REZUMAT

Tratamentul termic pentru piese auto stampilate se încadrează în mod obișnuit în două categorii distincte, în funcție de momentul aplicării căldurii: Ștanțare caldă (întărire prin presare) și Tratament termic post-stampare .

Ștanțare la cald presupune încălzirea semifabricatelor din oțel boronat (în mod tipic 22MnB5) la peste 900°C înainte de formare, urmată de răcirea lor simultană în matriță. Acest proces creează componente structurale cu rezistență foarte înaltă, precum stâlpii B și tamponierele, cu rezistențe la întindere de până la 1.500 MPa. Tratament termic post-stampare aplică procese secundare — precum Cementarea, Nitrocementarea Ferritică (FNC) sau Întărirea prin Inducție — la piese care au fost deja stampilate la rece. Această cale este ideală pentru mecanisme funcionale precum mecanismele de înclinare ale scaunelor sau clichetele de frână, care necesită rezistență la uzare fără a modifica geometria de bază.

Cele două căi principale: Stamparea la cald vs. Tratamentul post-tratament

Atunci când se proiectează componente auto stampilate, alegerea tratamentului termic nu este doar un pas final; aceasta dictează întreaga strategie de fabricație. Industria împarte aceste procese în două fluxuri principale: Durificare prin presare (stampilare la cald) și Tratament termic secundar (stampilare la rece + prelucrare ulterioară) .

Înțelegerea diferențelor fundamentale dintre aceste trasee este esențială pentru managerii de aprovizionare și inginerii de proiectare:

• Integrare versus separare: Stampilarea la cald integrează formarea și durificarea într-o singură cursă a matriței. Materialul intră în presă moale și iese durificat. În schimb, prelucrarea ulterioară separă aceste etape; piesele sunt formate la rece (moale) și apoi trimise la cuptor pentru durificare.
• Specificitatea materialului: Stampilarea la cald utilizează aproape exclusiv oțeluri mangan-boron (precum 22MnB5), concepute să-și transforme microstructura în timpul călirii. Tratamentul ulterior funcționează cu o gamă mai largă de oțeluri și aliaje cu conținut scăzut sau mediu de carbon (precum 1020, 4140 sau 8620).
• Obiectivul principal: Scopul stampării la cald este de obicei integritatea structurală și siguranța în caz de coliziune (anti-ptruziune). Scopul tratamentului post-procesare este adesea rezistența la uzură, durata de viață la oboseală sau protecția anticorozivă pentru piesele mobile.

Stamparea la cald (întărire prin presare): pentru structuri critice pentru siguranță

Ștanțare la cald , cunoscută și ca întărire prin presare, a revoluționat siguranța autovehiculelor. Aceasta permite producătorilor să realizeze componente structurale complexe și ușoare, care pot rezista unor forțe imense în caz de accident fără a se rupe. Acest proces este standard pentru „cuculia de siguranță” a vehiculelor moderne, inclusiv stâlpi A, stâlpi B, traverse de acoperiș și bare anti-intruziune pentru uși.

Procesul: De la austenită la martensită

Baza științifică a stampării la cald se bazează pe o transformare metalurgică precisă. Procesul începe prin încălzirea unei blanșe de oțel într-un cuptor la aproximativ 900°C–950°C. La această temperatură, structura internă a oțelului se modifică de la ferită-perlită la austenit , devenind extrem de maleabilă.

Materialul roșu-îcins este apoi transferat rapid la o matriță răcită cu apă. Pe măsură ce presa se închide pentru a forma piesa, suprafețele reci ale matriței calibrează simultan oțelul. Această răcire rapidă (cu rate care depășesc adesea 27°C pe secundă) blochează atomii de carbon într-o rețea distortă, transformând austenita în martensit . Rezultatul este o piesă cu o limită de curgere care crește de la aproximativ 400 MPa (în starea inițială) la peste 1.500 MPa.

Avantaje și Constrângeri

Avantajul principal al ambutisării la cald este capacitatea de a forma forme complexe fără „revenire elastică" (tendința metalului de a se întoarce în forma sa originală), asigurând o precizie dimensională excepțională. Cu toate acestea, procesul necesită tăiere specializată cu laser pentru găuri și margini, deoarece oțelul întărit este prea dur pentru uneltele mecanice tradiționale de tăiere.

Întărirea Post-Ambutisare: Pentru Piese de Uzare și Piese Mobile

În timp ce ambutisarea la cald construiește scheletul mașinii, Tratament termic post-stampare asigură durabilitatea organelor sale în mișcare. Componente precum reclinatoarele de scaun, plăcile de transmisie, clichetele frânei de staționare și broaștele ușilor sunt de obicei realizate prin stampare la rece din oțel mai moale și apoi călită pentru a preveni uzura.

Pentru producătorii care trec de la prototip la producția în masă a acestor piese funcționale complexe, colaborarea cu un furnizor capabil este esențială. Shaoyi Metal Technology specializează-și activitatea în acoperirea acestei breșe, oferind soluții complete de stampare care respectă standardele riguroase globale ale producătorilor OEM, de la ingineria inițială până la livrarea finală, inclusiv tratament termic.

Cementare (durificare superficială)

Carburarea este procesul ales pentru piesele supuse frecării intense și sarcinilor mari, cum ar fi roțile dințate și clichetele. În acest proces, piesele din oțel cu conținut scăzut de carbon sunt încălzite într-o atmosferă bogată în carbon. Acesta difuzează în suprafață, creând un strat dur „de suprafață”, în timp ce miezul rămâne moale și ductil. Aceasta strat dur/miez rezistent combinație previne ruperea piesei sub impact brusc, asigurând în același timp rezistența suprafeței la uzură datorată contactului cu alte componente.

