淺談汽車用先進高強鋼成形性能研究論文

先進高強鋼兼具高強度和較好的成形性能，特別是應變硬化指數高，有利於碰撞吸收能的提高，已被廣泛用於車身的結構件和安全件。優化採用先進高強鋼板，可減輕車身重量、提高車身被動安全性及提高車型性價比。先進高強鋼中的DP鋼和TRIP鋼都具有高強度和良好塑性的優點，是汽車輕量化的理想用材。

DP鋼主要應用於車底十字構件、防撞杆、縱梁等加強結構件等，而TRIP鋼則主要應用於車門防護杆、保險槓和底盤結構件等。本文通過顯微組織分析、拉伸試驗、成形極限試驗、杯突試驗及擴孔試驗，對不同強度級別DP鋼和TRIP鋼的成形性能進行研究，希望對衝壓成形及應用提供參考。

1試驗材料

(1)化學成分

試驗材料中DP鋼採用C-Si-Mn成分體系，TRIP鋼採用Si基低合金成分體系。為獲得較細的組織以利於更好地提高塑性和韌性，試驗材料中均添加微合金元素Nb。

(2)顯微組織

以相同強度級別試驗材料顯微組織為例。DP590顯微組織中灰白色組織為鐵素體，灰黑色組織為馬氏體，而在TRIP590顯微組織中，灰色組織為鐵素體，黑色組織為貝氏體，白色組織為殘餘奧氏體，殘餘奧氏體分佈在多邊形鐵素體晶粒之間，有少量存在鐵素體內部，島狀貝氏體分佈在鐵素體和殘餘奧氏體交界處或相鄰的鐵素體晶粒交界處。

DP鋼中鐵素體賦予雙相鋼較低的屈強比、較高的延伸率，具有優良的塑性;而馬氏體則賦予其高的強度，同時鐵素體在變形過程中會遇到硬相馬氏體的阻礙產生大量位錯而快速的產生加工硬化，有利於流變應力的均勻分佈，使DP鋼具有良好的成形性能。TRIP鋼中主要由貝氏體提高材料強度，提供塑性的不僅有鐵素體，還有因殘餘奧氏體向馬氏體相變而引入的塑性提高，因此，DP鋼與TRIP鋼的塑性能力是不同的。

Nb在DP鋼中主要通過NbC粒子的析出阻礙再結晶晶粒的長大，使鐵素體晶粒較細，馬氏體分佈彌散，在提高基體強度的同時有利於進一步提高加工硬化速率和延伸率。Nb在TRIP鋼中起到細化晶粒的尺寸的作用，保證微觀組織的均勻性並提高鋼中殘餘奧氏體量，最終提高成形性能。

2試驗結果與分析

(1) 拉伸試驗

拉伸試驗中，試驗材料均選擇1.4mm厚度規格，同時為便於對比分析均採用此厚度規格進行後續的成形性能評價試驗。將試驗材料取同方向並製成同標距試樣進行拉伸試驗。

從拉伸試驗結果可知，DP鋼具有連續屈服、低屈強比等特點，而TRIP鋼在具有較高強度的同時具有良好的延伸率和高n值等特點。TRIP鋼組織中殘餘奧氏體在應力應變作用下向馬氏體的相變誘發轉變顯著改善了材料的塑性，因此延伸率很高，而DP鋼的延伸率較低。TRIP鋼具有較高的應變硬化指數n值，因此均勻變形能力較強，有利於衝壓較複雜的零件，而DP鋼則具有較高的初始加工硬化能力，能提高材料在成形過程中應變分配的.均勻性，有利於防止早期鼓起和褶皺的發生。TRIP鋼的r值大於1，相比DP鋼不易發生厚度方向的變形，具有較好的抗拉裂和抗起皺能力。

(2) 成形極限圖

成形極限圖是對成形性能的定量描述，可作為組織生產、比較最佳工藝以及衝壓設計及選材的依據。同強度級別的TRIP鋼相比DP鋼具有更高的FLD0值。TRIP590 和TRIP780 的FLD0 分別達到38%和34%， 而DP590 和DP780 的FLD0 分別為32%和21%。

延伸率反映從變形開始到發生開裂的變形量，延伸率越大，材料的塑性變形能力越強，極限應變水平升高，其FLD0值也越高。應變硬化指數n值是對FLD0值影響很大的參數。n值越大鋼板均勻變形能力越好，抵抗縮頸能力越強，推遲塑性失穩的發生，板材的成形性能越好，因而使成形極限曲線提高。塑性應變比r值是判斷拉深性能的指標，r值越大，在板厚方向越不易變形，深衝性能越好。根據Mises厚向異性薄板屈服軌跡，r值越大，材料的變形抗力越大，成形性能降低，同時r值的增加，材料的抗減薄能力增強，一定程度上改善了成形性能， 兩方面因素的交互作用使得r值對FLD0值的影響不甚顯著。因此，TRIP鋼具有較高的FLD0值，即在平面應變狀態下具有較好的極限變形能力，在雙向拉伸變形區域，TRIP鋼的安全成形裕度比DP鋼高，成形性能優於DP鋼。

(3)杯突試驗

杯突試驗是利用脹形原理評價板材拉脹成形的極限能力。從表3杯突試驗結果可以看出TRIP鋼的杯突值明顯優於DP鋼。TRIP鋼有與深衝用IF鋼接近甚至持平的杯突值，顯示了TRIP鋼極佳的拉延性能，表明TRIP鋼很適用於雙向拉伸的情況，這與成形極限試驗所得結論一致。應變硬化指數n值是影響杯突試驗結果的主要因素，是決定拉脹工序時成形好壞的指標。n值越大，變形中應變分佈越均勻，材料不易出現頸縮，拉脹成形性能越好。高的塑性應變比r值及延伸率也同樣有利於拉脹成形能力的提高。

(4) 擴孔試驗

擴孔試驗是評價材料翻邊性能的模擬試驗。擴孔性能是評價鋼板衝壓成形性能的重要指標之一。在擴孔試驗中，擴孔率越大，材料的成形性能越好。

延伸率越大，材料的擴孔率明顯增大。應變硬化指數n值越大，在變形過程中應變分佈越均勻，成形程度越高，擴孔性能越好，因此TRIP鋼的擴孔性能顯著優於DP鋼，成形性能更好。

3結論

(1) DP鋼和TRIP鋼都具有較高的強度和良好的塑性，能有效避免成形時局部頸縮和斷裂，均具有良好的成形性能。

(2) TRIP鋼獨特強韌機理使其具有更高的n值、r值及延伸率，因此具備更好的成形性能。

(3) 成形性能評價試驗顯示，TRIP鋼可同時適用於拉延工藝及翻邊工藝;而DP鋼在拉延性能方面較好，但在翻邊成形性能方面沒有明顯優勢。