熱浸鍍鋅鋁鎂與純鋅鍍層鋼板成形性能對(duì)比研究

單 梅，葛 浩，崔 磊 ，何丹丹

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司 技術(shù)中心 安徽馬鞍山 243000)

為適應(yīng)汽車高耐蝕性能的要求，中高端汽車車身一般選用鍍層鋼板，鍍鋅板具有優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能，早期的鍍層鋼板以鍍鋅板為主。為了開(kāi)發(fā)出更高耐蝕性能的鍍層鋼板，在鍍鋅板的基礎(chǔ)上添加Al和Mg等合金鍍層元素形成鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品[1]-[2]，鋅鋁鎂鍍層有更優(yōu)的耐蝕性、耐磨性和涂裝等性能，被廣泛應(yīng)用。歐洲的研究人員在汽車車身上成功應(yīng)用了鋅鋁鎂鍍層板并研發(fā)了多種組合成分的鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品成功應(yīng)用于汽車車身[3]-[7]。前期，關(guān)于鋅鋁鎂鍍層的研究主要集中在鍍層分析、耐蝕性、焊接、膠粘和涂裝等方面[8]-[11]，而與實(shí)際沖壓成形緊密相關(guān)的表面形貌、摩擦系數(shù)等方面的研究相對(duì)較少。本文以連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線生產(chǎn)的純鋅和鋅鋁鎂鍍層鋼板為研究對(duì)象，研究了純鋅鍍層和鋅鋁鎂鍍層的表面摩擦系數(shù)和拉延成形性能對(duì)比情況。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)用材料

試驗(yàn)用鋼基板為厚度0.65毫米的H180YD，試驗(yàn)材料為連續(xù)熱鍍鋅產(chǎn)線生產(chǎn)的純鋅鍍層鋼板(Z)和鋅鋁鎂鍍層鋼板(ZAM)。

1.2 試驗(yàn)方法

模擬拉延試驗(yàn)：將試樣加工成長(zhǎng)400 mm，寬40 mm的長(zhǎng)條狀，在型號(hào)為AG-X的DRAWBEAD模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行模擬拉延，模擬拉伸控制變量為側(cè)壓力，其余參數(shù)相同，側(cè)壓力采取4 MPa、5 MPa、7 MPa和9 MPa，試驗(yàn)?zāi)＞卟捎米灾评咏罘?#模具，拉延速度1000 mm/min，拉延距離150 mm，同時(shí)收集脫落的金屬粉末，試驗(yàn)編號(hào)與參數(shù)如表1所示。每個(gè)側(cè)壓力采取一根試樣多次拉延模式，一次拉延后回到開(kāi)始位置繼續(xù)下一次拉延，直至達(dá)到試驗(yàn)鋼拉延極限。

表1 試驗(yàn)鋼模擬拉延參數(shù)和試樣編號(hào)

摩擦系數(shù)測(cè)量：將試樣加工成200*200 mm，在用酒精徹底去除試樣表面油污等雜質(zhì)。使用型號(hào)為9505DF1的滑度儀，試驗(yàn)法向載荷統(tǒng)一為2kg，試驗(yàn)拉速為508 mm/min。

粗糙度測(cè)量：使用型號(hào)為HO mmEL T8000R的波紋度儀，正反面各取3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行粗糙度測(cè)量。

掃描電鏡觀察：對(duì)模擬拉延后極限的試驗(yàn)鋼取樣，利用SEM對(duì)試樣進(jìn)行表面形貌分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 純鋅與鋅鋁鎂鍍層表面摩擦系數(shù)和表面粗糙度對(duì)比

表2為純鋅鍍層和鋅鋁鎂鍍層試驗(yàn)鋼的表面摩擦系數(shù)對(duì)比情況，表3數(shù)據(jù)表明鍍層相同時(shí)延軋向和垂直軋向表面摩擦系數(shù)差別不大，但鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品比純鋅鍍層產(chǎn)品表面摩擦系數(shù)偏小約8%。表面摩擦系數(shù)越低，則表面潤(rùn)滑性能越好，因此，鋅鋁鎂鍍層比純鋅鍍層的表面潤(rùn)滑性好。

表3為純鋅鍍層和鋅鋁鎂鍍層試驗(yàn)鋼的表面粗糙度對(duì)比情況，表4數(shù)據(jù)表明純鋅鍍層和鋅鋁鎂鍍層表面粗糙度相當(dāng)。

表2 試驗(yàn)鋼表面摩擦系數(shù)測(cè)量值/(μ)

