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。当下的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度高达420N/mm2，是普通低碳钢板的2～3倍，深拉延性能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车X公司和宝钢合作，2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg，占车身钢板用量的46%，对减重和改进车身性能起到了良好的作用。低合金高强度钢板的品种主要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢板等，车身设计师可根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。含磷高强度冷轧钢板：含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板，也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板高15％～25％；良好的强度和塑性平衡，即随着强度的增加，伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的耐腐蚀性，比普通冷轧钢板提高20％；具有良好的点焊性能；烘烤硬化冷轧钢板：经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理，屈服强度得以提高。这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度，是车身外板轻量化设计首选材料之壹；冷轧双向钢板：具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点，如经烤漆后其强度可进壹步提高。适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如车门加强板、保险杠等；超低碳高强度冷轧钢板：在超低碳钢（C≤0.005％）中加入适量的钛或铌，以保证钢板的深冲性能，再添加适量的磷以提高钢板的强度。实现了深冲性和高强度的结合，特别适用于壹些形状复杂而强度要求高的冲压零件。 轻量化迭层钢板 迭层钢板是在俩层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为0.2～0.3mm，塑料层的厚度占总厚度的25％～65％。和具有同样刚度的单层钢板相比，质量只有57％。隔热防振性能良好，主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。铝合金 和汽车钢板相比，铝合金具有密度小（2.7g/cm3）、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点，技术成熟。德国大众X公司的新型奥迪A2型轿车，由于采用了全铝车身骨架和外板结构，使其总质量减少了135kg，比传统钢材料车身减轻了43％，使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件，车身零件数量从50个减至29个，车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60%，仍比同类车型的钢制车身车重减少50%。由于所有的铝合金都能够回收再生利用，深受环保人士的欢迎。根据车身结构设计的需要，采用激光束压合成型工艺，将不同厚度的铝板或者用铝板和钢板复合成型，再在表面涂覆防具有良好的耐腐蚀性。 镁合金 镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢材密度的35％，铝材密度的66％。此外它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。镁的储藏量十分丰富，镁可从石棉、白云石、滑石中提取，特别是海水的
