汽車用大梁鋼TC510L沖壓開(kāi)裂問(wèn)題研究

摘要：利用拉伸試驗(yàn)、掃描電鏡、顯微鏡、直讀光譜等設(shè)備對(duì)TC510L的檢測(cè)并結(jié)合生產(chǎn)工藝進(jìn)行詳細(xì)的分析。結(jié)果表明由于鋼卷局部出現(xiàn)了過(guò)冷現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼卷局部出現(xiàn)不均勻分布的上貝氏體組織，造成沖壓復(fù)雜零件開(kāi)裂的主要原因。通過(guò)提高TC510L的錳和鈮的含量和降低卷曲溫度來(lái)保證材料強(qiáng)度不降低的情況下形成合格的鐵素體+少量珠光體組織。

關(guān)鍵詞： 沖壓開(kāi)裂；金相組織；卷曲溫度

中圖分類號(hào)：TG115文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）04（a）-0000-00

1 前言

隨著國(guó)內(nèi)大型SUV的快速發(fā)展， 各大主機(jī)廠對(duì)車架的各項(xiàng)性能要求越來(lái)越嚴(yán)格，不僅要求車架用大梁鋼具有高強(qiáng)度，而且還需要良好的韌性以及優(yōu)良的擴(kuò)孔性。汽車大梁鋼主要用于制造SUV的車架或副車架的縱梁，是汽車結(jié)構(gòu)配件中服役條件最艱苦的材料之一。車架上的縱梁質(zhì)量影響整車的行車安全和舒適度。因此除強(qiáng)度要求較高以外，大梁鋼還必須具備良好的成型性、擴(kuò)孔性、較高的剛度。本文針對(duì)某款SUV車架縱梁用TC510L沖壓開(kāi)裂的問(wèn)題進(jìn)行分析，為材料的生產(chǎn)提高改進(jìn)的方向和依據(jù)。

2 現(xiàn)象描述

某鋼廠生產(chǎn)的汽車用大梁鋼TC510L，經(jīng)過(guò)酸洗后的4個(gè)卷號(hào)鋼板出現(xiàn)沖壓開(kāi)裂現(xiàn)象，開(kāi)裂比例達(dá)80%以上，開(kāi)裂位置及形貌基本一致，詳見(jiàn)圖1所示。要求鋼廠提供近期合格材料進(jìn)行試壓后零件開(kāi)裂現(xiàn)象消失，基本排除了生產(chǎn)設(shè)備原因引起的開(kāi)裂問(wèn)題。

3 試驗(yàn)分析

試驗(yàn)材料為5.0mm，針對(duì)開(kāi)裂的4個(gè)鋼卷號(hào)分別進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)分析，共制備試樣4個(gè)。試驗(yàn)項(xiàng)目包括力學(xué)性能、夾雜物、元素和金相。

3.1 力學(xué)性能

按照GB/T 228.1-2010的方法對(duì)兩種厚度的鋼板進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，其它各項(xiàng)指標(biāo)都在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，滿足使用要求，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

3.2 夾雜物檢測(cè)

從汽車大梁鋼TC510L的試樣夾雜物電鏡照片分析，4塊試樣夾雜物的主要類型為MnS符合夾雜物，夾雜物數(shù)量很少，尺寸小于5μm，屬于顯微夾雜物，對(duì)大梁鋼的沖壓性能不會(huì)產(chǎn)生明顯的不利影響。

3.3 元素分析

使用直讀光譜的方式對(duì)4種材料的元素含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示各項(xiàng)指標(biāo)完全符合鋼廠與使用方得協(xié)議要求，不存在元素含量超標(biāo)等問(wèn)題，詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)表2所示。

3.4 金相分析

汽車大梁鋼TC510L的典型組織應(yīng)該為多邊形共析鐵素體+少量珠光體。所檢測(cè)4塊試樣的金相組織均為鐵素體+貝氏體，未見(jiàn)珠光體組織。其中一個(gè)鋼卷的金相組織為多邊形鐵素體+少量貝氏體，組織均勻；其它3個(gè)試樣的金相組織均為多邊形鐵素體+大量貝氏體，晶粒偏小、組織略顯不均勻。

此次檢測(cè)中的TC510L屬于低碳鋼（C<0.08%），其貝氏體經(jīng)過(guò)觀察屬于上貝氏體。在上貝氏體的較高溫度范圍內(nèi)，F(xiàn)e3C的析出得到抑制，板條間殘留了奧氏體，隨轉(zhuǎn)變溫度的下降，F(xiàn)e3C才能在板條間和半條內(nèi)析出。

試樣的電鏡組織照片表面，所檢測(cè)4塊試樣的金相組織均為鐵素體+上貝氏體，未見(jiàn)片層狀珠光體組織，鐵素體呈暗色，貝氏體呈淺色，滲碳體為最亮色。上貝氏體屬于“硬紙相”，提供鋼板強(qiáng)度的同時(shí)，也會(huì)使縮頸局部集中延伸的范圍變小，延伸性能降低。開(kāi)裂沖壓件的電鏡組織中已發(fā)現(xiàn)微裂紋，微裂紋多發(fā)生在呈亮色的上貝氏體經(jīng)理處，而呈暗色的鐵素體晶粒處列為很少發(fā)生?？梢?jiàn)，汽車大梁TC510L沖壓開(kāi)裂與上貝氏體組織的出現(xiàn)有直接關(guān)系。

4 開(kāi)裂原因分析

通過(guò)試驗(yàn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析可以得出以下結(jié)論：

1）、對(duì)開(kāi)裂的試樣及同卷號(hào)板材的力學(xué)性能分析，元素分析可以看出，以上因素都不構(gòu)成沖壓開(kāi)裂的原因；

2）、試樣的掃描電鏡分析觀察，鋼板出現(xiàn)了上貝氏體組織；

3）、觀察沖壓開(kāi)裂斷口取樣的掃描電鏡照片，在鐵素體晶界處，即上貝氏體處出現(xiàn)顯微裂紋；

綜上所述，鋼板在生產(chǎn)過(guò)程中，由于水溫等原因?qū)е聜€(gè)別鋼卷局部出現(xiàn)卷取溫度低于600℃，出現(xiàn)鋼帶局部過(guò)冷現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼板出現(xiàn)不均勻分布的上貝氏體組織，是造成沖壓復(fù)雜零件開(kāi)裂的主要原因。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)沖壓開(kāi)裂的4個(gè)鋼卷沖壓開(kāi)裂的原因進(jìn)行了深入分析，并制定了具體的解決方案，具體實(shí)施效果如下：

1）、提供卷取溫度，防止因工藝波動(dòng)造成卷取溫度低于600℃；

2）、提供汽車大梁鋼當(dāng)中錳和鈮的含量，保證材料強(qiáng)度不降低并且延伸率保持原有要求；

3）、鋼廠細(xì)化管理要求，在生產(chǎn)汽車用大梁鋼TC510L時(shí)根據(jù)季節(jié)的變化調(diào)整生產(chǎn)工藝。