СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГОРЯЧЕШТАМПОВАННОГО КОМПОНЕНТА С АЛЮМИНИЕВО-КРЕМНИЕВЫМ ПОКРЫТИЕМ И ГОРЯЧЕШТАМПОВАННЫЙ КОМПОНЕНТ Российский патент 2022 года по МПК C23C2/12 C23C2/40 C22C38/02 C22C38/04 C22C38/06 C22C38/28 C22C38/32 C22C38/38 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к технологии изготовления горячештампованных компонентов, в частности, к способу изготовления горячештампованного компонента с алюминиево-кремниевым покрытием, и горячештампованному компоненту.

Уровень техники

Легкость по массе и уменьшение выбросов вредных веществ представляют собой основные тенденции развития автомобильной промышленности. Достижения высокой прочности автомобильных деталей, в конечном счете, добиваются в результате термической обработки для изменения микроструктуры материалов при использовании относительно низкопрочных материалов. В данной методике горячей формовки реализуется улучшение уровня формовки автомобильных деталей, и гарантируется получение характеристик высокой прочности. В сопоставлении с продуктами горячей штамповки без нанесенного покрытия соответствующий продукт горячей штамповки, который имеет нанесенное алюминиево-кремниевое покрытие, характеризуется хорошими толщиной и точностью размеров, хорошими сопротивлением корродированию и эксплуатационными характеристиками при сварке. Доля сталей для горячей штамповки с нанесенным алюминиево-кремниевым покрытием составляет 70% от сталей для горячей штамповки, использующихся в настоящее время, и она будет становиться все большей и большей в обозримом будущем.

В китайском патенте CN101583486B раскрывается способ производства продуктов штамповки с нанесенным покрытием, включающий температуру и время штамповки, где скорость нагревания от комнатной температуры до 700°С находится в диапазоне 4-12° С/с, что имеет своей целью обеспечение получения эксплуатационных характеристик при контактной точечной сварке для компонентов, подвергаемых штамповке.

Кроме того, в китайском патенте CN102300707B раскрывается способ нагревания подвергаемых горячей штамповке компонентов с нанесенным покрытием, говоря конкретно, раскрываются скорость нагревания ниже температуры плавления, время выдерживания ниже температуры аустенитизации и тому подобное. Однако, как это устанавливают пользователи с учетом эффективности и времени производственного цикла в печи для термической обработки во время использования, данный способ нагревания все еще не смог разрешить проблему адгезии к ролику и формирования глобулей в результате нанесения алюминиево-кремниевого покрытия, что приводит к возникновению проблем, таких как уменьшение продолжительности эксплуатации ролика печи для термической обработки и отслаивание покрытия горячештампованных компонентов.

Раскрытие сущности изобретения

Цель настоящего изобретения заключается в предложении способа изготовления горячештампованного компонента с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава и горячештампованного компонента, которые могут не только эффективно разрешать проблему адгезии к ролику в результате нанесения алюминиево-кремниевого покрытия, уменьшать вероятность формирования глобулей у ролика печи для термической обработки и улучшать продолжительность эксплуатации ролика, но также могут обеспечить и достижение целостности покрытия горячештампованного компонента, и механических свойств, эксплуатационных характеристик при сварке, эксплуатационных характеристик покрытия и сопротивления корродированию для компонента.

Для достижения вышеупомянутой цели технические решения настоящего изобретения представляют собой нижеследующее.

Способ изготовления горячештампованного компонента с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, включающий следующие далее стадии: механическая машинная обработка толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава для получения заготовки, характеризующейся профилем, требуемым для детали; проведение термической обработки и горячей штамповки заготовки; где при термической обработке заготовки заготовку располагают в печи для термической обработки в целях проведения аустенитизирующей термической обработки, и технологический процесс термической обработки заготовки включает первую ступень нагревания и выдерживания, вторую ступень нагревания и выдерживания и третью ступень нагревания и выдерживания;

и где:

при толщине толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, составляющей менее, чем 1,5 мм,

на первой ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика ABCD, график ABCD представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами А (750°С, 30 с), В (750°С, 90 с), С (870°С, 90 с) и D (870°С, 30 с); и

на второй ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика EFGH, график EFGH представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами E (875°С, 60 с), F (875°С, 240 с), G (930°С, 150 с) и H (930°С, 30 с); и

на третьей ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика IJKL, график IJKL представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами I (935°С, 60 с), J (935°С, 240 с), K (955°С, 180 с) и L (955°С, 30 с);

при толщине толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, составляющей 1,5 мм или более,

на первой ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика A’B’C’D’, график A’B’C’D’ представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами А’ (750°С, 30 с), В’ (750°С, 90 с), С’ (890°С, 90 с) и D’ (890°С, 30 с); и

на второй ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика E’F’G’H’, график E’F’G’H’ представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами E’ (895°С, 90 с), F’ (895°С, 270 с), G’ (940°С, 210 с) и H’ (940°С, 60 с); и

на третьей ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика I’J’K’L’, график I’J’K’L’ представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами I’ (945°С, 60 с), J’ (945°С, 240 с), K’ (955°С, 180 с) и L’ (955°С, 30 с).

