先进高强钢断裂性能研究

发布时间：2019-11-23 04:41

【摘要】：在铁素体-马氏体双相钢的成形过程中,因材料边裂而导致的冲废和返修是其使用的一个主要问题。本文以双相钢DP780冲压某汽车零件出现开裂为例,比较了常规拉伸和切边拉伸(试样落料后不打磨边部)的力学性能,观察了断口的组织和形貌。试验结果表明切边质量较差的试样其伸长率要比切边质量好的试样低10%左右,Mn的偏析使得马氏体组织和Mn S夹杂沿轧向呈带状分布造成了横向切边试样的伸长率要比纵向切边试样低3%左右。裂纹在双相钢中的扩展沿着马氏体-铁素体晶界或穿过马氏体,细小的呈簇状分布的马氏体颗粒增加了双相钢的裂纹敏感性,降低了材料的抗断裂性能。
【图文】：

曲线,扩孔,冲制,极限应变

2材料的成形性能及试验材料的核心成形性能指标是其成形极限曲线［1］，采用成形试验机BUP400对DP780的成形极限曲线进行了测试，，测试结果如图1所示。DP780平面应变路径下的极限应变水平为0.181，相同应变路径下低合金的极限应变水平一般在0.2以上(1.0mm厚度规格)，IF钢则一般在0.3以上(0.8mm厚度规格)，DP780的FLC应变水平要比其他几种常用材料的低。从其FLC曲线整体形态看，等双向拉伸则要比单向拉伸的应变水平高，两者都远远的高于平面应变水平下的极限应变。图1DP780的成形极限曲线Fig.1ForminglimitedcurveofDP7802.1扩孔试验扩孔性能试验是评价材料翻边性能好坏的一个关键指标。扩孔试验用试样中心孔的加工方式会极大地影响材料的扩孔率，本文对两种孔加工方式进行了比较，其中一种为机加工钻孔，另一种为冲制圆孔，孔的直径为Φ10mm。试验结果表明两种不同中心圆孔加工方式测量得到的扩孔率差别很大，中心孔采用冲制加工的试样的扩孔率只有56%(标准规定的方式)，而中心孔采用钻孔加工的试样的扩孔率达到了97%。冲制圆孔的边部存在大量细微的毛刺，孔边加工面存在凸凹不平的现象，孔边材料内部存在因加工导致的空洞缺陷，在扩孔过程中极易诱发裂纹导致材料在扩孔过程中产生开裂［2－3］。而机加工钻出的圆孔边部材料经过挤压变形，形成压应力状态［4］，同时没有冲孔加工在孔边材料内部产生的空洞，不易形成裂纹源，所以其机加工圆孔试样的扩孔率要远高于冲制圆孔的试样。2.2切边拉伸试验由于双相钢材料在使用过程中其零件毛坯边部基本采用剪切落料生产，落料后的边部质量与冲孔后的基本一致，因此扩孔性能的好坏直接和材料的边部开裂失效相关。但另一方面扩孔开裂与零件边部开裂是不完全相同的，扩?

拉伸试样,冲裁,试样,双相钢

于解决双相钢的边裂问题有重要的作用。图2不同边部质量的拉伸试样(试样采用冲裁获得)Fig.2Tensilespecimenswithdifferentedgequality(Specimenisblankeddirectly)(a)质量很差(b)质量较好a)Cuttededgewithbadquality(b)Cuttededgewithgoodquality2.3零件内翻边成形与边部质量采用DP780冲压某汽车大梁封板，由于DP780的强度较高，加上生产量的急剧增加，零件毛坯落料模的磨损严重，加工后的毛坯边部质量急剧恶化，导致冲压过程中超过50%的毛坯在零件翻边成形中边部出现开裂现象，如图3所示。针对这种情况，对零件开裂位置对应的毛坯边部进行了打磨处理，冲压后对比开裂效果，发现经过打磨去掉边部毛刺和凸凹不平后，零件已无开裂现象出现。裂纹敏感性较高的双相钢材料在冲压过程中，零件毛坯边部的落料质量会直接影响到零件内翻边成形是否会发生开裂，通过前面的切边试样的拉伸试验可知，落料边部质量很差时，DP780能够承受的应变不超过6%(横向试样)，接近大梁封板零件翻边成形时开裂位置所能够达到的应变6%～7%，这是导致零件开裂的主要原因。因此，要解决这个零件的翻边开裂问题，一是改善落料边部质量，另一个就是降低材料的裂纹敏感性，研究表明，铁素体－马氏体双相钢的裂纹敏感性较强，而铁素体－贝氏体双相钢的扩孔翻边性能则要好很多［5］。图3零件的内翻边开裂Fig.3Vehiclepartwithcrackofinnerflanging3金相组织及断口分析3.1断口形貌分析针对DP780纵、横向切边拉伸试样的断口形貌进行了扫描分析，如图4和图5所示。由电镜扫描照片看，纵、横向拉伸断口的形貌以韧窝为主，但横向断口存在明显的带状纹理，通过对带状纹理的成分进行确认，发现带状纹理的主要成份为Fe和Mn，并含有S及其他一些微量元素，按?

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