常用金屬材料基礎(chǔ)知識

1、1 常用金屬材料基礎(chǔ)知識常用金屬材料基礎(chǔ)知識 日期：日期：2007-10-23 2 目錄 1. 常用鋼板牌號簡介 2. 鋼板性能指標(biāo)定義 3. XX鋼板牌號命名體系簡介 4. 鋼板表面形貌對沖壓成型的影響 3 鋼板生產(chǎn)工藝流程 4 冷連軋低碳鋼板 冷軋板是由熱軋板經(jīng)過酸洗后冷軋?jiān)偻嘶鸬玫降摹Ｋ嵯吹哪康?為了出去氧化皮；熱軋后再冷軋的目的是使晶粒進(jìn)一步變小， 組織更加緊密，從而塑性好，強(qiáng)度高；退火目的是去除內(nèi)應(yīng) 力，減少鋼的化學(xué)成分及組織的不均勻性，增加材料可塑性。 冷軋板在常溫下的金相組織由合金固溶鐵素體和少量合金滲 碳體組成。（鐵素體是碳溶解在Fe的體心立方晶胞中的固溶 體，合金固溶鐵素體是

2、指合金元素溶解在鐵素體中；滲碳體 是Fe和C的穩(wěn)定化合物，合金滲碳體是合金元素與滲碳體形成 穩(wěn)定的化合物） 常用的牌號：、 、 5 加磷高強(qiáng)鋼 冷軋高強(qiáng)度鋼板主要用磷強(qiáng)化,這是由于磷的 強(qiáng)化能力很強(qiáng),約為硅的7倍,錳的10倍。只要鋼中 磷含量0.12%,其對鋼的冷脆性影響甚微，還應(yīng)當(dāng) 指出,隨著鋼中含碳量增加,磷的冷脆性傾向加大。 加磷高強(qiáng)度鋼在組織上具有以下兩個特點(diǎn)： 1)磷屬于置換固容強(qiáng)化,當(dāng)磷原子置換鐵原子時(shí),在磷 原子周圍產(chǎn)生彈性形變,引起晶格位移,從而使鋼強(qiáng) 化。 2)磷有利于在鋼板表內(nèi)層形成致密的保護(hù)層,提高了 鋼板的耐腐蝕性能，其耐蝕性提高15%30%，可 以彌補(bǔ)高強(qiáng)度鋼板減薄對

3、耐蝕性的不利影響。 常用牌號：B170P1，B210P1，B250P1 6 烘烤硬化鋼烘烤硬化鋼 BH值：鋼板在經(jīng)過2%的預(yù)應(yīng)變后放置在1705 度的溫度下保持20分鐘，然后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測 得該試樣對2%預(yù)應(yīng)變時(shí)應(yīng)力的增加值。一般為 30MPa。烘烤溫度提高,BH值增加,烘烤溫度在280 時(shí)BH值達(dá)到最大值。XX公司涂裝的烘烤溫度 最高間在18010度。 烘烤鋼的機(jī)理：有間隙固溶原子C 、N的退火狀態(tài) 薄板經(jīng)變形后導(dǎo)致基體內(nèi)位錯密度增加,C 、N原 子向位錯擴(kuò)散的距離縮短,隨著高溫時(shí)效處理（如 烤漆溫度處理）,提高了C、N原子擴(kuò)散的熱激活能, 促使其向位錯的擴(kuò)散加快。C、N 原子在位錯處聚

4、集,釘軋位錯,此時(shí)薄板再變形需要更高的屈服應(yīng)力 常用的牌號；B140H1、B180H1 7 雙相鋼雙相鋼 雙相鋼是由鐵素體和馬氏體兩相組織構(gòu)成 的鋼板，馬氏體彌散分布在鐵素體基體上， 馬氏體的體積百分比一般不超過20。鋼 板的強(qiáng)度主要由馬氏體的體積百分比的多 少決定。 常用的牌號：DP600、DP800。 8 低合金高強(qiáng)鋼低合金高強(qiáng)鋼 低合金高強(qiáng)度鋼是在低碳鋼中添加少量的 Ni或Ti等合金元素(總量不超過3%)，使其與 C、N等元素形成碳化物、氮化物并在鐵素 體基體上析出從而提高鋼的強(qiáng)度。這種鋼 具有良好的成形性能和較高的強(qiáng)度，主要 用于汽車座椅、橫梁等結(jié)構(gòu)件。 常用的低合金高強(qiáng)度鋼有B340

