分享：DP600熱軋雙相鋼擴(kuò)孔試驗(yàn)結(jié)果的影響因素

近年來，隨著汽車行業(yè)逐漸向著輕量化發(fā)展，DP600雙相鋼作為成熟的先進(jìn)高強(qiáng)鋼，其組織由軟相鐵素體和硬相馬氏體組成，該鋼具有優(yōu)良的加工性能、冷成型性能和加工硬化性能等。因此，雙相鋼在汽車工業(yè)內(nèi)應(yīng)用十分廣泛[1]。 

為保證雙相鋼的使用質(zhì)量，在加工成形前，除對其進(jìn)行常規(guī)的化學(xué)成分分析和力學(xué)性能測試外，通常還會對其進(jìn)行擴(kuò)孔試驗(yàn)。擴(kuò)孔試驗(yàn)主要用于測試汽車板的翻邊性能，執(zhí)行試驗(yàn)方法依據(jù)GB/T 24524—2021 《金屬材料 薄板和薄帶 擴(kuò)孔試驗(yàn)方法》，該方法對擴(kuò)孔試驗(yàn)條件、試驗(yàn)程序、結(jié)果判定進(jìn)行了規(guī)定，并給出了壓邊力不小于50 kN的示例，提出了凸模推進(jìn)速率宜不大于1 mm/s，試驗(yàn)后最大裂紋開口寬度宜不超過0.1 mm的要求。試驗(yàn)條件控制不當(dāng)，會造成擴(kuò)孔試驗(yàn)結(jié)果的離散程度較大，對材料的真實(shí)性能判定造成一定的困擾。為此，筆者分析了凸模推進(jìn)速率和試驗(yàn)后貫穿裂紋開口寬度兩個因素對雙向鋼DP600擴(kuò)孔試驗(yàn)結(jié)果的影響，研究結(jié)果可為提高擴(kuò)孔試驗(yàn)的準(zhǔn)確性提供理論基礎(chǔ)。 

1.   試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料為汽車用雙相鋼DP600。將試驗(yàn)材料剪切加工成尺寸為150 mm×150 mm（長度×寬度）的試樣，并用直徑為10 mm的凸模在試樣中心位置沖制圓孔[2]，試樣1的厚度為2.52 mm，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24524—2021，在其他試驗(yàn)條件固定的前提下，通過改變擴(kuò)孔凸模推進(jìn)速率，獲得相應(yīng)的擴(kuò)孔試驗(yàn)結(jié)果。試樣2~12的厚度為1.46~7.00 mm，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24524—2021，固定凸模推進(jìn)速率和壓邊力參數(shù)，對不同厚度的試樣開展擴(kuò)孔試驗(yàn)，測量每個試樣貫穿裂紋開口寬度對應(yīng)的極限擴(kuò)孔率。同一試驗(yàn)條件下開展3次重復(fù)試驗(yàn)。 

2.   試驗(yàn)結(jié)果

2.1   凸模推進(jìn)速率對極限擴(kuò)孔率的影響

凸模推進(jìn)速率是擴(kuò)孔圓錐形頂頭向上對試樣沖制圓孔進(jìn)而進(jìn)行擴(kuò)孔的實(shí)際速率。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24524—2021規(guī)定凸模推進(jìn)速率宜不大于1 mm/s。分別設(shè)定凸模推進(jìn)速率為0.1，0.3，0.7，1.0 mm/s，固定壓邊力為150 kN,試樣1在不同凸模推進(jìn)速率下的極限擴(kuò)孔率測試結(jié)果如表1所示。 

由表1可知：當(dāng)凸模推進(jìn)速率為1.0 mm/s時(shí)，試樣1的極限擴(kuò)孔率平均值為49.5%，極差達(dá)到16.5%；當(dāng)凸模推進(jìn)速率為0.7 mm/s時(shí)，試樣1的極限擴(kuò)孔率平均值為45.0%，極差為5.5%；當(dāng)凸模推進(jìn)速率為0.1，0.3 mm/s時(shí)，試樣1的極限擴(kuò)孔率變化較小，且試樣1的極限擴(kuò)孔率極差較??；隨著凸模推進(jìn)速率的減小，試樣1的極限擴(kuò)孔率平均值和極差均減小[3]。 

2.2   裂紋開口寬度對極限擴(kuò)孔率的影響

將凸模推進(jìn)速率設(shè)定為0.3 mm/s、壓邊力設(shè)定為150 kN，對試樣2~12進(jìn)行擴(kuò)孔試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。由表2可知：對于同一組試樣，貫穿裂紋開口寬度越大，試樣的極限擴(kuò)孔率越大，且極限擴(kuò)孔率與貫穿裂紋開口寬度、試樣厚度存在相關(guān)性。 

