压下率对热成形钢铝硅镀层显微组织和性能的影响

轧制差厚板被广泛应用在汽车各零部件中。本文研究了不同压下率轧制对热成形钢铝硅镀层显微组织和性能的影响。结果表明,轧制后的铝硅镀层热成形钢组织形貌保持不变,由外到内依旧保持着铝基体、合金扩散层、硼钢基体的结构特点。随着压下率的增大,试验钢镀层厚度减少,但合金扩散层厚度基本保持不变。压下率为10%~30%时,铝硅镀层及合金扩散层连续性均未被破坏,但合金扩散层内部出现裂纹,裂纹密度随压下率增大而增大。镀层总厚度减薄率略高于压下率;压下为40%时,镀层减薄现象更加明显,部分位置铝基与硼钢基体直接接触。试验钢的抗拉强度、屈服强度、基体维氏硬度随压下率增大而增加,伸长率急剧降低,但断裂伸长率均≥2%。

薄铝硅镀层热成形钢应用技术研究

新型的薄铝硅镀层热成形钢在抗拉强度、屈服强度以及伸长率不变的情况提升了折弯角性能,在汽车应用中具有一定优势。对1 500 MPa薄铝硅镀层热成形钢进行了应用性能研究,包括成形性能、焊接性能、腐蚀性能、胶粘性能。结果显示,减薄铝硅镀层对成形性没有影响,提升了材料的焊接性能,腐蚀性能有所下降,但是总体满足设计要求,胶粘性能也无明显变化。因此,可以推进薄铝硅镀层热成形钢在车身上的批量应用。

铝硅镀层22MnB5高强钢高温拉伸性能及本构模型

为了分析和表征热成形用的铝硅镀层22MnB5高强钢的热变形行为,采用Gleeble-3800热模拟试验机,在成形温度750~900℃、应变速率0.1~10 s^(-1)试验条件下实施了铝硅镀层22MnB5高强钢的板材等温拉伸试验,采用双曲正弦型Arrhenius本构模型描述铝硅镀层22MnB5高强钢的高温流变行为,并考虑应变影响构建了模型。结果表明:1)铝硅镀层22MnB5高强钢的真应力随成形温度的升高而降低,随应变速率的增大而升高,在高温低应变速率条件下(900℃,0.1 s^(-1)),峰值应力为134.24 MPa;在低温高应变速率条件下(750℃,10 s^(-1)),峰值应力为381.25 MPa;2)本构模型预测值与等温拉伸试验值线性拟合的相关系数R^(2)为0.978,表明构建的本构模型在整个应变范围具有良好的预测精度。研究成果能够准确表征铝硅镀层22MnB5高强钢的热变形行为,为其数值模拟提供材料模型数据支持,并为其热加工工艺研究提供了参考。

热浸镀工艺对热成形钢铝硅镀层的影响

热浸镀铝硅钢板具有优良的耐热耐腐蚀性能、抗高温氧化性能和外观装饰性能等,得到了十分普遍的应用。利用CAG-Ⅲ热浸镀锌模拟试验机针对不同热浸镀工艺对热成形钢板进行热浸镀铝硅实验,通过扫描电镜等手段进行表面和截面形貌观察及能谱分析。实验结果表明,铝硅镀层截面组织主要由铝基固溶体、Al-Fe-Si三元合金和Fe-Al二元合金组成,当浸镀温度690℃,浸镀时间5s时为最优浸镀工艺。

奥氏体化时间对铝硅镀层热成形钢组织及性能的影响

在22MnB5热成形钢基体材料上制备AS150铝硅镀层,研究奥氏体化保温时间对22MnB5铝硅镀层热成形钢组织及性能的影响。结果表明:随奥氏体化保温时间的增加,铝硅镀层中的Fe-Al-Si相由靠近界面处细长而连续状的Fe_(2)SiAl_(2)相转变为不连续状的Fe3SiAl3相,最后转变为向镀层表面偏移的粗大而不连续的Fe_(4)SiAl_(4)相;Al,Si,O元素沿深度方向由镀层表面向基体的迁移量总体呈增大趋势,O元素迁移的最大深度约1.15μm,Fe元素沿深度方向由基体向镀层表面的迁移量总体增大趋势明显;铝硅镀层表面平均粗糙度R_(a)、峰值计数R_(pc)先快速增大后缓慢减小,保温6 min时R_(a),R_(pc)达最大,相应为2.01μm,186;镀层总厚度、界面结合层厚度逐渐增加,基体显微硬度先快速增大后趋于缓慢变化。

