TÓM TẮT NHANH

The quy trình dập nóng thép bo (còn được gọi là làm cứng ép) là một phương pháp tạo hình nhiệt, biến đổi thép bo hợp kim thấp—thường là 22MnB5 —từ cấu trúc vi mô ferit-peclit (~600 MPa) thành trạng thái mactenxit hoàn toàn (~1500 MPa). Sự chuyển đổi này đạt được bằng cách nung phôi đến nhiệt độ austenit hóa ( 900–950°C ) và sau đó định hình và làm nguội nhanh trong khuôn làm mát bằng nước với tốc độ vượt quá 27°C/s . Quy trình này cho phép sản xuất các bộ phận ô tô phức tạp, nhẹ với độ bền cực cao và không bị co giãn đàn hồi, chẳng hạn như cột B và thanh ray mái.

Vật lý của quá trình dập nóng: Phương pháp trực tiếp và gián tiếp

Dập nóng không phải là một quy trình đơn nhất; nó được phân thành hai phương pháp riêng biệt— Trực tiếp và Gián tiếp —được xác định bởi thời điểm tạo hình xảy ra so với chu kỳ nhiệt. Việc hiểu rõ sự khác biệt này là rất quan trọng đối với các kỹ sư quy trình khi lựa chọn thiết bị cho các hình dạng chi tiết cụ thể.

Dập nóng trực tiếp

Phương pháp trực tiếp là tiêu chuẩn công nghiệp cho phần lớn các bộ phận cấu trúc do hiệu quả của nó. Trong trình tự này, một phôi phẳng trước tiên được nung nóng trong lò đến khoảng 900–950°C để đạt được cấu trúc austenit đồng nhất. Phôi nóng sau đó được chuyển nhanh chóng (thường dưới 3 giây) sang máy ép, nơi nó được tạo hình và làm nguội đồng thời trong khuôn có làm mát. Phương pháp này tiết kiệm chi phí nhưng bị giới hạn bởi khả năng tạo hình của vật liệu ở nhiệt độ cao; chiều sâu kéo quá lớn có thể dẫn đến mỏng hoặc nứt.

Dập nóng gián tiếp

Đối với các chi tiết có hình dạng cực kỳ phức tạp vượt quá giới hạn tạo hình nóng của thép, người ta sử dụng phương pháp gián tiếp. Ở đây, phôi được tạo hình nguội đến hình dạng gần như hoàn thiện (90–95% hoàn tất) trước khi nung nóng. Chi tiết đã được tạo hình trước đó sau đó được austenit hóa trong một lò chuyên dụng và chuyển sang máy ép để hiệu chuẩn cuối cùng và làm nguội nhanh. Mặc dù phương pháp này cho phép tạo ra các hình dạng phức tạp hơn, nhưng nó làm tăng đáng kể thời gian chu kỳ và vốn đầu tư do thêm công đoạn dập nguội và nhu cầu sử dụng hệ thống xử lý lò có hình dạng 3D.

Biến đổi học kim loại: Chuyển đổi 22MnB5 thành Martensite

Giá trị cốt lõi của phương pháp dập nóng nằm ở sự biến đổi pha vi cấu trúc của thép 22MnB5 thép. Ở trạng thái cung cấp ban đầu, loại thép hợp kim bo này có vi cấu trúc ferit-peclit với giới hạn chảy khoảng 350–550 MPa và độ bền kéo xấp xỉ 600 MPa. Kỹ thuật quy trình tập trung vào việc điều khiển ba biến số quan trọng để thay đổi cấu trúc này.

1. Austenit hóa

Thép phải được nung nóng vượt quá nhiệt độ tới hạn trên (Ac3), thường vào khoảng 850°C , mặc dù các điểm đặt quy trình thường dao động từ 900°C đến 950°C để đảm bảo quá trình chuyển đổi hoàn toàn. Trong thời gian giữ nhiệt (thường là 4–10 phút tùy theo độ dày và loại lò), carbon khuếch tán vào dung dịch rắn, tạo thành austenite. Cấu trúc lập phương tâm mặt (FCC) này có tính dẻo, cho phép tạo hình phức tạp với lực ép thấp hơn so với dập nguội.

2. Vai trò của Bo và tốc độ làm nguội

Bo được thêm vào hợp kim (0,002–0,005%) nhằm mục đích làm chậm sự hình thành ferrite và pearlite trong quá trình làm nguội. Chất tăng độ thấm tôi này cho phép thép được tôi ở tốc độ hợp lý—thường là >27°C/s (tốc độ làm nguội tới hạn)—để tránh điểm uốn của đường cong bainite và chuyển trực tiếp thành martensit . Nếu tốc độ làm nguội giảm xuống dưới ngưỡng này, các pha mềm hơn như bainite sẽ hình thành, làm giảm độ bền cuối cùng.

3. Giải pháp lớp phủ Al-Si

Ở nhiệt độ trên 700°C, thép trần oxy hóa nhanh chóng, tạo thành lớp vảy cứng làm hư hại khuôn và yêu cầu phải phun bi sau quá trình gia công. Để giảm thiểu điều này, các vật liệu tiêu chuẩn ngành như Usibor 1500P sử dụng lớp phủ nhôm-silic (Al-Si) được phủ sẵn. Trong quá trình nung nóng, lớp phủ này hợp kim với vật liệu nền để tạo thành lớp khuếch tán Fe-Al-Si, ngăn ngừa hiện tượng tróc vảy và mất carbon. Đổi mới này loại bỏ nhu cầu sử dụng khí bảo vệ trong lò và các bước làm sạch sau đó, giúp đơn giản hóa dây chuyền sản xuất.