汽车技术 汽车用高强度钢热成型技术* 【摘要】高强度钢的热成型技术可解决传统成型高强度钢板在汽车车身制造中遇到的各种问题。介绍了汽车用 高强度钢热成型的加工工艺、加工关键技术、热成型零件的检测方法以及国内外的研究现状。以用于热冲压成型的 高强度钢——硼钢为例，对我国热成型技术的应用情况及未来热成型技术需要解决的问题进行了阐述。 主题词：高强度钢板热成型硼钢 1 汽车用热成型高强度钢 长期以来，钢铁一直是汽车工业的基础，虽然汽 车制造中铝合金、镁合金、塑料及复合材料的用量不 断增加，但高强度钢以其具有的高减重潜力、高碰撞 吸收能、高疲劳强度、高成型性及低平面各向异性等 优势[1,2]，已经成为汽车工业轻量化的主要材料。21 世纪的汽车行业以降低燃料消耗、减少CO2 和废气 排放成为社会的主要需求，为适应这种发展趋势，钢 铁业已开发出许多种类的高强度钢板来帮助减轻汽 车质量，同时提高汽车的安全性。 为兼顾轻量化与碰撞安全性及高强度下冲压件 回弹与模具磨损等问题，热成型高强度钢及其成型 工艺和应用技术应运而生。目前凡是达到U-NCAP 碰撞4 星或5 星级水平的乘用车型，其安全件（A/ B/C 柱、保险杠、防撞梁等）多数采用了抗拉强度为 1 500 MPa、屈服强度为1 200 MPa 的热成型高强度 钢。同时，为解决高强度钢冷成型中的裂纹和形状 冻结性不良等问题，出现了热冲压成型材料，已用其 进行了强度高达1 470 MPa 级汽车部件的制造。 本文首先介绍高强度钢热成型加工工艺及其关 键技术，然后分析了国内外热成型研究成果与现状， 最后对热成型技术的应用发展进行了展望。 2 高强度钢热成型加工工艺 2.1 热成型加工工艺 2.1.1 理论基础 与传统的冷成型工艺相比，热成型工艺的特点 是在板料上存在一个不断变化的温度场。在温度场 的影响下，板料的基体组织和力学性能发生变化，导 致板料的应力场也发生变化，同时板料的应力场变 化又反作用于温度场，所以热成型工艺就是板料内 部温度场与应力场共存且相互耦合的变化过程（见 图1）。这就要求热成型用钢板的成分要适应热成型 过程中的热循环。 图1 应力场、温度场和金属微观组织的相互作用
一汽-大众超凡工艺： 热成型钢板 一个车身的强度取决于车身的设计与钢板强度，因此车身重要防护部位的钢板强度就显得至关重要，热成型钢板无疑是各类高强度板中的佼佼者。 1.概述 热成型钢板技术是指将钢板经过950°C的高温加热之后一次成形，又迅速冷却从而全面提升了钢板强度，屈服度达1000Mpa之高，每平方厘米能承受10吨以上的压力，把这种材料用在车身上，在车身重量几乎没有太大变化情况下，承受力提高了30%，使汽车的刚强度达到全新水准，在欧洲NCAP碰撞测试中达到五星级标准。 2.热成型钢板技术的优势： (1)极高的材料强度及延展性。一般的高强度钢板的抗拉强度在400-450MPa 左右，而热成形钢材加热前抗拉强度就已达到500-800 MPa，加热成形后则提高至1300-1600 MPa，为普通钢材的3-4倍，其硬度仅次于陶瓷，但又具有钢材的韧性。因此由热成型钢板制成的车身极大的提高了车身的抭碰撞能力和整体安全性，在碰撞中对车内人员会起到很好的保护作用。 (2)有效的减轻整车重量，节约能耗。由于热成型钢板极高的材料强度，因此在设计时可以用一个热成形零件代替多个普通钢板的零件。例如速腾车型前后门中间的B柱，由于采用了热成型钢板则不再需要加强梁，在保证强度的情况下，减少5个零件，减重约 4.5公斤，自然减少了汽车的油耗，对缩减车主的使用成本也起到了辅助作用。 (3)热成型钢板具有很好的材料成形准确度，消除材料回弹的影响，可以实现复杂的形状。由于热成型钢板的特殊性质，并且是加热后成形，因此可以在一道工序完成普通冷冲压成形需多道工序才能完成的复杂形状。一次成型的工艺好处在于可以确保钢板在加工过程当中，钢板内部纤维流向不必受到二次受力的冲击，保证钢板保持最好的强度和韧度，而且在零件成形后进行快速冷
深 市 光 电 限 司 SHENZHEN RONG GUANG ELECTRONIC S MACHINES EQUIPMENT CO.,LTD. 文件编文件编制部门 热镀锌钢板技术规范
文件修订信息记录表
目录 一. 目的................................................. .... . (4) 二. 适用范围................................................ .... .. (4) 三. 引用/参考标准或资料....................................... .... (4) 四. 术语及其定义.............................. ............. .... ........4。 五. 热镀锌钢板的技术要求...................................... .. (5) 1 常用牌号及化学成分 (5) 2 力学性能 (7) 3 拉伸应变痕 (7) 4 锌层附着性能 (7) 5 表面质量 (8) 6 表面处理 (8) 7 镀层重量 (9) 8 不平度 (9)