铝硅镀层钢激光填丝焊接接头组织和性能

对铝硅镀层热成形钢进行激光填丝焊接试验,研究填充焊丝对焊接接头显微组织、力学性能及拉伸失效机制的影响.结果表明,在激光自熔焊条件下,焊缝中平均Al元素含量为1.90%(质量分数),显微组织为马氏体和粗大的δ铁素体,焊接接头抗拉强度和断后伸长率分别为1 340 MPa和1.80%,因δ铁素体与马氏体之间存在显著的硬度差(142 HV),拉伸时裂纹源于δ铁素体和马氏体之间的相界面.在激光填丝焊条件下,焊缝平均Al元素含量降低至0.96%,由于填充焊丝对铝的稀释作用使得焊缝为全马氏体组织,焊接接头抗拉强度和断后伸长率分别提升至1 510 MPa和4.4%.因填充焊丝同时对焊缝中的碳也有稀释作用,焊缝中马氏体硬度(491 HV)低于母材中马氏体(523 HV),拉伸时裂纹于马氏体内部萌生并扩展,最终断裂于焊缝.

高碳钢片对铝硅镀层热成形钢激光焊接接头组织性能的影响

以45号碳钢薄片为夹层,利用CWX3000光纤激光器对1.5 mm厚的铝硅镀层热成形钢进行激光焊接试验,研究焊缝碳含量对焊接接头显微组织和力学性能的影响.试验结果表明,碳钢薄片的加入使焊缝碳含量增加,奥氏体相区扩大,焊缝δ铁素体的体积分数由17.3%降低至4.5%,焊缝平均硬度由425 HV增加至557 HV,焊接接头的抗拉强度由980 MPa增加至1 280 MPa,杯突值由1.7 mm增加至3.2 mm,抗拉强度及成形性能均有所提升.

Cu、Sn对铝硅镀层热冲压成形性能的影响

常规的铝硅镀层产品在热冲压过程易形成裂纹,成形性能较差。通过在铝硅镀层中添加Cu、Sn,研究不同Cu、Sn含量对铝硅镀层热冲压成形性能的影响。通过热浸镀模拟试验机制取不同Cu、Sn含量的铝硅镀层钢板试样,使用电感耦合等离子体光谱仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪研究不同Cu、Sn含量铝硅镀层钢板试样的镀层组织结构。使用箱式电阻加热炉及U型冲压机进行热冲压成形,使用扫描电子显微镜、能谱分析仪、辉光光谱仪研究了U型件铝硅镀层裂纹扩展情况。结果表明:当铝硅镀层中添加一定量的Cu时,镀层中会形成少量富Cu相,添加一定量的Sn可使组织更细小、均匀;加热后铝硅铜镀层硬度增大,恶化其热冲压成形性能;但添加一定量的Sn可改善铝硅镀层热冲压成形性能。

Si含量对铝硅镀层热成形前后镀层结构与表面形貌的影响研究

通过在铝硅镀液中调整Si的含量,研究了不同Si含量对铝硅镀层热成形前后镀层结构与表面形貌的影响。结果表明:不同Si含量对铝硅镀层热成形前的镀层结构与表面形貌影响不大,镀层由内外两层构成,外层为含有一定固溶Si的纯Al层并夹杂有少量的柱状的τ_(6)相,内层主要为Fe-Al-Si三元相τ_(5);不同Si含量明显影响铝硅镀层热成形后的镀层结构与表面形貌,高Si含量的镀层有利于形成Fe-Al-Si三元相呈连续分布的镀层结构,高Si含量的镀层不易形成孔洞,高Si含量的镀层热成形后有利于形成更为粗糙的表面。

热浸镀铝硅镀层微观组织结构表征

目的研究热成形钢热浸镀铝硅镀层的微观组织与物相组成。方法利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析铝硅镀层表面与截面的微观组织形貌与成分,利用X射线衍射(XRD)和电子背散射衍射技术(EBSD)分析铝硅镀层的物相组成与比例。结果热浸镀铝硅镀层表面由富Al相、少量的富Fe相以及树枝晶网状分布的高Si相构成,截面是由内外两层组成,其靠近铁基体的内层为Fe-Al-Si合金层,外层为Al-Si层。进一步的研究显示,Al-Si层由富Al相、少量的富Fe相以及柱状分布的高Si相构成,高Si相主要存在于合金层与铝硅层界面以及Al-Si层中。结论热浸镀铝硅镀层中富Al相、富Fe相、高Si相和Fe-Al-Si三元合金层的物相分别为Al、Al_(13)Fe_(4)、Si和Al_(8)Fe_(2)Si。对热浸镀铝硅镀层中高Si相的研究显示,分布于合金层与铝硅层界面处的高Si相,可以有效阻碍镀层的生长,而分布于铝硅层中的高Si相在空间中以立体网状骨架的结构形式存在,这种立体网状结构形式作为镀层的主体框架,可以有效地提高镀层的强韧性和成形性能。