Кроме того, время нагревания и выдерживания на второй степени нагревания и выдерживания составляет ноль таким образом, что технологический процесс термической обработки заготовки включает две ступени нагревания и выдерживания при температуре, состоящие из первой ступени нагревания и выдерживания и третьей ступени нагревания и выдерживания; в сопоставлении с вышеупомянутыми трехступенчатыми нагреванием и выдерживанием двухступенчатые нагревание и выдерживание демонстрируют следующие далее характеристики: нагревание и время выдерживания в печи сокращаются, а эффективность производства улучшается, но по мере повышения температуры нагревания увеличивается потребление энергии, и возрастает потребность в нагревательной способности оборудования;

и где:

при толщине толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, составляющей менее, чем 1,5 мм,

на первой ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика abcd, график abcd представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами а (750°С, 30 с), b (750°С, 90 с), с (870°С, 90 с) и d (870°С, 30 с); и

на третьей ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика ijkl, график ijkl представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами i (935°С, 180 с), j (935°С, 300 с), k (955°С, 270 с) и l (955°С, 150 с);

при толщине толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, составляющей 1,5 мм или более,

на первой ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика a’b’c’d’, график a’b’c’d’ представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами а’ (750°С, 30 с), b’ (750°С, 90 с), с’ (890°С, 90 с) и d’ (890°С, 30 с); и

на третьей ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика i’j’k’l’, график i’j’k’l’ представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами i’ (945°С, 180 с), j’ (945°С, 300 с), k’ (955°С, 270 с) и l’ (955°С, 150 с).

Кроме того, в технологическом процессе термической обработки заготовки температура увеличивается постадийно в порядке первой, второй и третьей ступеней нагревания и выдерживания, или температуры на первой, второй и третьей ступенях нагревания и выдерживания задают со значениями определенных температур.

Например, для толстолистовой стали, характеризующейся толщиной 1,2 мм и наличием покрытия из алюминиево-кремниевого сплава, технологический процесс термической обработки может представлять собой нижеследующее: температура и время для первой ступени нагревания и выдерживания составляют соответственно, 800°С и 60 секунд; и температура и время для второй ступени нагревания и выдерживания составляют соответственно, 930°С и 120 секунд; и температура и время для третьей ступени нагревания и выдерживания составляют соответственно, 940°С и 60 секунд. Технологический процесс термической обработки также может представлять собой нижеследующее: на первой ступени нагревания и выдерживания задают несколько температур, например, 770°С на протяжении 40 секунд, 820°С на протяжении 30 секунд и 770°С на протяжении 50 секунд; и на второй ступени нагревания и выдерживания задают несколько температур, например, 900°С на протяжении 60 секунд и 930°С на протяжении 60 секунд; и на третьей ступени нагревания и выдерживания задают несколько температур, например, 935°С на протяжении 60 секунд и 940°С на протяжении 60 секунд.

Предпочтительно время технологического процесса термической обработки заготовки находится в диапазоне от не менее, чем 150 секунд до не более, чем 600 секунд. В пределах данного временного диапазона заготовка после термической обработки демонстрирует высокое качество поверхности, хорошие эксплуатационные характеристики покрытия и хорошие эксплуатационные характеристики при сварке.

Предпочтительно в технологическом процессе термической обработки заготовки используют печь для термической обработки. Уровень содержания кислорода в атмосфере печи составляет не менее, чем 15%, а температура точки росы в печи составляет не более, чем -5°С. Конечный компонент, подвергаемый горячей штамповке, характеризуется низким уровнем содержания водорода и превосходным сопротивлением замедленному трещинообразованию.

Предпочтительно в технологическом процессе горячей штамповки термообработанную заготовку быстро переводят в матрицу для штамповки, время перевода находится в диапазоне 4-12 секунд, и заготовка находится при температуре, составляющей не менее, чем 600°С, до подачи в форму; форму охлаждают до штамповки для обеспечения получения температуры поверхности формы до штамповки, составляющей менее, чем 100°С, и скорость охлаждения заготовки составляет более, чем 30°С/с. Микроструктура горячештампованного компонента, полученного при использовании вышеупомянутого технологического процесса, соответствует в основном мартенситу или бейниту, и компонент, подвергаемый горячей штамповке, обладает превосходными механическими свойствами и удовлетворяет требованиям к использованию.

