RINGKASAN

The proses penempaan haba keluli boron (juga dikenali sebagai pengerasan tekanan) adalah kaedah pembentukan terma yang menukarkan keluli boron rendah aloi—biasanya 22MnB5 —daripada struktur mikro feritik-perlitik (~600 MPa) kepada keadaan martensit sepenuhnya (~1500 MPa). Penukaran ini dicapai dengan memanaskan lekapan hingga suhu austenit ( 900–950°C ) dan kemudian membentuk serta memadamkannya di dalam acuan berpendingin air pada kadar melebihi 27°C/s . Proses ini membolehkan pengeluaran komponen automotif yang kompleks, ringan, dan berkekuatan ultra-tinggi tanpa springback, seperti tiang B dan rel bumbung.

Fizik Penempaan Panas: Kaedah Langsung vs. Tidak Langsung

Penempaan panas bukanlah proses tunggal; ia dikategorikan kepada dua metodologi berbeza— Langsung dan Tidak langsung —ditentukan berdasarkan bila pembentukan berlaku relatif terhadap kitaran haba. Memahami perbezaan ini adalah penting bagi jurutera proses yang memilih peralatan untuk geometri komponen tertentu.

Pemeteraan Panas Langsung

Kaedah langsung merupakan piawaian industri bagi kebanyakan komponen struktur disebabkan kecekapan tingginya. Dalam urutan ini, satu lekapan rata dipanaskan terlebih dahulu di dalam relau kepada suhu sekitar 900–950°C untuk mencapai struktur austenit yang homogen. Lekapan panas kemudian dipindahkan dengan cepat (biasanya dalam masa kurang daripada 3 saat) ke dalam acuan, di mana ia dibentuk dan disejukkan serentak di dalam alat berpendingin. Kaedah ini berkos rendah tetapi terhad oleh kemampuan bentuk bahan pada suhu tinggi; kedalaman tarikan yang melampau boleh menyebabkan penipisan atau retakan.

Pemeteraan Panas Tidak Langsung

Bagi komponen dengan geometri yang sangat kompleks yang melebihi had kemampuan bentuk panas keluli tersebut, kaedah tidak langsung digunakan. Di sini, lekapan dibentuk secara sejuk ke bentuk hampir akhir (90–95% siap) sebelum pemanasan. Bahagian pra-bentuk kemudian diaustenisasikan dalam relau khas dan dipindahkan ke mesin penekan untuk langkah kalibrasi akhir dan pensuisan. Walaupun ini membolehkan bentuk yang lebih rumit, ia meningkatkan masa kitaran dan pelaburan modal secara ketara disebabkan oleh peringkat penempaan sejuk tambahan dan keperluan sistem pengendalian relau berbentuk 3D.

Transformasi Metalurgi: Mengubah 22MnB5 kepada Martensit

Nilai utama penempaan panas terletak pada transformasi fasa mikrostruktur keluli 22MnB5 . Dalam keadaan asal penghantarannya, keluli aloi boron ini menunjukkan struktur mikro feritik-perlitik dengan kekuatan alah kira-kira 350–550 MPa dan kekuatan tegangan lebih kurang 600 MPa. Kejuruteraan proses memberi tumpuan kepada mengawal tiga pembolehubah utama untuk mengubah struktur ini.

1. Austenisasi

Keluli mesti dipanaskan melebihi suhu genting atasnya (Ac3), biasanya sekitar 850°C , walaupun titik tetapan proses sering berada dalam julat 900°C hingga 950°C untuk memastikan transformasi lengkap. Semasa tempoh tinggal (biasanya 4–10 minit bergantung pada ketebalan dan jenis relau), karbon memasuki larutan pepejal, membentuk austenit. Struktur kubik berpusat muka (FCC) ini adalah mulur, membolehkan pembentukan kompleks dengan tonaj yang lebih rendah berbanding penempaan sejuk.

2. Peranan Boron dan Kadar Penyejukan

Boron ditambahkan ke dalam aloi (0.002–0.005%) secara khusus untuk melambatkan pembentukan ferit dan pearlit semasa penyejukan. Ejen pengerasan ini membolehkan keluli dinyah haba pada kadar yang boleh dikawal—biasanya >27°C/s (kadar penyejukan genting)—untuk mengelakkan hidung lengkung bainit dan berubah terus kepada martensit . Jika kadar penyejukan turun di bawah ambang ini, fasa-fasa lembut seperti bainit terbentuk, menjejaskan kekuatan akhir.

3. Penyelesaian Salutan Al-Si

Pada suhu melebihi 700°C, keluli tulen teroksidasi dengan cepat, membentuk lapisan keras yang merosakkan acuan dan memerlukan peletupan pasir selepas proses. Untuk mengurangkan ini, bahan piawaian industri seperti Usibor 1500P menggunakan salutan pra-gunakan Aluminium-Silikon (Al-Si). Semasa pemanasan, salutan ini membentuk lapisan diffusi Fe-Al-Si dengan substrat, yang menghalang pengelupasan dan pendehidratan karbon. Inovasi ini menghapuskan keperluan atmosfera pelindung dalam relau dan langkah-langkah pembersihan susulan, menyederhanakan talian pengeluaran.