Dây chuyền sản xuất: Thiết bị và thông số quan trọng

Việc triển khai một dây chuyền dập nóng đòi hỏi máy móc chuyên dụng có khả năng kiểm soát gradient nhiệt độ cao và lực đóng lớn. Chi phí đầu tư ban đầu rất lớn, thường cần thiết phải thiết lập quan hệ đối tác chiến lược để thử nghiệm mẫu và sản xuất phụ tải.

• Công nghệ lò nung: Lò xe lăn là tiêu chuẩn cho quá trình dập nóng trực tiếp với sản lượng cao. Chúng phải duy trì độ đồng đều nhiệt độ trong khoảng ±5°C để đảm bảo tính chất cơ học đồng nhất. Đối với các quy trình gián tiếp hoặc khối lượng thấp hơn, có thể sử dụng lò buồng. Tổng thời gian lưu thường phụ thuộc vào độ dày của phôi, thường được tính theo công thức t = (độ dày × hằng số) + thời gian cơ sở , thường cho kết quả từ 4–6 phút đối với các độ dày tiêu chuẩn.
• Máy dập thủy lực và máy dập servo: Khác với dập nguội, máy dập phải giữ ở cuối hành trình để ép chi tiết sát vào bề mặt khuôn làm mát. Thủy lực hoặc servo-thủy lực được ưu tiên sử dụng nhờ khả năng tạo và duy trì lực tấn cực đại (thường từ 800–1200 tấn) trong suốt thời gian tôi yêu cầu (5–10 giây). Thời gian chu kỳ tổng thường dao động từ 10 đến 30 giây.
• Dụng cụ và kênh làm mát: Khuôn là một bộ trao đổi nhiệt. Nó phải có các kênh làm mát bên trong phức tạp (thường được khoan hoặc in 3D) để lưu thông nước với tốc độ dòng cao. Mục tiêu là rút nhiệt nhanh chóng, duy trì nhiệt độ bề mặt dụng cụ dưới 200°C để đảm bảo quá trình tôi hiệu quả.
• Cắt bằng laser: Vì chi tiết hoàn thiện có độ bền kéo khoảng 1500 MPa, nên các khuôn cắt cơ học truyền thống sẽ bị mài mòn gần như ngay lập tức. Do đó, cắt chỉnh bằng laser (thường là laser sợi quang 5 trục) là phương pháp tiêu chuẩn để cắt lỗ và chu vi cuối cùng sau khi tạo hình.

Đối với các nhà sản xuất đang chuyển đổi từ chế tạo mẫu sang sản xuất hàng loạt, độ phức tạp của dây chuyền thiết bị này có thể là rào cản. Việc tận dụng Các giải pháp dập kim loại toàn diện của Shaoyi Metal Technology có thể thu hẹp khoảng cách này. Các khả năng của họ, bao gồm gia công dập chính xác lên đến 600 tấn và tuân thủ các tiêu chuẩn IATF 16949, cung cấp cơ sở hạ tầng kỹ thuật cần thiết để xác nhận các thông số quy trình và mở rộng sản xuất mà không cần đầu tư vốn lớn ngay lập tức.

Ứng Dụng Nâng Cao: Tính Chất Được Thiết Kế Riêng & Vùng Mềm

Thiết kế an toàn xe hiện đại thường yêu cầu một chi tiết đơn lẻ phải có hai tính chất kết hợp: độ chống xâm nhập cao (cứng) và khả năng hấp thụ năng lượng cao (mềm). Công nghệ dập nóng cho phép thực hiện điều này thông qua Thuộc tính tùy chỉnh .

Công Nghệ Vùng Mềm

Bằng cách kiểm soát tốc độ làm nguội ở những khu vực cụ thể của khuôn, các kỹ sư có thể ngăn quá trình chuyển biến mactensit xảy ra tại những vùng định trước. Ví dụ, cột B có thể cần phần trên hoàn toàn mactensit (1500 MPa) để bảo vệ đầu hành khách, nhưng phần dưới lại cần mềm và dẻo hơn (500–700 MPa) để hấp thụ năng lượng trong va chạm bên hông. Điều này đạt được bằng cách cách nhiệt các khu vực cụ thể của khuôn hoặc sử dụng các bộ gia nhiệt để giữ nhiệt độ khuôn trên mức nhiệt độ bắt đầu hình thành mactensit (Ms), cho phép tạo thành bainit hoặc ferit thay vì mactensit.

Phôi Hàn Định Hình (TWBs)

Một phương pháp khác liên quan đến hàn bằng laser hai loại thép hoặc độ dày khác nhau trước khi tiến trình dán nóng. Một tấm trống có thể kết hợp một tấm thép boron với một tấm thép HSLA dẻo dai. Khi dán nóng, mặt boron cứng lại trong khi phía HSLA giữ độ dẻo dai, tạo ra một bộ phận có các vùng hiệu suất riêng biệt mà không có hệ thống sưởi ấm phức tạp.

Phân tích chiến lược: Ưu điểm, nhược điểm và chi phí

Quyết định thực hiện bít nóng liên quan đến sự đánh đổi phức tạp giữa hiệu suất và chi phí. Phân tích sau đây nhấn mạnh các yếu tố quyết định chính cho các kỹ sư ô tô.