高強(qiáng)鋼DP780 局部斷裂性能研究

文/王秋雨，孟根巴根，呂浩，李立銘，張賽娟·河鋼股份有限公司唐山分公司

高強(qiáng)鋼DP780 在車(chē)身安全結(jié)構(gòu)件中廣泛應(yīng)用。該材料的剪切邊延展性的優(yōu)劣與鋼中馬氏體的彌散程度和馬氏體形貌以及馬氏體包圍鐵素體晶粒的連續(xù)度有關(guān)。

高強(qiáng)鋼DP780 因其出色的比強(qiáng)度與比剛度，成為先進(jìn)車(chē)身結(jié)構(gòu)制造的首選材料之一。DP780 與其他傳統(tǒng)材料相比，在車(chē)身零部件成形時(shí)更多的表現(xiàn)為由于翻邊、擴(kuò)孔等引起的邊緣局部開(kāi)裂。本文旨在以車(chē)身某縱梁結(jié)構(gòu)為例，研究DP780的微觀(guān)組織對(duì)零件成形時(shí)局部斷裂性能的影響。

問(wèn)題描述

圖1 為車(chē)身某典型件，該零件原始采用DP590-1.6mm，現(xiàn)計(jì)劃采用DP780-1.4mm 進(jìn)行材料升級(jí)換代，本文的目的是選用組織性能合適的DP780 完成該零件的成形。該零件通常在第一道次出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題，因此本文主要研究該零件第一道次的成形過(guò)程。該零件為落料后翻邊成形，因此剪切邊延展性對(duì)材料成形時(shí)是否開(kāi)裂起著決定性的作用。

圖1 某縱梁沖壓時(shí)出現(xiàn)邊裂

材料選擇

現(xiàn)選擇兩種不同的成分和組織分布的DP780 進(jìn)行比較，已選取最優(yōu)的材料用于該縱梁的沖壓制作。DP780 的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

高強(qiáng)鋼剪切邊延展性的優(yōu)劣與鋼中馬氏體的彌散程度和馬氏體形貌以及馬氏體包圍鐵素體晶粒的連續(xù)度有關(guān)。從圖2 和圖3 中可以看出，DP780-2 的碳含量為0.09，明顯低于DP780-1，因此DP780-1 的馬氏體含量明顯高于DP780-2，馬氏體非常容易包圍鐵素體晶粒成連續(xù)的鏈狀分布，雖然加入了一定的Nb元素，起到細(xì)化熱軋組織的作用，但DP780-1 仍存在帶狀組織，造成馬氏體包圍鐵素體晶界，連續(xù)度大，而DP780-2 的馬氏體含量較少，分布非常彌散，因此推測(cè)DP780-2 的剪切邊延展性?xún)?yōu)于DP780-1。僅從材料局部抗開(kāi)裂能力來(lái)看，建議采用DP780-2 的材料進(jìn)行試制。

表1 兩種DP780 化學(xué)成分(wt%)

表2 兩種材料性能對(duì)比

圖2 DP780-1 的組織照片

仿真預(yù)測(cè)及驗(yàn)證

對(duì)DP780-1 和DP780-2 進(jìn)行性能檢測(cè)和擴(kuò)孔試驗(yàn)，為成形仿真提供所需的材料數(shù)據(jù)。經(jīng)檢驗(yàn)后，材料性能如表2 所示。

對(duì)比兩種DP780 的材料性能可以看出，由于DP780-2 的馬氏體含量少且分布非常彌散，因此DP780-2 的強(qiáng)度略低于DP780-1，但擴(kuò)孔率明顯優(yōu)于DP780-1，與組織預(yù)測(cè)結(jié)果一致。將上述檢測(cè)結(jié)果帶入到成形仿真軟件中進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)網(wǎng)格采用自適應(yīng)方法求解劃分，摩擦系數(shù)設(shè)定為0.15，仿真同時(shí)采用材料成形性能和邊緣延展性的兩種判定準(zhǔn)則。邊緣延展性的判斷準(zhǔn)則是當(dāng)邊緣開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)值大于1，表示邊緣開(kāi)裂；邊緣開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)值小于1邊緣未出現(xiàn)開(kāi)裂；越接近于1 表示邊緣開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)越大。

圖3 DP780-2 的組織照片

從圖4 ～圖7 的模擬結(jié)果來(lái)看，兩種材料在整體成形時(shí)均沒(méi)有任何開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，但DP780-1 材料的擴(kuò)孔率為18%，零件邊緣開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)值為1.02，出現(xiàn)開(kāi)裂，而DP780-2 材料的擴(kuò)孔率為27%，零件邊緣開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)值為0.675，未出現(xiàn)開(kāi)裂，且安全系數(shù)極高。因此，在該縱梁進(jìn)行選材時(shí)，應(yīng)該選擇DP780-2。

將DP780-2 材料進(jìn)行該縱梁試制時(shí)，零件整體及邊緣未出現(xiàn)開(kāi)裂，如圖8 所示，成品零件符合要求。

結(jié)論

圖4 DP780-1 的成形性仿真結(jié)果

圖5 DP780-1 的邊緣開(kāi)裂概率的仿真結(jié)果

圖6 DP780-2 的成形性仿真結(jié)果

圖7 DP780-2 的邊緣開(kāi)裂概率的仿真結(jié)果

圖8 試制的合格零件

⑴高強(qiáng)鋼剪切邊延展性的優(yōu)劣與鋼中馬氏體的彌散程度和馬氏體形貌以及馬氏體包圍鐵素體晶粒的連續(xù)度有關(guān)。DP780-2 材料的碳含量較低，馬氏體分布含量較少且彌散分布在鐵素體的基體上，軟硬相有機(jī)分配，有助于提高材料抗局部開(kāi)裂能力，材料性能滿(mǎn)足該縱梁的成形要求。

⑵具有落料—翻邊成形要求的零件，剪切邊質(zhì)量的優(yōu)劣也直接決定著成形的成敗。