1、在高温下硼钢的热成型模具淬火期间的实验热传递系数测量 摘要 热成型模具淬火被汽车工业用于生产具有高强度重量比的超高强度钢部件。通过在使用加热模具的淬火步骤期间控制局部冷却速率，可以获得具有分布特性的防撞结构部件。该过程需要空白 /模具界面处的传热系数的详细空间知识。在Usibor 1500P 硼钢坯料上进行热冲压实验，以研究压力和坯料和模具温度如何影响传热系数，这是使用反向热传导分析推断的。发现传热系数在整个实验中随着表面粗糙度峰的变形和坯料和模具温度的演变而变化。尽管在冲压过程开始时的传热系数随着初始模温度而增加，但是它收敛到仅取决于所施加的压力的值。此外，发现零压力的实验传热系数与半经验模
2、型预测的气隙电导相匹配，但压力相关分量低于模型预测的固体接触电导。 1. 介绍 新的材料和制造工艺被用于汽车工业，以减少车辆重量，而不损害碰撞性能，会提高燃料效率并减少二氧化碳排放 1,2。重量减少可以 使用聚合物，镁和铝，但也与高和超高强度钢（ UHSS），更轻的材料相比具有优越的强度重量比获得3,4。 UHSS 的一个实例是可淬火的硼钢 22MnB5，其中少量的硼（约 0.005pct）增加了淬透性，并允许最大抗拉强度为 1600MPa 5,6。因此，与冷冲压高强度钢部件相比，可以实现更薄，更轻的横截面的碰撞性能要求 5,7。自从 1984年在汽车制造中引入以来， UHSS 结构件的使用急
3、剧增加。使用 UHSS 材料（如22MnB5 硼钢）制造的抗撞击组件包括 A柱， B 柱，门梁，保险杠梁以及车顶和侧梁 7,8。 超 高强度钢在室温下的低成形性与非常高的成形载荷和显着的回弹有关1-3,9,10，这限制了冷压 UHSS 零件简单的几何形状如门和保险杠梁 5,10。 然而，这些材料在较高温度下的高延展性和低流动应力降低了冲压载荷，并允许形成具有令人满意的尺寸公差的复合形状 5,9。热成型模淬火（ HFDQ）工艺如图 1 所示，也称为加压硬化，在一个步骤中结合了高温板材成型和淬火硬化。 常规的热成型模具淬火通过将硼钢板“坯料”预热至约 900LC 开始，以形成具有良好成形性的均匀奥
4、氏体微结构。 然后将坯料转移到一组水冷却的工具（冲头 ，模具），其中发生冲压成最终形状。 由于冷的工具表面，在冲压期间和之后获得高的冷却速率。 根据图 1所示的 22MnB5 硼钢的连续冷却变形（ CCT）图2将奥氏体（ A）完全转变成马氏体（ M）并获得最大硬度和抗拉强度 4,11-13，需要 25-30 LC / s 的最小冷却速率。 在较低的冷却速率下形成较软的相如铁素体（ F）或贝氏体（ B） 7,11,12。 HFDQ 工艺还可以用于制造具有分布特性的结构部件。 例如，当具有较低强度但具有较高延展性的较软相（例如铁氧体或贝氏体）能够在碰撞期间吸收更大量的能量时，诸如 B 柱的部件的碰
5、撞性能得到改善 2,6,14。 在其它技术中，可以通过实现亚临界冷却速率来获得“定制的”机械性能 (i.e. 300LC），但是在冲压阶段开始时增加超过一个数量级。 HTC 中的这种尖锐的增加对应于冲压压力的施加和从由硼钢坯的翘曲导致的宏观气隙到由表面粗糙度特性确定的微观气隙的转变 ; 这被称为加载阶段。 传热系数随指数增加表面温度差对于冲压阶段的较大部分减小（这个指数阶段在图 7 中显示为直线，因为 HTC 以对数标度表示）。最后，传热系数用公式（ 10）随着温度差 Ts降低到零而变得不稳定，并且建立热平衡。 图 7. 典型的传热系数 h 作为温差的函数（ Td.0 = 450LC， p =
6、 8.0MPa）下的温度（ Tu.s Td.s） 3. 结果 对热冲压实验的每个阶段分别研究诸如冲压压力和坯料和模具温度等参数对传热系数的影响：接近阶段，加载阶段和平衡。 3.1. 接近阶段 先前用室温模具进行的热冲压实验表明，在接近阶段期间，对于较厚的坯料，传热系数通常较高，并且当坯料在连续测试中重复使用时，传热系数趋于增加23,24。 这些结果表明，在该阶段期间观察到的相对低的 HTC 可归因于由坯料的宏观翘曲引起的在坯料 /模具界面处的相对大的气隙。 较厚的坯料不易翘曲，因此在接近阶段期间具有较高的 HTC。图 7示出了在该阶段中传热系数保持相对恒定，消除了由 IHC 问题的不适引起的振荡。因此，接近阶段 HTC 的特征在于平均值。 对于使用未加热模具进行的热冲压试验，接近阶段的平均 HTC 随着初始模具温度 Td.0而增加。由于模具吸收的热量，模具温度倾向于在连续测试中增加，但保持低于 100LC。进入阶段 HTC 和模具温度之间的关系可以归因于在坯料 /模具界面处的气隙的更高的热导率。 增加接近阶段 HTC 的另一个可能原因是重复使用空白样本，这倾向于减少空白翘曲。 在接近阶段 HTC 和初始模具温度之间的线性关系（对于没有模具加热的低温实验 ）如图 8所示。
