不銹鋼深沖件表面桔皮現(xiàn)象的原因初探

文/張秀平·上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

不銹鋼深沖件表面桔皮現(xiàn)象的原因初探

文/張秀平·上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

深沖件由于其生產(chǎn)的高效性、制品的高強(qiáng)度以及高性?xún)r(jià)比，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)傳感器、門(mén)鎖等領(lǐng)域。不銹鋼作為深沖件的常用原材料之一，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)性能的情況下，深沖后處理相對(duì)簡(jiǎn)單，受到產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的青睞。

但是不銹鋼材質(zhì)的深沖件生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題也很多，使得大批量連續(xù)生產(chǎn)困難。如，易粘模，產(chǎn)品容易拉傷，拉深工序多，加工硬化嚴(yán)重，極易拉破等等。

不良現(xiàn)象描述

不銹鋼在多次拉深后，表面會(huì)出現(xiàn)“桔皮”裂紋的現(xiàn)象，圖1產(chǎn)品用于汽車(chē)傳感器外殼，材質(zhì)為SUS305，料厚0.50mm，高徑比約為10。年用量約為200萬(wàn)件。

圖1 實(shí)際產(chǎn)品示意圖

我們將該產(chǎn)品分為四個(gè)區(qū)域PNT1～PNT4，如圖2所示，分別進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，初步研究“桔皮”裂紋產(chǎn)生原因。

圖2 產(chǎn)品尺寸及測(cè)點(diǎn)圖

該產(chǎn)品PNT1區(qū)域經(jīng)過(guò)圖3中，1到6各工步的拉深，表面產(chǎn)生了“桔皮”裂紋，通過(guò)投影儀放大40倍和放大180倍，分別得出產(chǎn)品裂紋圖片如圖4和圖5所示。裂紋的產(chǎn)生可能會(huì)影響后續(xù)客戶(hù)端的壓裝，引起產(chǎn)品開(kāi)裂。

圖3 產(chǎn)品拉深各工序示意圖

圖4 PNT1位置( X40)產(chǎn)品裂紋圖片

圖5 PNT1位置( X180)產(chǎn)品裂紋圖片

圖6 PNT1裂紋寬度

圖7 PNT1裂紋深度

圖8 PNT2裂紋寬度

從各參考文獻(xiàn)資料中，我們可以了解到，奧氏體不銹鋼塑性變形時(shí)極易產(chǎn)生馬氏體相變。馬氏體硬而脆的特性，讓我們初步懷疑這種“桔皮”裂紋是由馬氏體相變引起的。

圖9 PNT2裂紋深度

圖10 PNT3裂紋寬度

圖11 PNT3裂紋深度

宏觀(guān)分析

采用KEYENCE VHX-5000三維顯微鏡對(duì)產(chǎn)品相應(yīng)三個(gè)位置進(jìn)行觀(guān)測(cè)各裂紋的深度、寬度，所得圖片如圖6～11所示。檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 產(chǎn)品三個(gè)不同測(cè)點(diǎn)位置的裂紋寬度和深度對(duì)比圖

從表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，三處裂紋的尺寸依次是PNT1＞PNT2＞PNT3；結(jié)合圖3的拉深工序圖，三處的變形量依次是PNT1＞PNT2＞PNT3?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：塑性變形量越大，“桔皮”裂紋也越大。

微觀(guān)分析

通過(guò)EBSD（掃描電鏡）分析四點(diǎn)處及相應(yīng)原材料的金相組織如圖12～19所示。

圖12 PNT1相分布

圖13 PNT1衍射帶襯度

圖14 PNT2相分布

圖15 PNT2衍射帶襯度

圖16 PNT3相分布

圖17 PNT3衍射帶襯度

圖18 PNT4相分布

圖19 PNT4衍射帶襯度

從表2、表3數(shù)據(jù)結(jié)果可以分析看出，變形最劇烈的PNT1的非奧氏體占比最多，說(shuō)明該處產(chǎn)生相變最多，而且產(chǎn)生的滲碳體相更多，而非馬氏體相。

表2 四個(gè)檢測(cè)點(diǎn)相組成比例

表3 四個(gè)檢測(cè)點(diǎn)相計(jì)數(shù)

但是由于PNT1的EBSD命中率很低，有很多組織無(wú)法識(shí)別，一般要求命中率80%以上才有參考意義。于是改用XRD測(cè)試PNT1處的相組成。見(jiàn)圖20，結(jié)果顯示奧氏體相含量99.9%，無(wú)法識(shí)別滲碳體及馬氏體，也即其含量小于3%（設(shè)備分辨率）。

圖20 PNT1 XRD相組成

由于產(chǎn)品拉深變形的影響，導(dǎo)致PNT1的EBSD分析結(jié)果可信度不高。結(jié)合XRD分析，在變形最劇烈的PNT1，奧氏體幾乎沒(méi)有發(fā)生相變。從而說(shuō)明該305牌號(hào)的奧氏體不銹鋼在高徑比10倍的變形量下，沒(méi)有發(fā)生相變。即使有，也是極其微量的，完全可以忽略。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)前面的一系列的相變?cè)囼?yàn)，該305不銹鋼深沖時(shí)產(chǎn)生的“桔皮”裂紋，并非我們假設(shè)的“相變”引起的。排除了“相”的原因，還可能有“晶?！奔啊翱棙?gòu)”等兩方面的影響。由于材料在大量塑性變形后，分析測(cè)試手段有限，后續(xù)會(huì)考慮選用不同的原材料進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，宏觀(guān)上分析成品，微觀(guān)上分析原材料。

同時(shí)也有個(gè)很好的結(jié)論是：并非所有的奧氏體不銹鋼塑性變形都會(huì)有馬氏體相產(chǎn)生。這也為奧氏體不銹鋼的有限元模擬分析提供了一個(gè)更好的理論基礎(chǔ)。因?yàn)橛邢拊M是力學(xué)的計(jì)算，無(wú)法考慮相變的影響。