5、LA、 B410LA、B280VK(寶鋼)等。 9 熱軋酸洗鋼板熱軋酸洗鋼板 熱軋板指在溫度t800時(shí)軋制而成的晶粒較冷軋板粗 大、含碳量較冷軋板高、塑性較冷軋板差的鋼板。其生產(chǎn) 流程短，成本低，主要是用來制造汽車車架、車輪、車廂 及底盤和結(jié)構(gòu)件。這種鋼板經(jīng)鹽酸酸洗在線平整和涂油， 鋼板表面光潔平整，尺寸精度高，稱熱軋酸洗鋼板?？捎?它代替部分冷軋鋼板生產(chǎn)結(jié)構(gòu)件和深沖件，以降低汽車成 本。熱軋板有酸洗和非酸洗兩種，但汽車用熱軋板一般采 用酸洗板。熱軋板按照成形特點(diǎn)分為冷成形用熱連軋鋼板 及鋼帶、汽車結(jié)構(gòu)用熱連軋鋼板及鋼帶。 常用牌號：SPHC、SPHD、SPHE、SAPH370、SAPH440

6、、 10 鍍鋅鋼板鍍鋅鋼板 主要分為電鍍鋅鋼板和熱鍍鋅鋼板，目前 XX公司用的鍍鋅鋼板都是熱鍍鋅鋼板，原 因是熱鍍鋅的成本比較低。是鍍純鋅的。 鍍純鋅的耐蝕性好。 熱鍍鋅鋼板的成本要比基板的價(jià)格高出800 元/噸。熱鍍鋅鋼板的鍍層又分為純鋅和鋅- 鐵合金。鍍鋅鋼板對焊接性能有較大影響。 11 車身鋼材的性能指標(biāo)車身鋼材的性能指標(biāo) 車身鋼材常用的基本性能指標(biāo)有： 屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長率、應(yīng)變強(qiáng)化 指數(shù)n，即加工硬化指數(shù) 塑性應(yīng)變比r值，即寬度方向和厚度方向的 變化比值 彈性模量E 硬度 12 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 金屬試樣在靜拉力（5mm/min）試驗(yàn)過程中， 載荷不再增加，而試樣仍繼續(xù)發(fā)生變形

7、的 現(xiàn)象，稱為“屈服”。是永久塑性變形的 開始。 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 金屬試樣在拉力試驗(yàn)時(shí)，拉斷前所能承受 的最大應(yīng)力，單位為MPa。 13 伸長率伸長率 金屬在拉力試驗(yàn)時(shí)，試樣拉斷后，其標(biāo)距部分所 增加的長度與原始標(biāo)距長度的百分比，稱為伸長 率。 應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)n 鋼材在拉伸中實(shí)際應(yīng)力（縱軸）應(yīng)變（橫軸） 曲線的斜率。其物理意義是，n值高，表示材料在 成形加工過程中變形容易傳播到低變形區(qū)，而使 應(yīng)變分布較為均勻，減少局部變形集中現(xiàn)象，因 此n值對拉延脹形非常重要。n反應(yīng)了材料開始屈 服以后，繼續(xù)變形時(shí)材料的應(yīng)變硬化情況，它決 定了材料開始發(fā)生頸縮時(shí)的最大應(yīng)力。 14 塑性應(yīng)變比塑性應(yīng)

8、變比r值值 r值表示鋼板拉伸時(shí)，寬度方向與厚度方向應(yīng)變比之比值。 r值越大，表示鋼板越不易在厚度方向變形（越不容易開 裂），深沖性越好。值是表征深沖性的重要指標(biāo)。 真實(shí)應(yīng)力真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 材料開始屈服以后，繼續(xù)變形將產(chǎn)生加工硬化。但材料的 加工硬化行為，不能用工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線來描述。因?yàn)?工程應(yīng)力=F/A,工程應(yīng)變L/L0 。應(yīng)力的變化是以不變 的原始截面積來計(jì)量，而應(yīng)變是以初始的試樣標(biāo)距長度L0 來度量。但實(shí)際上在變形過程的每一瞬時(shí)試樣的截面積和 長度都在變化，這樣，自然不能真實(shí)反映變形過程中的應(yīng) 力和應(yīng)變的變化，而必須采用真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。 15 彈性模量彈性模量 彈性模量E

