基于模拟试验对热冲压固体润滑剂摩擦特性的研究



基于模拟试验对热冲压固体润滑剂摩擦特性的研究

由于汽车车身的轻量化设计可以减轻汽车车身质量、降低能源消耗，因此越来越多的高强度钢板被应用在汽车车身上。由于适用于普通钢板的成形技术不能直接用于高强度钢板，因而能够形成强度超过1500MPa零部件的热冲压技术越来越受到汽车制造行业的关注。热冲压成形技术是先将以铁素体/珠光体为主的钢板（强度400MPa）加热至达到奥氏体化状态；之后快速转移到模具中高速冲压成形，在保证一定压力的情况下，制件在模具中进行淬火处理；最终获得具有均匀马氏体结构的超高强度钢零件，通常强度超过1500MPa。在热冲压成形过程中，产生模具磨损是一个常见的问题。模具材料特性、负荷条件和温度都会影响模具的磨损。过高的温度可能改变模具的力学特性、附着特性等，在很大程度上影响模具的磨损。对热冲压成形过程的摩擦特性进行研究，分析了高温环境下使用固体润滑剂改善模具摩擦特性和减少模具磨损的可行性。

目前，热冲压成形过程中使用的润滑剂为石墨水溶液，这约增加20%的制造成本，且润滑过程将产生环境污染。选择了3种固体润滑剂代替传统的石墨水溶液，3种润滑剂均为德国克鲁勃公司生产，型号分别为S04-807、S08-107、S10。试验样本选择西班牙ARCELOR钢铁公司生产的汽车行业常用的22MnB5合金钢板，厚度为1.5mm。未涂装的22MnB5合金钢板在移到模具过程中不可避免地会被暴露在空气中，从而导致钢板表面过度的氧化和脱碳。因此，试验前对钢板进行涂装，涂装材料选择硅含量约为10%～13%的铝-硅涂层，涂层厚度约为23～32μm。热冲压前将钢板加热至850～950℃，之后快速将其移到模具中进行热冲压。冲压成形后，维持20MPa接触压力时间为3～5s，以得到所需部件。使用HV0.5维氏硬度计测量热冲压成形后部件的表面硬度，并采用扫描电子显微镜对模具表面进行磨损观察。结果表明，固体润滑剂可以很好地平衡和控制热冲压成形过程中的摩擦因数，这将大幅降低模具在高温环境下的磨损。

刊名：Tribology International（英）

刊期：2014年第74期作者：A.Tomala

编译：陈丁跃