В дополнение к этому, толстолистовая сталь с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава включает подложку и покрытие из алюминиево-кремниевого сплава на, по меньшей мере, одной поверхности подложки, и подложка включает следующую далее композицию при выражении в уровнях массового процентного содержания: С: 0,04-0,8%, Si < 1,2%, Mn: 0,1-5%, P < 0,3%, S < 0,1%, Al < 0,3%, Ti < 0,5%, B < 0,1%, Cr < 3% и остаток, представляющий собой Fe и неизбежные примеси.

Предпочтительно покрытие из алюминиево-кремниевого сплава включает следующую далее композицию при выражении в уровнях массового процентного содержания: Si: 4-14%, Fe: 0-4% и остаток, представляющий собой Al и неизбежные примеси. При использовании вышеупомянутой композиции покрытия из кремниевого сплава полученное покрытие из сплава имеет равномерную и маленькую толщину, покрытие характеризуется хорошей адгезией и хорошей пригодностью к механической машинной обработке.

Предпочтительно средняя масса покрытия из алюминиево-кремниевого сплава находится в диапазоне 58-105 г/м² на одной стороне; более предпочтительно средняя масса покрытия из алюминиево-кремниевого сплава находится в диапазоне 72-88 г/м² на одной стороне. В результате контролируемого выдерживания средней массы покрытия из алюминиево-кремниевого сплава в пределах данного диапазона конечный компонент, подвергаемый горячей штамповке, демонстрирует однородные внешний вид и окраску (отсутствие различий окраски), хорошие эксплуатационные характеристики покрытия и хорошие эксплуатационные характеристики при сварке.

В дополнение к этому, покрытие из алюминиево-кремниевого сплава у горячештампованного компонента, полученного при использовании способа изготовления настоящего изобретения, включает поверхностный слой сплава и диффузионный слой, и соотношение между толщиной диффузионного слоя и толщиной покрытия из алюминиево-кремниевого сплава находится в диапазоне 0,08-0,5. Конечный компонент, подвергаемый горячей штамповке, демонстрирует однородные внешний вид и окраску, хорошие эксплуатационные характеристики покрытия и хорошие эксплуатационные характеристики при сварке.

Говоря конкретно, покрытие из алюминиево-кремниевого сплава включает два слоя, слой, который находится в контакте с подложкой, является диффузионным слоем. Во время технологического процесса термической обработки Al в покрытии из алюминиево-кремниевого сплава и Fe из подложки дополнительно диффундируют с образованием диффузионного слоя. Al в покрытии из алюминиево-кремниевого сплава и Fe из подложки сплавляются с образованием поверхностного слоя сплава. В компоненте после горячей штамповки соотношение между толщиной диффузионного слоя и совокупной толщиной покрытия из алюминиево-кремниевого сплава (в том числе диффузионного слоя и поверхностного слоя сплава) находится в диапазоне 0,08-0,5.

Горячештампованный компонент, соответствующий настоящему изобретению, характеризуется пределом текучести при растяжении в диапазоне 400-1300 МПа, пределом прочности при растяжении в диапазоне 500-2000 МПа и относительным удлинением, составляющим 4% или более.

Предпочтительно относительное удлинение для горячештампованного компонента, соответствующего настоящему изобретению, находится в диапазоне от 4 до 20%.

Во время технологического процесса термической обработки горячештампованного компонента, соответствующего настоящему изобретению, покрытие не расплавляется и не пристает к ролику, покрытие является полным и характеризуется хорошей адгезией, и отсутствует какое-либо значительное отслаивание с поверхности.

Для горячештампованного компонента, соответствующего настоящему изобретению, покрытие не отслаивается, шероховатость поверхности удовлетворяет требованиям, и соотношение между толщиной диффузионного слоя и толщиной покрытия находится в диапазоне между 0,08 и 0,5. После электрофоретического нанесения покрытия пленка покрытия является полной, и адгезию пленки покрытия оценивают классом, соответствующим 0 или более.

Для горячештампованного компонента, соответствующего настоящему изобретению, толщина диффузионного слоя и толщина покрытия удовлетворяют требованиям, соотношение между толщиной диффузионного слоя и толщиной покрытия находится в диапазоне между 0,08 и 0,5, и эксплуатационные характеристики для контактной точечной сварки являются превосходными, при этом весь диапазон контактной точечной сварки соответствует 2 кА или более.

Во время технологического процесса термической обработки покрытие на подвергаемом горячей штамповке компоненте, соответствующем настоящему изобретению, может хорошо соответствовать диффундированию для покрытия и аустенитизации для подложки, и для покрытия могут быть избегнуты расплавление и адгезия к ролику, что, тем самым, обеспечивает получение горячештампованного компонента, демонстрирующего хорошие эксплуатационные характеристики покрытия и эксплуатационные характеристики подложки.

