22MnB5热冲压成形用钢电阻点焊工艺与性能研究

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为了保证节能、环保、安全,汽车的研究方向向着汽车轻量化发展,汽车用钢向高强度研发已经成为必然趋势。由于高强度钢的冷成形困难、易开裂、回弹,影响成形件的形状稳定性和尺寸稳定性。热冲压成形技术的出现能够满足性能要求和成形性要求。电阻点焊是目前车身焊装生产最主要的工艺方法。热冲压成形钢冲压成形硬化后的组织为全马氏体组织,其电阻点焊过程物理冶金行为与普通高强度钢板相比差异较大,在焊接过程中易出现缩孔、未焊透等问题,且其焊接接头组织韧性较差。因此,本文拟研究热冲压成形用钢的组织与性能、电阻点焊工艺与性能,及其焊接过程的物理冶金机理。本文以国内武钢厂生产的热冲压成形用钢板22MnB5为研究对象,实验研究了热冲压成形用钢冲压后的组织与性能,以及热冲压成形用钢的相变行为。在此基础上本文通过调整焊接工艺参数实施点焊操作,并对焊接接头的力学性能、熔核直径、显微硬度和微观组织进行分析,研究热冲压成形用钢的电阻点焊性能。论文主要研究成果如下:(1)研究了热冲压成形用钢的静态连续冷却转变规律。热冲压成形用钢发生全马氏体转变的临界冷却速度为20-C/s,Ac3温度为785℃,为本研究中采用平面模具模拟热冲压板材提供了工艺指导依据。用于焊接研究的通过模拟热冲压处理的板材,组织为全马氏体,力学性能良好,抗拉强度1385MPa,组织性能与工业热冲压成形零件一致。(2)通过优化焊接电流、焊接时间、电极压力等关键参数,该22MnB5热冲压成形用钢获得了良好电阻点焊性能,熔核直径和力学性能均满足要求。优化工艺条件下(I:9.5~10.5kA, t:20~35cyc, F:8.0~9.5kN)点焊接头的失效形式为熔核拔出,1.5mm厚板材焊接的最大拉剪力达20-26kN,最大正拉力为7-8.5kN,剪性比~0.31,焊接接头具有较好的韧性。(3)该电阻点焊接头分为母材区、热影响区和熔核区。母材硬度为498HV10;热影响区因焊接过程被加热而形成回火马氏体,其硬度降低至435-440HV10;熔核区为液相快速凝固后形成的回火马氏体组织,组织较粗大,硬度为488HV10。该热影响区形成的回火马氏体改善了焊接接头韧性,有利于以熔核拔出模式失效,提高接头正拉强度。
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