3.   綜合分析

當(dāng)凸模推進(jìn)速率為1.0 mm/s時(shí)，試驗(yàn)成功率較低，其中有兩塊試樣分別出現(xiàn)了多條裂紋，這主要是因?yàn)橥鼓Ｍ七M(jìn)速率較快，當(dāng)試樣孔邊緣處出現(xiàn)裂紋時(shí)，試驗(yàn)機(jī)未能及時(shí)停止，擴(kuò)孔凸模繼續(xù)上升，導(dǎo)致試樣擴(kuò)孔尺寸增大，孔邊緣處裂紋不斷萌生，試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性降低。當(dāng)凸模推進(jìn)速率為0.1，0.3 mm/s時(shí)，試驗(yàn)成功率相對較高。隨著凸模推進(jìn)速率的不斷加快，試樣的極限擴(kuò)孔率平均值和極差隨之變大，擴(kuò)孔試驗(yàn)結(jié)果的離散性變大。 

試樣擴(kuò)孔后的宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知：圖1（a）中試樣貫穿裂紋的開口呈現(xiàn)由內(nèi)至外的“V”形，即外側(cè)大、內(nèi)側(cè)小；對于厚度大于3 mm的鋼板，經(jīng)常會出現(xiàn)外側(cè)開口寬度超過1 mm，但內(nèi)側(cè)仍未裂開的裂紋，這種裂紋不屬于貫穿裂紋[見圖1（b）]；同一塊鋼板相鄰位置的兩塊試樣貫穿裂紋開口寬度不同時(shí)，其極限擴(kuò)孔率會有差別，圖1（c）中試樣貫穿裂紋開口寬度為0.08 mm，極限擴(kuò)孔率為31.5%，圖1（d）中試樣貫穿裂紋開口寬度為0.50 mm，極限擴(kuò)孔率為45.0%。 

圖  1  試樣擴(kuò)孔后的宏觀形貌

經(jīng)進(jìn)一步分析，極限擴(kuò)孔率與試樣裂紋開口寬度、試樣厚度的回歸模型如式（1）和圖2所示。 

式中：y為極限擴(kuò)孔率；x1為試樣厚度；x2為試樣裂紋開口寬度；A、B、C、D、E、F為常數(shù)，其中A=－2.822 18±0.003 44，B=25.762 18±0.029 5，C=－117.631 64±0.159 7，D=115.672 33±0.145 97，E=1±0，F(xiàn)=3.009 25±0.063 73。 

圖  2  極限擴(kuò)孔率回歸模型

由圖2可知：在極限擴(kuò)孔率回歸模型中，R2（決定系數(shù)）和調(diào)整后的R2趨同，接近于1，因此該回歸模型較好地預(yù)測了極限擴(kuò)孔率與試樣裂紋開口寬度、試樣厚度之間的關(guān)系[4]，即極限擴(kuò)孔率與試樣厚度的二次方、試樣裂紋開口寬度的二次方成反比，與試樣厚度、裂紋開口寬度成正比。 

4.   結(jié)論

（1）對于DP600熱軋雙相鋼，當(dāng)凸模推進(jìn)速率為0.1,0.3 mm/s時(shí)，試樣的極限擴(kuò)孔率變化較小，同組試樣極限擴(kuò)孔率的極差均小于5%。當(dāng)凸模速率大于0.7 mm/s時(shí)，隨凸模速率的增大，試樣的極限擴(kuò)孔率平均值和極差逐漸變大，擴(kuò)孔試驗(yàn)結(jié)果的離散性變大。 

（2）對于厚度大于3 mm的DP600熱軋雙相鋼，經(jīng)擴(kuò)孔試驗(yàn)后，常會出現(xiàn)試樣孔邊緣外側(cè)開口寬度超過1 mm，但內(nèi)側(cè)仍未裂開的裂紋，該裂紋不屬于貫穿裂紋。 

（3）極限擴(kuò)孔率測試結(jié)果與貫穿裂紋開口寬度、試樣厚度存在相關(guān)性。經(jīng)回歸模型預(yù)測，極限擴(kuò)孔率與試樣厚度的二次方、試樣裂紋開口寬度的二次方成反比，與試樣厚度、裂紋開口寬度成正比。 

文章來源——材料與測試網(wǎng)