Говоря конкретно, температура плавления сплава Al-Si покрытия из алюминиево-кремниевого сплава находится в диапазоне между 580 и 600°С, температура аустенитизации толстолистовой стали составляет 840°С или более, покрытие из алюминиево-кремниевого сплава будет расплавляться во время технологического процесса термической обработки и приставать к ролику печи. Между тем, Al в покрытии и Fe из подложки будут диффундировать с образованием сплава Fe-Al, который характеризуется большой жаростойкостью и высокой температурой плавления и не будет стимулировать возникновение адгезии к ролику печи. В настоящем изобретении в результате контролируемого выдерживания времени пребывания алюминиево-кремниевого покрытия в технологическом процессе нагревания и на ступенях нагревания и выдерживания по возможности в наибольшей степени могут быть избегнуты расплавление покрытия из алюминиево-кремниевого сплава, адгезия покрытия к ролику печи для термической обработки и формирование глобулей для ролика печи. И в соответствии со временем производственного цикла в результате обеспечения достижения покрытием надлежащей степени сплавления гарантируются получение подходящей для использования толщины покрытия и диффузионного слоя и качества поверхности покрытия, эксплуатационных характеристик при сварке и эксплуатационных характеристик покрытия для компонента.

Выгодные эффекты от настоящего изобретения представляют собой нижеследующее.

В результате разработки технологического процесса термической обработки заготовки уменьшается адгезия покрытия из алюминиево-кремниевого сплава к ролику печи для термической обработки, понижается степень формирования глобулей у ролика печи для термической обработки, и продлевается цикл между техническими обслуживаниями и период эксплуатации для ролика.

Помимо этого, технологический процесс термической обработки заготовки, соответствующей настоящему изобретению, может улучшить качество поверхности компонента, подвергаемого штамповке, и предотвратить отслаивание покрытия во время технологического процесса термической обработки.

В дополнение к этому, технологический процесс термической обработки заготовки, соответствующей настоящему изобретению, использует режим постадийного нагревания, полностью учитывает характеристики покрытия из алюминиево-кремниевого сплава и надлежащим образом подстраивает температуру и время в соответствии с толщиной заготовки таким образом, чтобы энергия могла бы быть эффективно использована, и был бы достигнут хороший эффект экономии энергии.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 демонстрируется поверхность горячештампованного компонента с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, полученного в сравнительном примере 1.

На фиг. 2 демонстрируется поверхность горячештампованного компонента с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, полученного в примере 1 настоящего изобретения.

На фиг. 3 демонстрируется изображение поперечного сечения горячештампованного компонента с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, полученного в примере 1 настоящего изобретения.

Фиг. 4 представляет собой схематическую диаграмму диапазонов температуры и времени при нагревании и выдерживании на ступенях нагревания и выдерживания от первой до третьей для технологического процесса термической обработки (трехступенчатых нагревания и выдерживания) заготовки, соответствующей настоящему изобретению, (в случае толщины толстолистовой стали < 1,5 мм).

Фиг. 5 представляет собой схематическую диаграмму диапазонов температуры и времени при нагревании и выдерживании на ступенях нагревания и выдерживания от первой до третьей для технологического процесса термической обработки (трехступенчатых нагревания и выдерживания) заготовки, соответствующей настоящему изобретению, (в случае толщины толстолистовой стали ≥ 1,5 мм).

Фиг. 6 представляет собой схематическую диаграмму диапазонов температуры и времени при нагревании и выдерживании на ступенях нагревания и выдерживания от первой до третьей для технологического процесса термической обработки (двухступенчатых нагревания и выдерживания) заготовки, соответствующей настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение, кроме того, описывается ниже при обращении к примерам и фигурам.

В таблице 1 демонстрируются композиции подложек из толстолистовых сталей в примерах настоящего изобретения; в таблице 2 демонстрируются технологические процессы изготовления и свойства подвергаемых горячей штамповке компонентов в примерах настоящего изобретения.

Пример 1

Подложку с толщиной 1,2 мм подвергали горячему алюминированию при 650°С, композиция ванны для металлизации соответствует 8% Si и 2,3% Fe, при этом остаток представляет собой Al и неизбежные примеси. Из толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава непрерывно высекали заготовку, характеризующуюся определенным профилем. Заготовку подвергали термической обработке, и конкретные параметры термической обработки демонстрируются в таблице 2. Внешний вид полученного горячештампованного компонента, демонстрируется на фиг. 2. Микроструктура поперечного сечения покрытия из алюминиево-кремниевого сплава демонстрируется на фиг. 3. Покрытие из алюминиево-кремниевого сплава включает поверхностный слой сплава и диффузионный слой, и соотношение между толщиной диффузионного слоя и толщиной покрытия из алюминиево-кремниевого сплава составляет 0,25.

