預拉伸對高強鋼DP590擴孔性能的影響

文／王秋雨，王曉華，呂浩，劉淑影，張賽娟·唐山鋼鐵集團有限公司

為減輕汽車整車重量，降低能耗，提高汽車碰撞時的安全性，高強度鋼板材料在汽車制造中應用越來越廣泛。雙相鋼除了具有高強度外，還具有低的屈強比、高加工硬化指數(shù)、高烘烤硬化性能等優(yōu)點，而且沒有屈服延伸和室溫時效，是理想的汽車輕量化材料，因此被廣泛應用在汽車的前縱梁、后縱梁、防護板等結構件和加強件上。

目前，汽車高強鋼板中雙相鋼的使用比例高達74%，是汽車中使用占比最高的鋼種，而DP590 是雙相鋼中使用最為廣泛的鋼種。然而，由于汽車零部件形狀的不規(guī)則性，高強鋼在沖壓時會由于拉延脹形與翻邊擴孔混合作用而產生開裂，這是普通沖杯、擴孔等單一試驗方法無法評價的，本文采用預拉伸與擴孔試驗相結合的方式，研究預拉伸對材料擴孔率的影響。

試驗材料及方法

試驗采用的DP590 鋼為C-Si-Mn 成分體系，化學成分如表1 所示。Mn 和Si 起到固溶強化的作用，同時起到穩(wěn)定奧氏體的作用。

表1 DP590 的化學成分(%)

根 據(jù)GB/T 228.1-2010 進 行DP590 的0 °、45°、90°三個方向單軸拉伸試驗，得到的基本力學性能如表2 所示。DP590 三方向的屈服強度、抗拉強度相差不大，各向異性Δr 為0.15，因此DP590 的各向異性不顯著。

表2 DP590 三個方向的力學性能

DP590 的金相組織如圖1 所示，白色為鐵素體，黑色為馬氏體，鐵素體是雙相鋼的主要組織，一般情況下，馬氏體含量不高，通常在10%～20%之間，起第二相強化作用。雙相鋼以鐵素體為基體、馬氏體呈島狀孤立的分布在鐵素體的晶界處，通過合理分配兩相含量，利用它們之間的相互作用得到良好的力學性能。

圖1 DP590 的組織照片

預拉伸的試樣尺寸為300mm×75mm×1.5mm，縱向取樣，板面印制2.5mm×2.5mm 方形網格，在300kN 液壓拉伸試驗機上進行拉伸試驗，拉力分別為50kN、60kN、65kN 時停止試驗，試樣均出現(xiàn)縮頸；另一組試驗將試樣拉斷后停止。在拉伸后的試樣上取擴孔樣，擴孔試驗采用錐頭凸模，前三種未出現(xiàn)縮頸的擴孔取樣位置如圖2 所示，拉裂試樣的擴孔取樣位置如圖3 所示。測量擴孔前試樣的應變量和擴孔后孔邊緣應變及各位置的擴孔率。

圖2 小變形量的拉伸試樣和擴孔試樣

圖3 斷裂的拉伸試樣和擴孔試樣

結果與討論

對拉力為50kN、60kN、65kN 的預拉伸后的試樣進行網格應變分析，在三個拉力狀態(tài)下，材料未出現(xiàn)縮頸，網格的最大主應變分別為2%、2.5%、3.3%，如圖4 所示，且周圍網格應變相差不大，因此認為當拉力為50kN、60kN、65kN 時，網格位置處于均勻應變狀態(tài)。

圖4 拉力分別為50kN、60kN、65kN 時的網格應變分布

對第二種拉斷后試樣進行網格應變分析，如圖5所示。在拉斷后所取得三個擴孔前試樣的最大應變分布分別為0.26、0.204、0.08，拉斷后試樣的應變分布比較離散，離斷口越遠，應變呈減小趨勢。

圖5 由左到右拉斷試樣的網格應變分布

按照上述方法，在每個拉伸試樣上取三個擴孔試樣進行擴孔試驗，擴孔試驗的結果如表3 所示。在50kN、60kN、65kN 預拉伸試樣上取得的三個試樣擴孔率非常接近，這也表明三種預拉伸力下的試樣接近于均勻變形狀態(tài)，未出現(xiàn)縮頸。為了保證數(shù)據(jù)的準確性，擴孔率取每種拉伸狀態(tài)下三個擴孔率的平均值。

表3 擴孔試驗結果

根據(jù)表3 繪制擴孔率與預應變的關系曲線，如圖6 所示，可以看出，DP590 原始板材的擴孔率為54%，預應變會降低材料的擴孔率，并且預應變量越大，材料擴孔率呈指數(shù)下降得越低，擬合的平方差為0.9395，由此可見，當DP590 在拉延工序出現(xiàn)很大應變量時，該位置在后序中不適宜再進行翻邊成形，一般來講，DP590 的擴孔率在35%以上時具有良好的翻邊性能，因此當材料局部應變小于7%時，該位置后續(xù)可進行翻邊。該擬合公式為典型汽車零部件的曲線設計和成形工序設計提供重要的參考。

圖6 預應變與擴孔率的關系

結束語

雙相鋼DP590 由于其具有良好的成形性和耐撞性能被廣泛應用于汽車典型零部件中。本文采用預拉伸與擴孔試驗相結合的方式，研究預拉伸對DP590 材料擴孔率的影響。研究結果表明，隨著材料預應變的增加，材料的擴孔率呈指數(shù)降低。一般要求材料擴孔率不低于35%時，DP590 具有良好的擴孔性能，觀察預應變-擴孔率圖發(fā)現(xiàn)，DP590 的預應變小于7%時仍具有良好的翻邊性能。

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