高強鋼DP780 在車身安全結(jié)構(gòu)件中廣泛應用。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)。

高強鋼DP780 因其出色的比強度與比剛度，成為先進車身結(jié)構(gòu)制造的首選材料之一。DP780 與其他傳統(tǒng)材料相比，在車身零部件成形時更多的表現(xiàn)為由于翻邊、擴孔等引起的邊緣局部開裂。本文旨在以車身某縱梁結(jié)構(gòu)為例，研究DP780的微觀組織對零件成形時局部斷裂性能的影響。

問題描述

圖1 為車身某典型件，該零件原始采用DP590-1.6mm，現(xiàn)計劃采用DP780-1.4mm 進行材料升級換代，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)開裂問題，因此本文主要研究該零件第一道次的成形過程。該零件為落料后翻邊成形，因此剪切邊延展性對材料成形時是否開裂起著決定性的作用。

圖1 某縱梁沖壓時出現(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 的化學成分見表1。

高強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DP780-2 的剪切邊延展性優(yōu)于DP780-1。僅從材料局部抗開裂能力來看，建議采用DP780-2 的材料進行試制。

仿真預測及驗證

對DP780-1 和DP780-2 進行性能檢測和擴孔試驗，為成形仿真提供所需的材料數(shù)據(jù)。經(jīng)檢驗后，材料性能如表2 所示。

對比兩種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 的強度略低于DP780-1，但擴孔率明顯優(yōu)于DP780-1，與組織預測結(jié)果一致。將上述檢測結(jié)果帶入到成形仿真軟件中進行計算。計算時網(wǎng)格采用自適應方法求解劃分，摩擦系數(shù)設定為0.15，仿真同時采用材料成形性能和邊緣延展性的兩種判定準則。邊緣延展性的判斷準則是當邊緣開裂風險值大于1，表示邊緣開裂；邊緣開裂風險值小于1邊緣未出現(xiàn)開裂；越接近于1 表示邊緣開裂風險越大。

圖3 DP780-2 的組織照片

從圖4 ～圖7 的模擬結(jié)果來看，兩種材料在整體成形時均沒有任何開裂風險，但DP780-1 材料的擴孔率為18%，零件邊緣開裂風險值為1.02，出現(xiàn)開裂，而DP780-2 材料的擴孔率為27%，零件邊緣開裂風險值為0.675，未出現(xiàn)開裂，且安全系數(shù)極高。因此，在該縱梁進行選材時，應該選擇DP780-2。

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

結(jié)論

⑴高強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，軟硬相有機分配，有助于提高材料抗局部開裂能力，材料性能滿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。