Пример 2

Подложку с толщиной 0,9 мм подвергали горячему алюминированию при 660°С, композиция ванны для металлизации соответствует 9% Si и 2,5% Fe, при этом остаток представляет собой Al и неизбежные примеси. Из толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава непрерывно высекали заготовку, характеризующуюся определенным профилем. Заготовку подвергали термической обработке, и конкретные параметры термической обработки демонстрируются в таблице 2. Соотношение между толщиной диффузионного слоя и толщиной покрытия из алюминиево-кремниевого сплава составляет 0,3.

Пример 3

Подложку с толщиной 1,0 мм подвергали горячему алюминированию при 660°С, композиция ванны для металлизации соответствует 8,5% Si и 2,5% Fe, при этом остаток представляет собой Al и неизбежные примеси. Из толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава непрерывно высекали заготовку, характеризующуюся определенным профилем. Заготовку подвергали термической обработке. Соотношение между толщиной диффузионного слоя и толщиной покрытия из алюминиево-кремниевого сплава составляет 0,15.

Пример 4

Подложку с толщиной 1,1 мм подвергали горячему алюминированию при 680°С, композиция ванны для металлизации соответствует 9,5% Si и 2,5% Fe, при этом остаток представляет собой Al и неизбежные примеси. Из толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава непрерывно высекали заготовку, характеризующуюся определенным профилем. Заготовку подвергали термической обработке. Соотношение между толщиной диффузионного слоя и толщиной покрытия из алюминиево-кремниевого сплава составляет 0,28.

Пример 5

Подложку с толщиной 1,2 мм подвергали горячему алюминированию при 680°С, композиция ванны для металлизации соответствует 8,8% Si и 2,4% Fe, при этом остаток представляет собой Al и неизбежные примеси. Из толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава непрерывно высекали заготовку, характеризующуюся определенным профилем. Заготовку подвергали термической обработке. Соотношение между толщиной диффузионного слоя и толщиной покрытия из алюминиево-кремниевого сплава составляет 0,35.

Пример 6

Подложку с толщиной 1,5 мм подвергали горячему алюминированию при 680°С, композиция ванны для металлизации соответствует 8,8% Si и 2,4% Fe, при этом остаток представляет собой Al и неизбежные примеси. Из толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава непрерывно высекали заготовку, характеризующуюся определенным профилем. Заготовку подвергали термической обработке. Соотношение между толщиной диффузионного слоя и толщиной покрытия из алюминиево-кремниевого сплава составляет 0,35.

Пример 7

Подложку с толщиной 1,6 мм подвергали горячему алюминированию при 680°С, композиция ванны для металлизации соответствует 8,8% Si и 2,4% Fe, при этом остаток представляет собой Al и неизбежные примеси. Из толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава непрерывно высекали заготовку, характеризующуюся определенным профилем. Заготовку подвергали термической обработке. Соотношение между толщиной диффузионного слоя и толщиной покрытия из алюминиево-кремниевого сплава составляет 0,3.

Пример 8

Подложку с толщиной 1,8 мм подвергали горячему алюминированию при 680°С, композиция ванны для металлизации соответствует 8,8% Si и 2,4% Fe, при этом остаток представляет собой Al и неизбежные примеси. Из толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава непрерывно высекали заготовку, характеризующуюся определенным профилем. Заготовку подвергали термической обработке. Соотношение между толщиной диффузионного слоя и толщиной покрытия из алюминиево-кремниевого сплава составляет 0,35.

Пример 9

Подложку с толщиной 2,0 мм подвергали горячему алюминированию при 680°С, композиция ванны для металлизации соответствует 8,8% Si и 2,4% Fe, при этом остаток представляет собой Al и неизбежные примеси. Из толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава непрерывно высекали заготовку, характеризующуюся определенным профилем. Заготовку подвергали термической обработке. Соотношение между толщиной диффузионного слоя и толщиной покрытия из алюминиево-кремниевого сплава составляет 0,4.

Таблица 1. Состав подложки стали при выражении в уровнях массового процентного содержания (% (масс.))

