QP980鋼低溫韌脆性能信息化分析

楊家新?郭權興?劉冰

摘 要 QP980鋼具有高強度、高塑性的特點。儀器化沖擊試驗方法是對QP980鋼在不同溫度下的沖擊韌性進行分析的可行措施。根據試驗結果，塑性變形是這一類材料的沖擊韌性的主要影響因素。本文主要從QP980鋼的力學性能入手，對這一類鋼材的低溫韌脆性能進行了分析。

關鍵詞 QB980鋼；韌脆性能；薄板沖擊試驗

1 QP980鋼的力學性能分析

QP980鋼的低溫韌脆性能與其自身的力學性能之間存在著一定的聯系。現階段我國汽車行業所使用的QP980鋼材料主要為寶鋼生產的QP鋼材料[1]。這種鋼材料的厚度為1.2mm；屈服強度為780MPa；抗拉強度為1010MPa；鋼材料的均勻延伸率為18.75。相比于傳統的高強度鋼材料，QP980鋼內部良好的微觀組織構成，也可以為其自身的力學性能提供保障。均勻的馬氏體在QP980鋼的組織成分中占有較大比重，殘余奧氏體和鐵素體也在這一類鋼材料的組織成分中占有一定比重。

2 QP980鋼的低溫韌脆性能分析

沖擊韌性是材料對外來沖擊的抵抗能力的反映。與之相關的沖擊功轉變溫度主要指的是某一類材料的韌脆轉變溫度。沖擊試驗是驗證材料韌性的一種有效方式，它可以借助擺錘撕裂試樣厚度方向的縱截面，對沖擊功的大小進行分析。在一般情況下，試驗過程中所需的材料的沖擊式樣厚度為10mm，最小厚度為2.5mm，這對一些厚度方向縱截面較小的薄板，傳統沖擊試驗模式應用于這一類材料的低溫韌性分析的可行性還需要得到驗證。

2.1 試驗方法

二次加工脆性試驗和薄板沖擊試驗是鋼材料低溫韌脆性能分析中所常用的實驗方法。根據GB/T24173-2009鋼板二次加工脆化實驗方法的要求，試驗人員需要將已經沖裁完成的圓片加工為應用于二次加工催化實驗的樣杯，但是從QP980鋼的二次加工脆化實驗效果來看，試樣上邊緣變形較大的問題的出現，表明實驗樣杯的規格已經超過了QP980鋼的成形極限。試樣上邊緣開裂問題的出現，也表明二次加工脆性實驗難以應用與QP980鋼韌脆性能的研究工作之中。

在將薄板沖擊試驗應用與QP980鋼韌脆性能研究以后，試驗人員可以借助儀器化沖擊試驗設備對薄規格的沖擊試樣進行系列溫度沖擊試驗。從具體的試驗過程來看，試樣的形狀與斷口的形貌相對正常，試驗過程中未出現因試樣過薄而引發的打擊部位翹曲的問題，因而薄板沖擊試驗在QP980鋼低溫韌脆性能試驗分析工作中具有一定的可行性。

2.2 試驗結果

在薄板沖擊試驗應用于QP980鋼韌脆性能研究以后，試驗人員可以在溫度為20℃至-80℃這一溫度區間內進行沖擊試驗。試驗過程中關注的內容涵蓋了以下內容：一是沖擊功在溫度變化過程中所產生的變化；二是側膨脹量在溫度不斷變化的情況下所表現出的變化情況；三是斷口形貌隨溫度的變化情況。針對沖壓成型過程對其低溫韌脆特性的影響，相關人員也需要對QP980鋼材進行4.5%和8.5%預拉伸處理。預拉伸處理過程具有模擬零部件成形過程的作用，在此基礎上取沖擊式樣進行系列溫度沖擊試驗，可以讓實驗人員對塑性變形過程對鋼的韌脆特性的影響進行分析。

通過對試驗結果進行分析，我們可以發現，QP980鋼在未出現預應變的情況下的常溫沖擊功為16J，在試驗溫度逐漸下降的情況下，沖擊功也表現出了逐漸下降的特點。在試驗溫度為-50℃至-60℃這一區間以內，沖擊功值約為8J，與之相關的下降斜率也高于先前的下降斜率。從能量的角度來看，20℃常溫環境下，與-90℃的溫度環境可以被視為沖擊功的省平臺和下平臺，根據沖擊韌脆轉變溫度的定義，預應變會讓QP98O鋼的沖擊韌性有所下降。預變形問題會讓QP980鋼的韌脆轉變溫度有所提升。

根據不同預應變下的沖擊曲線，未出現預應變的試樣的沖擊區縣具有起裂功低、裂紋擴展功較大和延展性強的特點。在預應變水平不斷增加的情況下，裂紋擴展功會表現出不斷減小的特點，除此以外，端口的變化趨勢與沖擊曲線的變化趨勢之間也會具有一致性的特點。溫度變化情況與斷口脆性面積之間存在著一種近似于正相關的關系。沖擊曲線，沖擊斷口和沖擊功之間所表現出來規律性具有一致性的特點。

3 預應變導致材料韌性下降的原因分析

根據前文論述，預應變問題會導致QP980鋼出現韌脆性能下降的問題，這一問題的產生原因主要表現在了以下幾個方面：第一，在預應變效應的影響下，材料減薄現象的出現，會讓材料的厚度有所降低，近而讓試樣實際承受載荷的面積有所降低。橫截面積的變化也可以被看作是導致沖擊韌性下降的重要因素。第二，預應變會讓材料內部出現加工硬化和相變硬化現象，由此而導致的組織內部應力集中問題，會讓材料在外加動態載荷的影響下，出現沖擊功減小的問題。第三，QP980鋼自身因素也是導致韌性下降的主要因素。在預應變過程中，奧氏體向馬氏體的轉變，可以讓材料保持良好的沖擊性能；但是在組織內的奧氏體全部轉變為馬氏體以后，材料仍然會表現出韌性下降的問題。

4 結束語

根據QP980鋼低溫韌脆性能分析結果。溫度變化情況與斷口脆性面積之間存在著一種近似于正相關的關系。沖擊曲線，沖擊斷口和沖擊功之間所表現出來規律性具有一致性的特點。預應變問題也會讓QP980鋼韌脆性能有所下降。

參考文獻

[1] 呂超，陳新平.超高強QP980鋼沖壓成形性能[J].精密成形工程，2017，9（06）：1-5.