高強鋼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

高強鋼DP780 在車身安全結構件中廣泛應用。該材料的剪切邊延展性的優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度有關。

高強鋼DP780 因其出色的比強度與比剛度，成為先進車身結構制造的首選材料之一。DP780 與其他傳統材料相比，在車身零部件成形時更多的表現為由于翻邊、擴孔等引起的邊緣局部開裂。本文旨在以車身某縱梁結構為例，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 某縱梁沖壓時出現邊裂

材料選擇

現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度有關。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。

表1 兩種DP780 化學成分(wt%)

表2 兩種材料性能對比

圖2 DP780-1 的組織照片

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據。經檢驗后，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，但擴孔率明顯優于DP780-1，與組織預測結果一致。將上述檢測結果帶入到成形仿真軟件中進行計算。計算時網格采用自適應方法求解劃分，摩擦系數設定為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，未出現開裂，且安全系數極高。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開裂，如圖8 所示，成品零件符合要求。

結論

圖4 DP780-1 的成形性仿真結果

圖5 DP780-1 的邊緣開裂概率的仿真結果

圖6 DP780-2 的成形性仿真結果

圖7 DP780-2 的邊緣開裂概率的仿真結果

圖8 試制的合格零件

⑴高強鋼剪切邊延展性的優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度有關。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，剪切邊質量的優劣也直接決定著成形的成敗。