Примеры C Si Mn P S Al Ti B Cr 1 0,22 0,10 2,90 0,059 0,038 0,09 0,090 0,031 0,150 2 0,10 0,02 0,8 0,018 0,007 0,08 0,001 0,001 0,003 3 0,20 0,23 1,19 0,015 0,040 0,08 0,027 0,005 0,200 4 0,39 0,36 3,00 0,044 0,030 0,07 0,050 0,006 0,300 5 0,08 0,05 0,70 0,02 0,010 0,05 0,002 0,002 0,220 6 0,25 0,40 2,30 0,059 0,038 0,09 0,090 0,031 0,150 7 0,12 0,20 0,90 0,018 0,007 0,08 0,001 0,001 0,003 8 0,30 0,30 1,70 0,015 0,040 0,08 0,027 0,005 0,200 9 0,50 0,36 3,00 0,044 0,030 0,07 0,050 0,006 0,300 Сравнительный пример 0,22 0,10 2,90 0,059 0,038 0,09 0,090 0,031 0,150

Таблица 2

Примеры Толщина толстолистовой стали с нанесенным покрытием (мм) Первая ступень нагревания и выдерживания Вторая ступень нагревания и выдерживания Третья ступень нагревания и выдерживания Соотношение между толщиной слоя сплава и толщиной поверхностного слоя Температура
(°С) Время нагревания и выдерживания (с) Температура
(°С) Время нагревания и выдерживания (с) Температура
(°С) Время нагревания и выдерживания (с) 1 1,2 750 85 880 100 935 100 0,25 2 0,9 770 90 890 60 935 60 0,30 3 1,0 790 60 900 130 940 180 0,15 4 1,1 800 70 - - 950 250 0,28 5 1,2 850 55 920 150 950 100 0,35 6 1,5 760 90 900 100 945 100 0,35 7 1,6 790 80 910 170 945 150 0,30 8 1,8 830 70 - - 950 230 0,35 9 2,0 880 60 930 200 950 80 0,40 Сравнительный пример 1,2 - - - - 945 150 0,05

На фиг. 1 демонстрируется поверхность горячештампованного компонента в сравнительном примере. Поверхность алюминиево-кремниевого покрытия расплавляется, что стимулирует приставание покрытия к ролику.

На фиг. 2 демонстрируется поверхность горячештампованного компонента в примере 1 настоящего изобретения. Поверхность покрытия из алюминиево-кремниевого сплава не обнаруживает какого-либо признака расплавления, и сплавление является достаточным.

Фиг. 3 представляет собой изображение поперечного сечения покрытия горячештампованного компонента в примере 1 настоящего изобретения. Как это можно видеть исходя из фигуры, покрытие из алюминиево-кремниевого сплава включает два слоя, то есть, поверхностный слой сплава и диффузионный слой. Соотношение между толщиной диффузионного слоя и толщиной покрытия из алюминиево-кремниевого сплава составляет приблизительно 0,25. Подложка в основном состоит из мартенсита.

На фиг. 4 демонстрируются диапазоны для первой, второй и третьей ступеней нагревания и выдерживания при толщине толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, соответствующей настоящему изобретению, составляющей менее, чем 1,5 мм. Температура и время нагревания и выдерживания на первой ступени нагревания и выдерживания находятся в пределах графика ABCD, температура и время нагревания и выдерживания на второй ступени нагревания и выдерживания находятся в пределах графика EFGH, а температура и время нагревания и выдерживания на третьей ступени нагревания и выдерживания находятся в пределах графика IJKL.

На фиг. 5 демонстрируются диапазоны для первой, второй и третьей ступеней нагревания и выдерживания при толщине толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, соответствующей настоящему изобретению, составляющей 1,5 мм или более. Температура и время нагревания и выдерживания на первой ступени нагревания и выдерживания находятся в пределах графика A’B’C’D’, температура и время нагревания и выдерживания на второй ступени нагревания и выдерживания находятся в пределах графика E’F’G’H’, а температура и время нагревания и выдерживания на третьей ступени нагревания и выдерживания находятся в пределах графика I’J’K’L’.

Фиг. 6 представляет собой схематическую диаграмму диапазонов температуры и времени нагревания и выдерживания на первой и третьей ступенях нагревания и выдерживания технологического процесса термической обработки (двухступенчатых нагревания и выдерживания) заготовки, соответствующей настоящему изобретению, время нагревания и выдерживания на второй ступени нагревания и выдерживания составляет ноль, что формирует двухступенчатые нагревание и выдерживание.

При толщине толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, составляющей менее, чем 1,5 мм, температура и время нагревания и выдерживания на первой ступени нагревания и выдерживания находятся в пределах графика abcd, а температура и время нагревания и выдерживания на третьей ступени нагревания и выдерживания находятся в пределах графика ijkl.

При толщине толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, составляющей 1,5 мм или более, температура и время нагревания и выдерживания в первой секции нагревания и выдерживания находятся в пределах графика a’b’c’d’, а температура и время нагревания и выдерживания на третьей ступени нагревания и выдерживания находятся в пределах графика i’j’k’l’.

