HC300/500DP在汽車車門外板應用驗證

冀 鵬

（眾泰汽車工程研究院材料工程部，浙江 杭州 310000）

引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，為了節(jié)能減排，適應嚴格的排放標準，減輕車身重量已成為必然趨勢。汽車的輕量化技術已經成為世界汽車發(fā)展的潮流，汽車輕量化技術的發(fā)展必定會成為汽車技術研發(fā)的主要方向[1]。現(xiàn)階段各主機廠乘用車車門外板用鋼材基本以傳統(tǒng)的烘烤硬化鋼為主，強度級別有180MPa級、220MPa級，厚度規(guī)格主要為0.75mm、0.7mm、0.65mm。根據(jù)德國蒂森克虜伯對汽車車門外板用材趨勢分析，外板厚度可進一步減薄至0.6mm，同時強度級別提高至300MPa級。本文以我司某車型左后門外板為例，通過對比0.6mm HC300/500DP與0.7mm HC180B在重量、成本、原材料烘烤硬化性、成形性、抗凹性等方面性能差異，驗證0.6mm HC300/500DP在車門外板應用可行性。

1 應用優(yōu)勢

以我司某車型左后門外板為例，對比說明兩種材料車門外板的重量和成本。鋼板價格參考某鋼廠2017年6月的板料含稅價，因外板為HC300/500DP的車門進行了局部補強，需考慮補強膠片的重量和成本，補強膠片供應商為天津某公司，厚度1.5mm，形狀為邊長80mm的矩形，密度1.45g·cm-3，價格65元/kg，單件成本僅考慮材料費用，如表1所示。

表1 原材料價格、重量、單件成本對比

由表1可知，外板為HC300/500DP的材料經局部補強后，相比HC180B單件減重0.70kg，減幅約13.7%，減重效果非常可觀。HC300/500DP原材料價格比HC180B貴，但成本卻降低 0.24元/件，主要是由于單件重量減輕使總成本下降的緣故。

2 性能對比

2.1 材料烘烤硬化性

車門外板要求原材料具有一定的烘烤硬化性，電泳烘烤后材料屈服強度增加，有助于提高外板的局部凹痕抗力。分別測試兩種材料的烘烤硬化值（BH2），試樣采用 GB/T 228.1-2010規(guī)定的P6試樣，測試結果如表2所示。HC300/500DP的烘烤硬化值大于HC180B，具有更優(yōu)異的烘烤硬化性，這是由HC300/500DP的化學成分和顯微組織共同決定。烘烤硬化機理主要是與柯氏氣團形成、馬氏體回火、殘余奧氏體分解和碳化物析出共同作用的結果。預變形后，材料內部存在大量位錯，140℃烘烤過程中，有柯氏氣團形成，并且鐵素體、馬氏體中會析出碳化物[2]。HC300/500DP

表2 兩種材料的烘烤硬化值 單位：MPa

含碳量遠大于 HC180B，且前者的顯微組織為鐵素體和島狀馬氏體，使HC300/500DP的烘烤硬化值較高。

2.2 沖壓成形及包邊性能

圖1 兩種外板材料車門總成間隙檢測

在車間分別對兩種材料各10臺份進行沖壓試制，結果顯示，所有外板制件均合格，門把手、窗框邊部等拉延較深的部位無開裂、隱裂等問題。面板經打磨后未出現(xiàn)拉伸應變痕、高點等影響外觀質量的缺陷。使用包邊模進行內外板包邊，經檢查，包邊效果良好，無起皺凸出、未折邊等問題。通過檢具檢測車門總成的間隙、面差，檢測結果如圖1、圖2所示：

圖2 兩種外板材料車門總成面差檢測

HC300/500DP相較于HC180B，在強度提高、塑性下降的情況下，成形性能良好，包邊后，外板回彈小，各檢測點間隙、面差滿足技術規(guī)范要求。這主要是由雙相鋼的顯微組織特征決定。冷軋雙相鋼的顯微組織由島狀馬氏體顆粒散布于鐵素體基體組成，馬氏體提供了雙相鋼的強度特性，而鐵素體基地則使雙相鋼具有良好的塑性[3]。在沖壓拉延過程中，連續(xù)的鐵素體基體為雙相鋼提供了足夠的塑性變形能力。