9、表示材料在外載荷下抵抗彈性變形的能 力。鋼鐵的彈性模量一般為，不同 類型的材料，其彈性模量可以差別很大。材料的 彈性模量主要取決于結(jié)合鍵的本性和原子間的結(jié) 合力，改變材料的成分和組織會對材料的強(qiáng)度(如 屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度)有顯著影響，但對材料的剛 度影響不大。 例如鐵(鋼)的彈性模量為210GPa，是鋁(鋁合金)的 三倍(EAl70GPa)。彈性模量是和材料的熔點(diǎn)成正 比的，越是難熔的材料彈性模量也越高。 16 布氏硬度 a. 布氏硬度試驗(yàn)的基本原理 布氏硬度的測定原理是：在直徑D的鋼珠上，加一定負(fù)荷 P，壓入被試金屬的表面，根據(jù)金屬表面壓痕的陷凹面積F 凹計(jì)算出應(yīng)力值。布氏硬度的符號以HB標(biāo)

10、計(jì)。 b. 布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍 優(yōu)點(diǎn)：代表性全面，因?yàn)槠鋲汉勖娣e較大，能反映金屬表 面較大體積范圍內(nèi)各組成相綜合平均的性能數(shù)據(jù)，故特別 適宜于測定灰鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶?；虼执蠼M成 相的金屬材料。試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，試驗(yàn)數(shù)據(jù)從小到大都可以 統(tǒng)一起來。 缺點(diǎn)：、鋼球本身變形問題。對HB450以上的太硬材 料，因鋼球變形已很顯著，影響所測數(shù)據(jù)的正確性，因此 不能使用。 、不宜于某些表面不允許有較大壓痕的成品檢驗(yàn)，也不 宜于薄件試驗(yàn)。 17 洛氏硬度值的規(guī)定 生產(chǎn)上用得最多的是A級、B級和C級，即HRA(金鋼石圓 錐壓頭、60kgf負(fù)荷)，HRB(1/16鋼球壓頭、100kgf負(fù)荷) 和

11、HRC(金鋼石圓錐壓頭、150kgf負(fù)荷)，而其中又以HRC 用得最普遍。 因?yàn)槁迨嫌捕仁且詨汉巯莅忌疃萾作為計(jì)量硬度值的指標(biāo)。 在同一硬度級下，金屬愈硬則壓痕深度t愈小，愈軟則t愈 大。如果直接以t的大小作為指標(biāo)，則將出現(xiàn)硬金屬t值小 從而硬度值小，軟金屬的t值大從而硬度值大的現(xiàn)象，這 和布氏硬度值所表示的硬度大小的概念相矛盾，也和人們 的習(xí)慣不一致。為此，只能采取一個不得已的措施，即用 選定的常數(shù)來減去所得t值，以其差值來標(biāo)志洛氏硬度值。 此常數(shù)規(guī)定為0.2mm(用于HRA、HRC)和0.26mm (用于 HRB)。 18 洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn) 洛氏硬度試驗(yàn)避免了布氏硬度試驗(yàn)所存在的缺點(diǎn)。

12、 它的優(yōu)點(diǎn)是： 1)因有硬質(zhì)、軟質(zhì)兩種壓頭，故適于各種不同硬 質(zhì)材料的檢驗(yàn)，不存在壓頭變形問題； 2)壓痕小，不傷工件表面； 3)操作迅速，立即得出數(shù)據(jù)，生產(chǎn)效率高，適用 于大量生產(chǎn)中的成品檢驗(yàn)。 缺點(diǎn)是：用不同硬度級測得的硬度值無法統(tǒng)一起 來，無法進(jìn)行比較。 19 維氏硬度的測定原理和布氏硬度相同,也是 根據(jù)單位壓痕陷凹面積上承受的負(fù)荷，即 應(yīng)力值作為硬度值的計(jì)量指標(biāo)。所不同的 是維氏硬度采用錐面夾角為136的四方角 錐體，由金鋼石制成。之所以采用四方角 錐，是針對布氏硬度的負(fù)荷P和鋼球直徑D 之間必須遵循P/D2為定值的這一制約關(guān)系 的缺點(diǎn)而提出來的。采用了四方角錐，當(dāng) 負(fù)荷改變時(shí)壓人角不