表3 試驗(yàn)鋼表面粗糙度測(cè)量值

2.2 純鋅與鋅鋁鎂鍍層拉延對(duì)比

圖1為試驗(yàn)鋼在不同側(cè)壓力下的拉延行程載荷曲線。從圖中數(shù)據(jù)可看出，隨著側(cè)壓力的增加鋅鋁鎂鍍層(ZAM)和純鋅鍍層(Z)試驗(yàn)鋼的拉延極限次數(shù)均降低。當(dāng)側(cè)壓力為4MPa時(shí)如圖1(a)和(b)，鋅鋁鎂鍍層和純鋅鍍層試驗(yàn)鋼均為連續(xù)拉延12次達(dá)到極限次數(shù)。鋅鋁鎂鍍層的拉延行程載荷曲線更平滑，在第11次拉延出現(xiàn)波動(dòng)，但是純鋅鍍層在第9次拉延就出現(xiàn)波動(dòng)。當(dāng)側(cè)壓力為5MPa時(shí)如圖1(c)和(d)，鋅鋁鎂鍍層試驗(yàn)鋼在連續(xù)拉延7次達(dá)到極限，7次拉延的行程載荷曲線均平穩(wěn)，未出現(xiàn)隨行程增加載荷增加的現(xiàn)象。而純鋅鍍層試驗(yàn)鋼在連續(xù)拉延7次后，第7次的行程載荷曲線，隨著拉延行程的增加，載荷逐漸上升。當(dāng)側(cè)壓力為7MPa時(shí)如圖1(e)和(f)，鋅鋁鎂鍍層試驗(yàn)鋼在連續(xù)拉延6次達(dá)到拉延極限次數(shù)，前5次拉延的行程載荷曲線均平穩(wěn)，第6次拉延的行程載荷曲線出現(xiàn)波動(dòng)，而純鋅鍍層試驗(yàn)鋼在連續(xù)拉延5次時(shí)達(dá)到拉延極限次數(shù)，且第4次拉延載荷曲線出現(xiàn)波動(dòng)，第5次拉延曲線波動(dòng)很大，隨著行程的增加，載荷逐漸上升且上升幅度加大。當(dāng)側(cè)壓力為9MPa時(shí)如圖1(g)和(h)，鋅鋁鎂鍍層和純鋅鍍層試驗(yàn)鋼均為連續(xù)拉延4次即達(dá)到極限次數(shù)。鋅鋁鎂鍍層試驗(yàn)鋼在連續(xù)拉延4次拉延的行程載荷曲線均平穩(wěn)，而純鋅鍍層試驗(yàn)鋼在連續(xù)拉延3次開(kāi)始，隨著行程的增加，載荷逐漸上升。

圖2為鋅鋁鎂鍍層和純鋅鍍層試驗(yàn)鋼在不同側(cè)壓力下多次拉延后金屬粉末脫落情況。從圖可觀察到，在側(cè)壓力相同時(shí)，連續(xù)拉延次數(shù)相同的情況下，鋅鋁鎂鍍層試驗(yàn)鋼比純鋅鍍層試驗(yàn)鋼金屬粉末脫落量少，如當(dāng)側(cè)壓力為4MPa時(shí)，鋅鋁鎂鍍層和純鋅鍍層試驗(yàn)鋼的拉延極限次數(shù)均為12次，鋅鋁鎂鍍層試驗(yàn)鋼的金屬粉末脫落量明顯比純鋅鍍層試驗(yàn)鋼的金屬粉末脫落量少。

圖3為鋅鋁鎂鍍層和純鋅鍍層試驗(yàn)鋼在7MPa側(cè)壓力下多次拉延后宏觀和表面形貌SEM圖片對(duì)比，圖4為鋅鋁鎂鍍層和純鋅鍍層試驗(yàn)鋼不同側(cè)壓力下多次拉延后表面掃描微觀形貌對(duì)比。從圖可觀察到，兩種鍍層試驗(yàn)鋼在多次拉延試驗(yàn)后，表面均存在拉延痕跡，微觀上均存在鍍層被破壞。在側(cè)壓力相同時(shí)，鋅鋁鎂鍍層試驗(yàn)鋼比純鋅鍍層試驗(yàn)鋼表面拉痕少，鍍層表面被破壞程度低。

圖1 不同鍍層試驗(yàn)鋼不同側(cè)壓力下多次拉延行程載荷曲線

圖2 試驗(yàn)鋼不同側(cè)壓力下多次拉延金屬粉末脫落情況

圖3 不同鍍層試驗(yàn)鋼7MPa側(cè)壓力下多次拉延后表面形貌對(duì)比

圖4 不同鍍層試驗(yàn)鋼不同側(cè)壓力下多次拉延后表面掃描微觀形貌對(duì)比

3 結(jié)論

鋅鋁鎂鍍層和純鋅鍍層試驗(yàn)鋼表面粗糙度相當(dāng)，鋅鋁鎂鍍層比純鋅鍍層試驗(yàn)鋼表面摩擦系數(shù)偏小約8%。表面摩擦系數(shù)越低，則表面潤(rùn)滑性能越好，因此，鋅鋁鎂鍍層比純鋅鍍層的表面潤(rùn)滑性好。

隨著側(cè)壓力的增加鋅鋁鎂鍍層和純鋅鍍層試驗(yàn)鋼拉延極限次數(shù)降低。當(dāng)側(cè)壓力相同拉延次數(shù)相同時(shí)，鋅鋁鎂鍍層比純鋅鍍層的拉延穩(wěn)定性好，拉延后試驗(yàn)鋼表面金屬粉末脫落量少，且鍍層表面被破壞程度小。因此，鋅鋁鎂鍍層比純鋅鍍層試驗(yàn)鋼的成形性能更優(yōu)。