汽車輕量化是未來汽車發展的主要方向,而高強度鋼在抗碰撞性能、加工工藝和成本方面具有明顯的優勢,能夠滿足汽車輕量化和提高碰撞安全性能的雙重需要,從成本與性能角度來看,是滿足車身輕量化、提高碰撞安全性的最佳材料。鋼板材料隨著技術的進步,從普通板材、高強度板、超高強度板到熱成形板,其屈服強度從不足200MPa發展到目前超過1500MPa。熱成形板材越來越多的應用到汽車上,包括A柱、B柱、保險杠、縱梁、通道、前地板、側圍等,如圖1所示。
熱成形鋼具有強度高、加工性能好等優良的綜合性能,從而得到世界各國的大力開發和研究,成為車用鋼板的熱門材料。東風(武漢)實業有限公司的熱成形工廠是國內頂尖的熱成形生產企業。目前向神龍、東風、本田、雷諾、日產等多個整車生產廠家供貨。設計背景
熱成形板材在性能上有諸多優點,如極高的材料強度及延展性,很好的材料成形準確度等。但是這種鋼材在相互焊接方面存在困難,主要體現在焊接強度與焊點外觀難以控制,焊接強度與焊接參數之間沒有形成曲線規律。而各個主機廠對于超高強度板材在焊接方面的研究仍然不充分。為了能夠找到選擇合適參數的方法,我公司通過大量的實驗來驗證合適的參數。實驗的鋼板為阿賽洛產的22MnB5熱軋鋼板,其力學性能見表1,化學成分見表2。
焊核顯微組織圖
焊接后把焊點沿直徑切開,如圖2所示,組織形貌由母材(BM)、熱影響區(HAZ)及焊核區(WNZ)三部分組成,圖2中d為焊核的顯微組織。
確定參數范圍
首先,根據電流強弱,給出三組參數,見表3。電阻點焊實驗設備采用固定式點焊機,型號是DN-200,電極端面直徑為8mm。采用25mm×100mm的試片,厚度為1.76mm,長度方向的搭接長度為25mm。
r規范的加熱速度小,溫度上升梯度小,保溫時間長,加熱過程WNZ區對HAZ區傳遞的熱量多,因此冷卻時焊核區WNZ冷卻的速率降低,當提高焊接電流、減小焊接時間即采用y規范時,加熱速度大、溫度上升梯度大、保溫時間短、加熱過程焊核區對HAZ區傳遞的熱量少,因此冷卻時焊核區冷卻的速率相對較高。加熱速度越快,過熱度越大,奧氏體A實際形成溫度越高,形核率大于長大速度,使A體晶粒越細小;冷卻時形成M晶粒的大小取決于形核率和長大速度的相對大小,冷卻速度越快,過冷度越大,則二者比值越大,因而形成的馬氏體晶粒越細小;保溫時間越長,A體細化后仍有足夠長時間長大,在冷卻后M體晶粒越大;綜合分析可知:對熱沖壓高強鋼,選取的焊接規范越強,冷卻后形成的馬氏體板條越小。通過實驗對比三種焊接后的實際性能表現,如圖3所示。很明顯,采取z規范的試樣剪切力和十字拉伸力所獲得的結果較r、y兩種規范好。后面我們圍繞z規范繼續做實驗。
制定精確參數