Группа изобретений относится к способам изготовления горячештампованного компонента с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава и горячештампованному компоненту. Способы включают механическую машинную обработку толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава для получения заготовки, имеющей профиль, требуемый для детали, проведение термической обработки и горячую штамповку заготовки. Термическую обработку заготовки осуществляют в две или три ступени нагревания и выдерживания, при осуществлении которых температура и время нагревания и выдерживания находятся в требуемых пределах в зависимости от толщины толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава. Температуру нагревания увеличивают постадийно. Обеспечивается уменьшение адгезии покрытия из алюминиево-кремниевого сплава к ролику печи для термической обработки, понижение степени формирования глобулей у ролика печи для термической обработки, достижение целостности покрытия горячештампованного компонента, обладающего сопротивлением корродированию и эксплуатационными характеристиками при сварке. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл., 9 пр.

1. Способ изготовления горячештампованного компонента с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, включающий следующие далее стадии:

механическую машинную обработку толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава для получения заготовки, имеющей профиль, требуемый для детали, проведение термической обработки и горячую штамповку заготовки;

при этом при указанной термической обработке заготовку располагают в печи для термической обработки для проведения аустенитизирующей термической обработки, причем технологический процесс термической обработки заготовки включает первую ступень нагревания и выдерживания, вторую ступень нагревания и выдерживания и третью ступень нагревания и выдерживания;

при этом при толщине толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, составляющей менее чем 1,5 мм,

на первой ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика ABCD, причем график ABCD представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами А (750°С, 30 с), В (750°С, 90 с), С (870°С, 90 с) и D (870°С, 30 с); и

на второй ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика EFGH, причем график EFGH представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами Е (875°С, 60 с), F (875°С, 240 с), G (930°С, 150 с) и Н (930°С, 30 с); и

на третьей ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика IJKL, причем график IJKL представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами I (935°С, 60 с), J (935°С, 240 с), K (955°С, 180 с) и L (955°С, 30 с);

при этом при толщине толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, составляющей 1,5 мм или более,

на первой ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика A'B'C'D', причем график A'B'C'D' представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами А' (750°С, 30 с), В' (750°С, 90 с), С' (890°С, 90 с) и D' (890°С, 30 с); и

на второй ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика E'F'G'H', причем график E'F'G'H' представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами Е' (895°С, 90 с), F' (895°С, 270 с), G' (940°С, 210 с) и Н' (940°С, 60 с); и

на третьей ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика I'J'K'L', причем график I'J'K'L' представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами I' (945°С, 60 с), J' (945°С, 240 с), K' (955°С, 180 с) и L' (955°С, 30 с).

2. Способ по п. 1, в котором в технологическом процессе термической обработки заготовки температура увеличивается постадийно в порядке первой, второй и третьей ступеней нагревания и выдерживания, или температуры на первой, второй и третьей ступенях нагревания и выдерживания задают со значениями определенных температур.

3. Способ по п. 1, в котором время технологического процесса термической обработки заготовки находится в диапазоне от не менее чем 150 с до не более чем 600 с.

4. Способ по п. 1, в котором в технологическом процессе термической обработки заготовки используют печь для термической обработки, причем уровень содержания кислорода в атмосфере указанной печи составляет не менее чем 15%, а температура точки росы в указанной печи составляет не более чем -5°С.

5. Способ по п. 1, в котором в технологическом процессе горячей штамповки термообработанную заготовку быстро переводят в матрицу для штамповки, причем время перевода находится в диапазоне 4-12 с, а заготовка находится при температуре, составляющей не менее чем 600°С, до подачи в форму; при этом форму охлаждают до штамповки для обеспечения получения температуры поверхности формы до штамповки, составляющей менее чем 100°С, а скорость охлаждения заготовки составляет более чем 30°С/с.

6. Способ по п. 1, в котором толстолистовая сталь с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава содержит подложку и покрытие из алюминиево-кремниевого сплава на по меньшей мере одной поверхности подложки, при этом подложка имеет следующий далее состав при выражении в уровнях массового процентного содержания: С: 0,04-0,8, Si<1,2, Mn: 0,1-5, Р<0,3, S<0,1, Al<0,3, Ti<0,5, В<0,1, Cr<3 и остаток, представляющий собой Fe и неизбежные примеси.

7. Способ по п. 6, в котором покрытие из алюминиево-кремниевого сплава имеет следующий далее состав при выражении в уровнях массового процентного содержания: Si: 4-14, Fe: 0-4 и остаток, представляющий собой Al и неизбежные примеси.

8. Способ по п. 6 или 7, в котором средняя масса покрытия из алюминиево-кремниевого сплава находится в диапазоне 58-105 г/м² на одной стороне.