9 尺寸允许偏差 (10) 六. 检验和试验............................................... (11) 1 试验方法 (11) 2 检验规则 (11) 3 检验报告 (11) 4 封样 (12) 5 说明 (12) 一. 目的 规范公司结构件原材料为热镀锌钢板的技术要求，以利于对原材料的质量控制和检验。 为设计开发时选择原材料提供依据。 二. 适用范围 本规范适用于公司结构件原材料为0.3mm~2.5mm 板厚的热镀锌钢板的来料检验以及 设计人员对热镀锌钢板的选用。 三. 引用/参考标准或资料 下列标准包含的条文，通过在本规范中引用而构成本规范的条文。凡是注日期的引用
汽车前后大灯快速成型工艺研究 汽车的前、后大灯是对汽车整体十分重要的功能型修饰物件，如今很多新式的车型都采用了硅胶软模的车灯材料，利用快速真空浇筑的方式。这种塑料壳体的成型工艺方法具有成本投入较低、制作过程简单、试制周期较短等优点，可以将设计方案快速的转化为实物产品，笔者将就此对汽车前、后大灯的快速成型工艺展开深入的研究。 标签：前后大灯；快速成型；组合工艺 1汽车前、后大灯模具的制造工艺 1.1硅胶模具的母版制造。硅胶模具就是产品的实样，不同的材料制造出的母版各不相同。代木树脂和PU块、ABS等材质具有硬度较强、耐磨性较好和切削速度快、易打磨等特点，所以得到了广泛的使用，是目前主流的母模制造材料。利用以上材料所制作出来的母模，精度较高、表面质量较好，且加工的程序不会很复杂，也直接的提高了硅胶模具的制造质量。 利用真空浇注的方法，在对模具塑料件的成型制作中，要对材料的收缩率进行一定的修改设计，然后利用三维立体的数据模型方法，在数控加工中心将模型进行三维实体的原型构造，从而将初步的母版模具制造出来。在母版模具的原型制造完毕后，还要对其的表面进行抛光处理，将原有的划痕、杂质进行剔除，以求增加表面的光滑度，从而取得不错的脱模效果；其次，还要使用洁模剂进行二次的表面清洁，彻底的光滑表面；最后用专门的脱模剂对原型的表面进行擦拭，让模具的表面不易受到损伤，并利于脱模；在完成以上的三个步骤后，就可以使用坐标检测仪来对原型模具进行精度的测算。 1.2硅胶模具的施工制造 1.对原型进行贴分型面，将制作好的原型模具的周围紧紧的贴合上一层透明胶带，起到了分型面的作用； 2.在原型模具的适当位置预制上浇注口； 3.将经过了上述步骤处理完毕的原型，放置进组合灯中，并按照设计的尺寸对硅胶模具的盒子进行浇注固定。 2前、后组合大灯的制造工艺探究 2.1前、后大灯材料的制造 1.前、后大灯主要由塑料件制造而成，其中在灯罩的选择上，为了满足前、后大灯能够长时间连续点亮的要求，可以选用PX521HT的材料，此种材料具有
一汽-大众超凡工艺：热成型钢板 一个车身的强度取决于车身的设计与钢板强度，因此车身重要防护部位的钢板强度就显得至关重要，热成型钢板无疑是各类高强度板中的佼佼者。 1.概述 热成型钢板技术是指将钢板经过950°C的高温加热之后一次成形，又迅速冷却从而全面提升了钢板强度，屈服度达1000Mpa之高，每平方厘米能承受10吨以上的压力，把这种材料用在车身上，在车身重量几乎没有太大变化情况下，承受力提高了30%，使汽车的刚强度达到全新水准，在欧洲NCAP碰撞测试中达到五星级标准。 2.热成型钢板技术的优势： (1)极高的材料强度及延展性。一般的高强度钢板的抗拉强度在400-450MPa左右，而热成形钢材加热前抗拉强度就已达到500-800 MPa，加热成形后则提高至1300-1600 MPa，为普通钢材的3-4倍，其硬度仅次于陶瓷，但又具有钢材的韧性。因此由热成型钢板制成的车身极大的提高了车身的抭碰撞能力和整体安全性，在碰撞中对车内人员会起到很好的保护作用。 (2)有效的减轻整车重量，节约能耗。由于热成型钢板极高的材料强度，因此在设计时可以用一个热成形零件代替多个普通钢板的零件。例如速腾车型前后门中间的B柱，由于采用了热成型钢板则不再需要加强梁，在保证强度的情况下，减少5个零件，减重约4.5公斤，自然减少了汽车的油耗，对缩减车主的使用成本也起到了辅助作用。 (3)热成型钢板具有很好的材料成形准确度，消除材料回弹的影响，可以实现复杂的形状。由于热成型钢板的特殊性质，并且是加热后成形，因此可以在一道工序完成普通冷冲压成形需多道工序才能完成的复杂形状。一次成型的工艺好处在于可以确保钢板在加工过程当中，钢板内部纤维流向不必受到二次受力的冲击，保证钢板保持最好的强度和韧度，而且在零件成形后进行快速冷却，零件成形后的回弹量很小，极大地提高了材料成形准确度，更好的保证了零件尺寸精度，为下一步的车身焊接打下良好的基础。 (4)热成型钢板的原材料为欧洲钢铁巨头帝森-克虏伯的专利产品，所有钢板均需从欧洲进口，目前中国也仅在长春和上海有两条生产线可以加工热成型钢板。 3.速腾热成型钢板的特点 速腾车身上，采用了超过60%的超高强度和高强度车身材料，具有极高的机械安全性。而热成型钢板则主要应用于前、后保险杠骨架以及A柱、B柱等重点部位，在发生撞击时，尤其在正面和侧面撞击时，可有效减少驾驶舱变形，保护驾乘人员的安全。 热成型钢板