13、變，因此負(fù)荷可以任 意選擇，這是維氏硬度試驗(yàn)最主要的特點(diǎn)， 也是最大的優(yōu)點(diǎn)。 20 四方角錐之所以選取136，是為了所測數(shù)據(jù)與 HB值能得到最好的配合。因?yàn)橐话悴际嫌捕仍囼?yàn) 時(shí)，壓痕直徑d多半在0.25D到0.5D之間，當(dāng)d 0.375D時(shí)，通過此壓痕直徑作鋼球的切線，切線 的夾角正好等于136。所以通過維氏硬度試驗(yàn)所 得到的硬度值和通過布氏硬度試驗(yàn)所得到的硬度 值能完全相等，這是維氏硬度試驗(yàn)的第二個特點(diǎn)。 此外，采用四方角錐后，壓痕為一具有清晰輪廓 的正方形，在測量壓痕對角線長度d時(shí)誤差小，這 點(diǎn)比用布氏硬度測量圓形的壓痕直徑d要方便得多。 還有，采用金鋼石制壓頭可適用于試驗(yàn)任何硬質(zhì) 的材料

14、。 21 和布氏、洛氏硬度試驗(yàn)比較起來，維氏硬度試驗(yàn) 具有許多優(yōu)點(diǎn)。它不存在布氏那種負(fù)荷P和壓頭直 徑D的規(guī)定條件的約束，以及壓頭變形問題；也 不存在洛氏那種硬度值無法統(tǒng)一的問題。而它和 洛氏一樣可以試驗(yàn)任何軟硬的材料，并且比洛氏 能更好地測試極薄件(或薄層)的硬度，這點(diǎn)只有洛 氏表面硬度級才能做到。但即使在這樣的條件下， 也只能在該洛氏級內(nèi)進(jìn)行比較，和其它硬度級統(tǒng) 一不起來。此外洛氏由于是以壓痕深度為計(jì)量指 標(biāo)，而壓痕深度總比壓痕寬度要小些，故其相對 誤差也越大些。因此，洛氏硬度數(shù)據(jù)不如布氏、 維氏穩(wěn)定，當(dāng)然更不如維氏精確。 22 總的來說，維氏硬度試驗(yàn)具有另外兩種試驗(yàn) 的優(yōu)點(diǎn)而摒棄了它們的

15、缺點(diǎn)，此外還有它 本身突出的特點(diǎn)負(fù)荷大小可任意選擇。 唯一的缺點(diǎn)是硬度值需通過測量對角線后 才能計(jì)算(或查表)出來，因此生產(chǎn)效率沒有 洛氏高。 23 鋼板表面狀況介紹 麻面鋼板定義：麻面鋼板定義： 麻面鋼板表面由無數(shù)微觀的凸峰和凹谷組 成,這些凹谷可以儲存沖壓時(shí)形成的金屬碎 屑和潤滑油，因而麻面鋼板比光面鋼板具 有更好的抗擦傷性能和成形性能，目前麻 面鋼板已廣泛用于汽車車身的生產(chǎn)。 24 麻面鋼板生產(chǎn)工藝：麻面鋼板生產(chǎn)工藝： 將平整輥用噴丸、激光等三種方法加工成 表明毛化的平整輥，然后用毛化的平整輥 對冷軋退火的鋼板進(jìn)行平整就得到了麻面 鋼板。 噴丸毛化的平整輥的表面形貌是隨機(jī),無序 的,也是

16、很難控制的。 激光毛化的平整輥的表面形貌是有規(guī)律的, 也是可以控制的。 25 表面形貌對沖壓性能的影響：表面形貌對沖壓性能的影響： 激光毛化低粗糙度的沖壓成型性能最好，激光毛 化高粗糙度的次之,噴丸毛化鋼板的成形性能最差. 鋼板表面形貌對油漆外觀質(zhì)量的影響鋼板表面形貌對油漆外觀質(zhì)量的影響 汽車車身油漆外觀的質(zhì)量一般用漆膜的鮮映性 來表示,而漆膜鮮映性鮮映性又受面漆的性能,面漆的涂裝 條件和鋼板表面形貌的影響。 鋼板表面形貌相差特別大時(shí)(如冷軋光面鋼板表 面粗糙度為0.15um,激光毛化高粗糙度鋼板粗糙度 為1.89um)油漆后的外觀質(zhì)量將有明顯的差別。鋼 板表面粗糙度的波動范圍為0.72一1.26um,油漆后 的漆膜遮蓋了幾乎所有鋼板表面形貌的差別. 26 激光拼焊 激光拼焊：激光拼焊：