Talian Pengeluaran: Peralatan & Parameter Kritikal

Pelaksanaan talian stamping panas memerlukan jentera khas yang mampu mengawal gradien haba ekstrem dan tonaj tinggi. Pelaburan modal adalah besar, sering kali memerlukan perkongsian strategik untuk prototaip dan pengeluaran limpahan.

• Teknologi Relau: Tungku api roller adalah standard untuk pencetakan panas langsung bervolume tinggi. Mereka mesti mengekalkan keseragaman suhu dalam ± 5 °C untuk memastikan sifat mekanikal yang konsisten. Untuk proses tidak langsung atau jumlah yang lebih rendah, rela menggunakan relau bilik. Tempoh tinggal keseluruhan adalah fungsi ketebalan kosong, biasanya dikira sebagai t = (ketebalan × senantiasa) + masa asas , sering mengakibatkan 46 minit untuk pengukur standard.
• Mesin pencetak hidraulik dan servo: Tidak seperti pencetakan sejuk, akhbar mesti tinggal di bahagian bawah pukulan untuk memegang bahagian terhadap permukaan mati yang disejukkan. Hidraulik aTAU servo-hidraulik pencetak lebih disukai kerana keupayaan mereka untuk menggunakan dan memegang tanjuran maksimum (sering 8001200 tan) untuk masa penekan yang diperlukan (510 saat). Tempoh kitaran keseluruhan biasanya berkisar antara 10 hingga 30 saat.
• Saluran alat dan penyejukan: Acuan adalah penukar haba. Ia mesti mengandungi saluran penyejukan dalaman yang rumit (kerap kali ditebuk atau dicetak 3D) untuk mengalirkan air pada kadar aliran tinggi. Tujuannya adalah untuk mengekstrak haba dengan cepat, mengekalkan suhu permukaan alat di bawah 200°C bagi memastikan pensuisenan berkesan.
• Pemotongan Laser: Memandangkan komponen siap mempunyai kekuatan tegangan ~1500 MPa, acuan pemotong mekanikal tradisional haus hampir serta-merta. Oleh itu, pemotongan laser (kebanyakannya laser gentian 5-paksi) merupakan kaedah piawaian untuk memotong lubang dan perimeter akhir selepas pembentukan.

Bagi pengilang yang melalui peralihan daripada prototaip kepada pengeluaran besar-besaran, kerumitan rantaian peralatan ini boleh menjadi halangan. Memanfaatkan Penyelesaian penempaan komprehensif Shaoyi Metal Technology boleh menutup jurang ini. Kemampuan mereka, yang merangkumi kerja penekan presisi sehingga 600 tan dan pematuhan terhadap piawaian IATF 16949, menyediakan infrastruktur kejuruteraan yang diperlukan untuk mengesahkan parameter proses dan membesarkan pengeluaran tanpa perlu perbelanjaan modal besar secara segera.

Aplikasi Lanjutan: Sifat Tersuai & Zon Lembut

Reka bentuk keselamatan kenderaan moden kerap kali memerlukan satu komponen tunggal menunjukkan dua sifat: rintangan kemasukan yang tinggi (keras) dan penyerapan tenaga yang tinggi (lembut). Penghentaman panas membolehkan ini melalui Sifat Disesuaikan .

Teknologi Zon Lembut

Dengan mengawal kadar penyejukan di kawasan tertentu dalam acuan, jurutera boleh menghalang transformasi martensit pada zon tempatan. Sebagai contoh, tiang B mungkin memerlukan bahagian atas yang sepenuhnya martensit (1500 MPa) untuk melindungi kepala penghuni, tetapi bahagian bawah yang lebih lembut dan mulur (500–700 MPa) untuk menyerap tenaga semasa hentaman sisi. Ini dicapai dengan memenebatkan bahagian tertentu pada acuan atau menggunakan elemen pemanas untuk mengekalkan suhu acuan di atas suhu mula martensit (Ms), membenarkan bainit atau ferit terbentuk sebagai ganti.

Lembaran Kimpalan Tersuai (TWBs)

Pendekatan lain melibatkan kimpalan laser dua gred keluli atau ketebalan yang berbeza sebelum proses penempaan panas. Sekeping bahan mentah mungkin menggabungkan kepingan keluli boron dengan kepingan keluli HSLA yang mulur. Apabila ditempa secara panas, bahagian boron akan mengeras manakala bahagian HSLA mengekalkan kebolehlenturan, menghasilkan komponen dengan zon prestasi yang berbeza tanpa memerlukan sistem pemanasan acuan yang kompleks.

Analisis Strategik: Kelebihan, Kekurangan & Kos

Keputusan untuk melaksanakan penempaan panas melibatkan pertukaran kompleks antara prestasi dan kos. Analisis berikut menyerlahkan faktor-faktor utama dalam membuat keputusan bagi jurutera automotif.