9. Способ по п. 6 или 7, в котором средняя масса покрытия из алюминиево-кремниевого сплава находится в диапазоне 72-88 г/м² на одной стороне.

10. Способ изготовления горячештампованного компонента с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, включающий следующие далее стадии:

механическую машинную обработку толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава для получения заготовки, имеющей профиль, требуемый для детали, проведение термической обработки и горячую штамповку заготовки;

при этом при указанной термической обработке заготовку располагают в печи для термической обработки для проведения аустенитизирующей термической обработки, причем технологический процесс термической обработки заготовки включает две ступени нагревания и выдерживания при температуре, состоящие из первой ступени нагревания и выдерживания и третьей ступени нагревания и выдерживания,

при этом при толщине толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, составляющей менее чем 1,5 мм,

на первой ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика abcd, причем график abcd представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами а (750°С, 30 с), b (750°С, 90 с), с (870°С, 90 с) и d (870°С, 30 с); и

на третьей ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика ijkl, причем график ijkl представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами i (935°С, 180 с), j (935°С, 300 с), k (955°С, 270 с) и l (955°С, 150 с);

при этом при толщине толстолистовой стали с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава, составляющей 1,5 мм или более,

на первой ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика a'b'c'd', причем график a'b'c'd' представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами а' (750°С, 30 с), b' (750°С, 90 с), с' (890°С, 90 с) и d' (890°С, 30 с); и

на третьей ступени нагревания и выдерживания температура и время нагревания и выдерживания находятся в пределах графика i'j'k'l', причем график i'j'k'l' представляет диапазоны температуры и времени, определенные координатами i' (945°С, 180 с), j' (945°С, 300 с), k' (955°С, 270 с) и l' (955°С, 150 с).

11. Способ по п. 10, в котором в технологическом процессе термической обработки заготовки температура увеличивается постадийно в порядке первой и третьей ступеней нагревания и выдерживания, или температуры на первой и третьей ступенях нагревания и выдерживания задают со значениями определенных температур.

12. Способ по п. 10, в котором время технологического процесса термической обработки заготовки находится в диапазоне от не менее чем 150 с до не более чем 600 с.

13. Способ по п. 10, в котором в технологическом процессе термической обработки заготовки используют печь для термической обработки, причем уровень содержания кислорода в атмосфере указанной печи составляет не менее чем 15%, а температура точки росы в указанной печи составляет не более чем -5°С.

14. Способ по п. 10, в котором в технологическом процессе горячей штамповки термообработанную заготовку быстро переводят в матрицу для штамповки, причем время перевода находится в диапазоне 4-12 с, а заготовка находится при температуре, составляющей не менее чем 600°С, до подачи в форму; при этом форму охлаждают до штамповки для обеспечения получения температуры поверхности формы до штамповки, составляющей менее чем 100°С, а скорость охлаждения заготовки составляет более чем 30°С/с.

15. Способ по п. 10, в котором толстолистовая сталь с покрытием из алюминиево-кремниевого сплава содержит подложку и покрытие из алюминиево-кремниевого сплава на по меньшей мере одной поверхности подложки, при этом подложка имеет следующий далее состав при выражении в уровнях массового процентного содержания: С: 0,04-0,8, Si<1,2, Mn: 0,1-5, Р<0,3, S<0,1, Al<0,3, Ti<0,5, В<0,1, Cr<3 и остаток, представляющий собой Fe и неизбежные примеси.

16. Способ по п. 15, в котором покрытие из алюминиево-кремниевого сплава имеет следующий далее состав при выражении в уровнях массового процентного содержания: Si: 4-14, Fe: 0-4 и остаток, представляющий собой Al и неизбежные примеси.

17. Способ по п. 15 или 16, в котором средняя масса покрытия из алюминиево-кремниевого сплава находится в диапазоне 58-105 г/м² на одной стороне.

18. Способ по п. 15 или 16, в котором средняя масса покрытия из алюминиево-кремниевого сплава находится в диапазоне 72-88 г/м² на одной стороне.

19. Горячештампованный компонент, полученный способом по любому из пп. 1-18, в котором покрытие горячештампованного компонента из алюминиево-кремниевого сплава содержит поверхностный слой сплава и диффузионный слой, причем соотношение между толщиной диффузионного слоя и толщиной покрытия из алюминиево-кремниевого сплава находится в диапазоне 0,08-0,5.

20. Горячештампованный компонент по п. 19, в котором горячештампованный компонент характеризуется пределом текучести при растяжении в диапазоне 400-1300 МПа, пределом прочности при растяжении в диапазоне 500-2000 МПа и относительным удлинением, составляющим 4% или более.