2.3 外板抗凹性

抗凹性評價指標主要為：抗凹剛度、局部凹痕抗力、起伏載荷。抗凹剛度是試件抵抗凹陷撓曲的彈性變形能力；局部凹痕抗力是試件抵抗局部凹陷的塑性變形能力；起伏載荷是試件在外載荷達到一定程度時，抵抗彈性變形的能力突然喪失，發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象[4]。由于試驗設備有限，僅對抗凹剛度、起伏載荷進行了測試，局部凹痕抗力采用計算機仿真模擬計算。

2.3.1 抗凹剛度和起伏載荷

分別將兩種外板材料不同的車門總成，經電泳烘烤后，進行抗凹剛度、起伏載荷（加載60N是否有凹陷失穩(wěn)現(xiàn)象）測試。測試點為主觀評價薄弱點，即A、B兩點，如圖3所示。共進行兩次測試，第一次測試車門總成僅電泳烘烤后不作任何處理；第二次測試，在外板材料為HC300/500DP的車門內側A、B兩點處加貼補強膠片，測試結果如表3、4所示。

圖3 抗凹剛度、起伏載荷測試點

表3 外板抗凹剛度測試結果 單位：N·mm-1

表4 起伏載荷測試結果

由以上可知，第一次測試，外板材料為 HC300/500DP的車門總成，A、B兩點抗凹部剛度下降嚴重，分別降低約29%、37%，靜載荷未達到60N已出現(xiàn)凹陷失穩(wěn)現(xiàn)象；經局部補強后，兩點抗凹剛度均超過原設計車門且無失穩(wěn)。抗凹剛度、起伏載荷均與試件的厚度、幾何形狀有關，與材料的屈服強度無關[5]。第一次測試時，外板材料為HC300/500DP的車門，由于厚度減薄導致抗凹剛度下降，未達到規(guī)定載荷即出現(xiàn)凹陷失穩(wěn)，盡管HC300/500DP的屈服強度、烘烤硬化值高于HC180B，但屈服強度對抗凹剛度、起伏載荷無影響；第二次測試，在外板材料為HC300/500DP的車門內側A、B兩點處加貼補強膠片，電泳烘烤后，補強膠片附著在車門內側，作用類似于使A、B兩點處厚度增加，抗凹剛度大幅增加，不低于原設計車門，加載60N時無失穩(wěn)現(xiàn)象。

2.3.2 局部凹痕抗力

采用計算機仿真模擬計算兩種不同材料車門外板的局部凹痕抗力，計算點依然為A、B兩點，評估指標為一定外載荷下產生的凹陷深度[4]。模擬軟件采用 Abaqus v6.12，通過逐次增量加載試驗方式計算，增量為50N，計算規(guī)定外載荷（350N）下產生的凹陷深度，計算結果如表5所示。

由表5可知，外板材料為HC300/500DP的車門外板經逐量加載至350N，在不補強的情況下，A、B兩點產生的永久凹陷遠低于外板材料為HC180B的車門。局部凹痕抗力除與材料厚度、零部件幾何形狀有關外，還與材料的屈服強度有關[5]。外板材料應用HC300/500DP后，雖然厚度減薄，會導致局部凹痕抗力下降，但材料的屈服強度提高，兩者綜合作用后，HC300/500DP材料的局部凹痕抗力優(yōu)于HC180B，經局部補強后，局部凹痕抗力進一步提高。

表5 規(guī)定載荷下的凹陷深度計算結果 單位：mm

3 結論

0.6mmHC300/500DP應用于車門外板，相比原設計的0.7mmHC180B，可大幅度減輕車門外板重量，相應的單件成本也有一定程度降低。HC300/500DP材料烘烤硬化性能優(yōu)異，成形性能良好，內外板包邊后無明顯回彈，車門總成間隙和面差均滿足技術規(guī)范要求，外板抗凹剛度、起伏載荷經局部補強后，不低于原設計材料，局部凹痕抗力進一步提高。因此0.6mm HC300/500DP材料經補強優(yōu)化設計后，可以應用于車門外板。

參考文獻

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[3] 康永林,鄺霜,等.汽車用冷軋雙相鋼的生產工藝及組織性能特征[J].鞍鋼技術,2008,4∶2-6.

[4] 俞寧峰,汪承璞,李川海.汽車鋼板抗凹性試驗方法及其應用[J].鍛壓技術,2004,1∶51-53.