热成型钢板、铝硅镀层钢板和热镀纯锌镀层钢板的耐蚀性研究

过去几年,热成型镀层钢板被广泛用于汽车轻量化零部件,以满足汽车工业日益严苛的燃油消耗、温室气体排放和乘员安全性法规要求。利用金相显微镜、扫描电子显微镜和盐雾试验箱等设备,对裸板、锌基镀层和铝硅镀层热成型钢板的形貌和腐蚀性能进行对比分析。结果表明:3种热成型材料的金相组织均为马氏体和少量残余奥氏体组织;铝硅镀层和锌基镀层热成型钢板镀层完整,未出现贯穿到基材的裂纹;热成型裸板脱碳层深度约为10μm,铝硅镀层由α-Fe相、Fe_(2)Al_(5)相、FeAl相和Fe_(2)Al_(5)相4层结构组成,锌基镀层主要由α-Fe相组成;裸板、铝硅镀层、锌基镀层热成型钢板在中性盐雾环境下出现5%红锈的时间分别为6,76,96 h,腐蚀深度分别为257,134,66μm;经电泳处理后的裸板、铝硅镀层、锌基镀层热成型钢板在中性盐雾环境下的腐蚀宽度分别为75.6,42.3,143.8μm,腐蚀深度分别为32.2,7.0,2.5μm,抗腐蚀性能排序为锌基镀层电泳板>铝硅镀层>裸板。

钢板连续热浸镀铝硅镀层的微观结构和冷成形性能

采用连续热浸镀工艺和成分为Al-10%Si(质量分数)的镀液在0.8 mm厚的冷轧低碳钢板上制备铝-硅涂层。检测了连续热浸镀铝硅镀层的形貌、元素分布、微观结构和相成分。研究了钢板浸入渡槽的温度(640~710℃)对镀层组织和冷成形时开裂倾向的影响,并分析了涂层开裂的原因。结果表明:钢板浸入渡槽的温度对热浸镀铝硅镀层的组织和冷成形过程中镀层开裂的倾向有显著影响;钢板冷成形时,铝-硅涂层的裂纹产生在粗大的富硅相处;浸入640℃渡槽的钢板涂层中粗大富硅相贯穿了铝-硅涂层,且随着钢板浸入渡槽的温度的提高,富硅相更为弥散和细小,这有利于提高镀层性能,减小镀层的开裂倾向。

铝硅镀层结构特点以及性能检测分析

文章介绍了铝硅镀层产品微观组织、镀层的耐蚀性、耐高温性等性能的检测结果。通过EM及金相、模拟加热等试验、分析手段,主要分析了铝硅镀层常温状态下截面、表面的组织结构特点,各相的特点以及相应的化学成分情况;经高温加热后铝硅镀层的表面颜色、组织结构的变化情况以及耐高温的特点的原因。对不同后处理类型的铝硅镀层产品的电极电位、极化曲线以及耐蚀性进行了检测;不同温度下铝硅镀层的颜色的变化情况以;同时还进行了不同后处理铝硅镀层板耐酸性以及耐碱性检测。

铝硅镀层对淬火热成形钢疲劳性能的影响

本文以淬火后的镀铝硅热成形钢T1500HS+AS为研究对象,对淬火后板材的镀层、组织及拉伸性能进行了检验。随后采用磨抛去除镀层的方法获得热成形后的裸板,对镀层板和裸板的疲劳性能进行了检验,分析镀层板和裸板的性能差异,同时对两种样品的疲劳断口进行了扫描分析,以阐释二者之间产生差异的原因。试验结果表明:淬火T1500HS+AS镀铝硅热成形钢的镀层厚度约为36微米,淬火后镀层表面会形成大量微裂纹,大部分裂纹终止在过渡层,也有部分裂纹穿过过渡层接近基体组织。铝硅镀层的能谱分析表明铝在镀层中含量最多,分布于整个镀层,硅元素在镀层的次表层和扩散层中最广,由于元素的扩散作用,镀层中也含有一部分铁元素。镀层中存在明显的岛状析出相,其成分主要是硅和铁。淬火后板材强度达到了1500MPa级别,同时具有较高的屈服强度1087MPa,断后延伸率在5%左右。疲劳测试表明镀铝硅板的疲劳性能低于裸板,断口分析发现镀层板的裂纹源存在两处,一处为镀层表面裂纹形成的裂纹源,另一处为基体内部夹杂物形成的裂纹源,而裸板的裂纹源则仅为基体内部夹杂物形成的裂纹源。淬火镀层裂纹会向基体扩展,由于镀层裂纹的存在,增加了裂纹源的数量,使得镀层板在疲劳试验中提前失效,对热成形钢的疲劳性能产生不利影响。