Călire prin inducție

Atunci când doar o anumită zonă a unei piese stampilate necesită călire — cum ar fi dinții unei roți de scaun sau vârful unui clichet — călirea prin inducție este metoda preferată. O bobină electromagnetică încălzește doar zona vizată, care este apoi răcită imediat. Această tratare localizată minimizează deformarea în restul piesei.

Călire completă (Călire neutră)

Pentru console structurale, cleme și limbile centurilor de siguranță care necesită rezistență uniformă pe întreaga secțiune transversală, se utilizează călirea completă. Acest proces presupune încălzirea întregii piese la temperatura sa de austenitizare și răcirea acesteia, obținându-se o duritate constantă de la suprafață până la miez. De regulă, se folosește cu oțeluri medii sau cu conținut ridicat de carbon.

Coroziune și stabilitate: FNC și nitrurare

Pentru piesele de sub baza autovehiculului sau componentele sistemului de frânare expuse la saramură și umiditate, duritatea singură nu este suficientă. Ferritic Nitrocarburizare (FNC) și Nitrurare oferă un dublu avantaj: duritate la suprafață și o rezistență superioară la coroziune.

Spre deosebire de cementare, care are loc la temperaturi ridicate (adesea >850°C) și poate provoca deformarea pieselor, FNC este realizată la temperaturi mai joase (în jurul a 575°C). Această temperatură „sub-critică” previne transformarea de fază în nucleul oțelului, rezultând o distorsiune dimensională practic nulă. Acest lucru face ca FNC să fie ideală pentru piese turnate cu precizie, precum suporturi pentru etrieri de frână, discuri de ambreiaj pentru transmisie și şaibe subțiri care trebuie să rămână perfect plane.

Anelare și Relaxare de Tensiuni: Procesele Ajutătoare

Nu toate tratamentele termice sunt concepute să întărească metalul. Încălzire și Relaxarea tensiunilor sunt procese de „îmblânzire” esențiale pentru drumul înserii în fabricație.

În timpul ambutisării profunde (de exemplu, la formarea unui baionet de ulei sau a unei carcase de motor), deformarea la rece creează tensiuni interne care pot provoca crăparea sau ruperea metalului. Tratamentul termic intermediar încălzește metalul pentru a-i recristaliza structura granulară, restabilind ductilitatea și permițând efectuarea unor pași suplimentari de formare. În mod similar, eliminarea tensiunilor este adesea aplicată după operații intense de stampare sau sudare, pentru a preveni deformațiile piesei în timp, cauzate de tensiunile reziduale.

Concluzie

Selectarea tratamentului termic corect pentru piesele stampilate ale mașinii reprezintă un echilibru între funcționalitate, geometrie și știința materialelor. Stampilarea la cald rămâne campioana necontestată pentru caroseria de siguranță, oferind o rezistență ușoară care definește arhitectura modernă a vehiculelor. În schimb, tratamentele post-stampilare precum cementarea și nitrurarea cu cianuri (FNC) sunt indispensabile pentru mecanismele mobile complexe cu care conducătorii interacționează zilnic. Aliniind cerințele de performanță ale componentei—fie că este vorba despre rezistență la impact, durată de viață la uzură sau protecție anticorozivă—cu ciclul termic potrivit, inginerii asigură atât siguranța, cât și longevitatea în proiectarea autovehiculelor.

Întrebări frecvente

1. Care este diferența dintre tratamentul termic prin stampilare la cald și cel prin stampilare la rece?

Stampilarea la cald încălzește metalul înainte și în timpul procesul de formare, transformând microstructura oțelului pentru a crea piese ultra-resistente într-un singur pas. Stamparea la rece formează metalul la temperatura camerei, iar tratamentul termic (cum ar fi cementarea sau recoacerea) este aplicat ulterior ca o operațiune secundară separată pentru a regla duritatea sau pentru a elimina tensiunile.

2. De ce se folosește oțelul cu bor pentru piesele stampate la cald?

Oțelul cu bor, mai precis gradele precum 22MnB5, este utilizat deoarece adăugarea de bor îmbunătățește semnificativ călibilitatea. Permite oțelului să se transforme complet într-o structură martensitică dură în timpul fazei rapide de răcire din interiorul matriței răcite cu apă, obținând rezistențe la tracțiune până la 1.500 MPa.

3. Se poate face un tratament termic unei piese stampate după sudare?

Da, dar necesită precauție. Sudarea introduce căldură care poate modifica proprietățile zonelor anterior tratate termic. Tratamentul de relaxare a tensiunilor este frecvent aplicat după sudare pentru a reduce tensiunile termice. Totuși, dacă o piesă necesită o duritate mare, este adesea sudată mai întâi și apoi supusă unui tratament termic final ca ansamblu, cu condiția ca designul să permită acest lucru.

4. Ce tratament termic este cel mai potrivit pentru rezistența la coroziune în piesele auto?

Nitrocarburizarea feritică (FNC) este considerată cel mai bun tratament termic pentru combinarea durității cu rezistența la coroziune. Aceasta creează un strat superficial dur și rezistent la uzură („zona compusă”) care protejează, de asemenea, împotriva oxidării, fiind foarte utilizată la componente de frână și cleme pentru partea inferioară a caroseriei.