车身钢板的规格及选用 汽车车身外壳绝大部分是金属材料，主要用钢板。现代汽车的钢板用什么方式防锈？为什么有些轿车声称车身防锈蚀年限达10年以上？镀锌薄钢板广泛应用在汽车上，这是因为它有良好的抗腐蚀能力。早年人们在试验中发现，将铁和锌放人盐水中，二者无任何导线联结时，铁和锌都会生锈，铁生红锈，锌生“白锈”；若在二者间用导线联结起来，则铁不会生锈而锌生“白锈”，这样锌就保护了铁，这种现象叫牺牲阳极保护。工程师正是将这种现象运用到实际生产中，生产了镀锌钢板。经研究，在镀锌量350克／平方米（单面）时，镀锌钢板在屋外的寿命（生红锈），田园地带约为15一18年，工业地带大约3一5年，这比普通钢板长几倍甚至十几倍。从20世纪70年代开始轿车车身钢板采用镀锌薄钢板，装配时镀锌面置于汽车内侧，提高车身耐蚀性能，非镀锌面置于汽车外侧，喷涂油漆。随着汽车对耐腐蚀性能的要求不断提高，镀锌钢板不断增加镀锌层重量，还出现了双层镀锌钢板。但由于增加镀锌重量也会使电镀锌的电能消耗大幅增加，导致材料成本的上升，因此20世纪70年代末又出现一种采用热浸镀锌工艺生产的镀锌钢板，称为热镀锌钢板。这种镀锌钢板用连续热镀锌工艺：冷轧板（注*）→加热→冷却至镀锌温度→镀锌→冷却→矫直。为了满足汽车对镀锌钢板的各种要求，一些生产厂家在镀锌生产线上对镀锌钢板进行扩散退火等特殊处理，以使钢板表面形成一种“锌－铁”合金镀层，其特点是涂漆后的焊接性和耐腐蚀性比纯锌镀层板要好。以后还出现了诸如“锌－铝－硅”、“锌－铝－铼”等合金化热镀锌钢板，使得热镀锌钢板的耐腐蚀性成倍提高，与油漆间的结合性能长期稳定。目前轿车已经广泛使用镀锌钢板，采用的镀锌钢板厚度从0.5至3.0毫米，其中车身复盖件多用0.6至0.8毫米的镀锌钢板。德国奥迪轿车的车身部件绝大部分采用镀锌钢板（部分用铝合金板），美国别克轿车采用的钢板80%以上是双面热镀锌钢板，上海帕萨特车身的外复盖件采用电镀锌工艺，内复盖件内部采用热镀锌工艺，可以使车身防锈蚀保质期长达11年。材料是影响汽车质量的重要因素。在现代汽车中，车身材料占全车材料的很大部分。为了提高汽车行驶的经济性，减轻汽车重量是世界各大车厂的目标，近年来汽车上越来越多使用了铝或塑料等非钢铁材料做车身部件，例如奥迪A2全铝制车身，日产SUV“奇骏”用塑料做前翼子板，更多的乘用车保险杠用塑料制成。在日益广泛使用非钢铁材料做车身部件的形势下，高度依赖汽车制造业的钢铁企业将面临直接的威胁。因此，研制和发展轻质、高强度的汽车钢板成为多年来钢铁企业的一个热点。目前汽车生产中，使用得最多的是普通低碳钢板。低碳钢板具有很好的塑性加工性能，强度和刚度也能满足汽车车身的要求，同时能满足车身拼焊的要求，因此在汽车车身上应用很广。为了满足汽车制造业追求轻量化的要求，钢铁企业推出高强度汽车钢材系列钢板。这种高强度钢板是在低碳钢板的基础上采用强化方法得到的，抗拉强度得到大幅增强。利用高强度特性，可以在厚度减薄的情况下依然保持汽车车身的机械性能要求，从而减轻了汽车重量。例如BH钢板是在低强度的条件下，经过冲压成形之后，进行烤漆加工热处理，以提高其抗拉强度。对比之下，以往生产的强度在440MPa的钢板，在采用这种加工技术以后强度可增加到500MPa。原来用厚度1毫米钢板做侧面板，用高强度钢板只需厚度0.8毫米。采用高强度钢板还可以有效地提高汽车车身的抗冲击性能，防止在行驶中由于路面的砂石飞溅碰撞产生凹痕，延长了汽车的使用寿命。车用高强度钢板应具有高强度和延塑性好的特点。目前高强度钢有BH钢（烤漆硬化钢板）、双相DP钢、相变诱导塑性钢（TRIP）、微合金M钢、高强度无间隙固熔IF钢等。它们一般用于需高强度、高抗碰撞吸收能、成形要求严格的零件，例如轮圈、加强构件、保险杠、防撞杠，随着性能及成型技术的进步，高强度钢板被用于汽车的内外板件，例如车顶板、车门内外板、发动机舱盖、行李舱盖等上。现在许多中高档轿车都采用高强度钢板。高强度钢板经过发达国家20多年的开发与生产，大都巳有标准化和常规生产的系列产品，并广泛用于许多汽车的构件制作中。日本汽车高强度钢板的平均使用率在1993