铝锌硅合金镀层的耐热性研究

为了解决铝锌硅合金镀层在不同环境中的极限使用温度,研究镀层的耐热性,在200~500℃保温不同时间后,观察表面外观形貌变化,采用SEM和EDS分析镀层截面组织演变和元素成分变化规律。研究表明:铝锌硅合金镀层板在不超过300℃环境中,可以长期使用,镀层组织无明显变化,可以保证镀层的耐腐蚀性能;使用环境温度超过300℃后,铝锌硅合金镀层中的Fe含量直线上升,形成Al-Zn-Fe金属化合物,镀层组织合金化,表面裂纹、鼓泡明显,导致镀层失效。

热浸镀工艺对热成形钢铝硅镀层的影响

随着汽车轻量化的不断发展,热成形钢得到越来越快的发展,普通镀层已满足不了热成形工艺的要求。热浸镀铝硅钢板具有优良的耐热耐腐蚀性能、抗高温氧化性能和外观装饰性能等,得到普遍的应用。目前国内对铝硅镀层研究甚少,国内汽车制造厂使用的镀铝硅热冲压成形钢主要依靠进口。利用CAG-III热浸镀锌模拟试验机,针对不同热浸镀工艺对热成形钢板进行热浸镀铝硅试验,通过扫描电镜等手段进行表面和截面形貌观察及能谱分析。试验结果表明,铝硅镀层截面组织主要由铝基固溶体、Al-Fe-Si三元合金和Fe-Al二元合金组成,当浸镀温度为690℃、浸镀时间为5s时为最优浸镀工艺。

1500 MPa级铝硅镀层热成形钢的试制及质量评价

为开发1500 MPa级铝硅镀层热成形钢,采用连退模拟器模拟了5种退火涂镀工艺,采用拉伸试验机、金相显微镜检测样板力学性能、金相组织及镀层组织,以确定最优退火、涂镀工艺;针对试验中的漏镀缺陷,分析了其产生原因。结果表明,在带钢运行速度为80 m/min,加热温度为770℃,快冷温度为650℃的工艺下,铝硅镀层CR1000/1500HS+AS带钢力学性能最优;退火炉内加热段露点温度低是产生漏镀缺陷的根本原因,为此将加热段露点调整为-10~-20℃,解决了漏镀问题。取成品样板进行模拟热冲压试验,冲压后性能合格,组织全部为马氏体,无脱碳层;镀层裂纹未延伸至基体,满足用户对镀层质量的要求。

变形量对铝硅镀层热冲压用钢组织和性能的影响

研究了不同轧制变形量条件下铝硅镀层热冲压用钢在热冲压淬火处理前后组织和力学性能的转变规律。结果表明,随着变形量的增加,试验钢镀层厚度逐渐减少,合金层发生破碎且程度逐渐加大,Al-Si镀层与基体接触面积增大。相同条件下热冲压淬火处理后,随着变形量的增加,镀层厚度逐渐减少,合金层重新连续分布于镀层和基板之间,且合金层厚度增加,基板中发现粗大的马氏体组织。未热处理试验钢拉伸强度、维氏硬度随着变形量增加而逐渐增加,但伸长率急剧减少,热冲压淬火处理后不同厚度试验钢均实现1500 MPa高强化,断裂伸长率随着变形量增加呈现逐渐降低的趋势。

不同镀层重量的铝硅镀层加热时的镀层结构转变规律

采用扫描电镜和能谱分析仪研究了不同镀层重量的铝硅镀层热成形钢经不同温度和时间加热后的镀层结构转变规律。结果表明,不同重量的铝硅镀层在完全合金化后的镀层结构相同,由基体至表面依次为扩散层、Fe-Al层、Fe-Al-Si层和Fe-Al表面层;随着加热的进行,Fe-Al-Si层和扩散层逐渐增厚,Fe-Al-Si层中Si含量逐渐降低,厚镀层AS150未出现镀层层数减少的现象,薄镀层AS40、AS80出现镀层层数减少的情况。综合考虑铝硅镀层热成形钢加热后的镀层结构、性能变化和产品使用要求,对于1.4 mm厚22MnB5钢基板,薄镀层AS40、AS80的优选热处理工艺为900~930℃×3~6 min,厚镀层AS150的优选热处理工艺为900~930℃×4~6 min。

硅含量对铝硅热浸镀层耐高温氧化性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了镀层加热过程中的组织变化及镀层的高温氧化性能,并对铝硅镀层的氧化机理进行了分析。结果表明,引起热浸镀铝(铝硅)镀层失效的主要原因是镀层中小孔的形成和生长,小孔形成于与基体接触的最内层合金层之间,随着加热时间的增长,小孔慢慢聚集成孔群,进而形成大的孔洞;镀层高温氧化失效的直接原因是孔洞导致合金层产生微裂纹,氧气通过微裂纹贯穿合金层,使镀层丧失保护作用从而失效;在850℃下,随着硅含量增高,合金层厚度变薄,更容易在合金层中产生微裂纹,抗高温氧化能力减弱。