金屬材料入門(mén)介紹

1、1常用金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)常用金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)日期：日期：2007-10-232目錄常用鋼板牌號(hào)簡(jiǎn)介鋼板性能指標(biāo)定義XX鋼板牌號(hào)命名體系簡(jiǎn)介鋼板表面形貌對(duì)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(guò)酸洗后冷軋?jiān)偻嘶鸬玫降?。酸洗的目的為了出去氧化皮；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

2、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(hào)：、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(duì)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?xún)A向加大。加磷高強(qiáng)度鋼在組織上具有以下兩個(gè)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?chē)a(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(duì)耐蝕性的不利影響。常用牌號(hào)：B170P1，B210P1，B250P1 6烘烤硬化鋼烘烤硬化鋼 B

3、H值：鋼板在經(jīng)過(guò)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(cè)得該試樣對(duì)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(cuò)密度增加,C 、N原子向位錯(cuò)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(cuò)的擴(kuò)散加快。C、N 原子在位錯(cuò)處聚集,釘軋位錯(cuò),此時(shí)薄板再變形需要更高的屈服應(yīng)力 常用的牌號(hào)；B140H1、B180H17雙相鋼雙相鋼 雙相鋼是由鐵素體

4、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(guò)20。鋼板的強(qiáng)度主要由馬氏體的體積百分比的多少?zèng)Q定。 常用的牌號(hào)：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(guò)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(chē)座椅、橫梁等結(jié)構(gòu)件。 常用的低合金高強(qiáng)度鋼有B340LA、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、

5、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(lái)制造汽車(chē)車(chē)架、車(chē)輪、車(chē)廂及底盤(pán)和結(jié)構(gòu)件。這種鋼板經(jīng)鹽酸酸洗在線(xiàn)平整和涂油，鋼板表面光潔平整，尺寸精度高，稱(chēng)熱軋酸洗鋼板。可用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(chē)成本。熱軋板有酸洗和非酸洗兩種，但汽車(chē)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(chē)結(jié)構(gòu)用熱連軋鋼板及鋼帶。 常用牌號(hào)：SPHC、SPHD、SPHE、SAPH370、SAPH440、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

6、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(duì)焊接性能有較大影響。11車(chē)身鋼材的性能指標(biāo)車(chē)身鋼材的性能指標(biāo) 車(chē)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(zhǎng)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(guò)程中，載荷不再增加，而試樣仍繼續(xù)發(fā)生變形的現(xiàn)象，稱(chēng)為“屈服”。是永久塑性變形的開(kāi)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(zhǎng)率伸長(zhǎng)率 金屬在拉力試驗(yàn)時(shí)，試樣拉斷后，其標(biāo)距部分所增

7、加的長(zhǎng)度與原始標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比，稱(chēng)為伸長(zhǎng)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(xiàn)的斜率。其物理意義是，n值高，表示材料在成形加工過(guò)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(duì)拉延脹形非常重要。n反應(yīng)了材料開(kāi)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(kāi)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)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(kāi)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(xiàn)應(yīng)變曲線(xiàn) 材料開(kāi)始屈服以后，繼續(xù)

8、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(xiàn)來(lái)描述。因?yàn)楣こ虘?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(lái)計(jì)量，而應(yīng)變是以初始的試樣標(biāo)距長(zhǎng)度L0來(lái)度量。但實(shí)際上在變形過(guò)程的每一瞬時(shí)試樣的截面積和長(zhǎng)度都在變化，這樣，自然不能真實(shí)反映變形過(guò)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(xiàn)。15 彈性模量彈性模量 彈性模量E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(lèi)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(huì)對(duì)材料的強(qiáng)度(如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度)有顯著影響，但對(duì)材料的

9、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(cè)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(hào)以HB標(biāo)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(cè)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(lái)。

10、缺點(diǎn)：、鋼球本身變形問(wèn)題。對(duì)HB450以上的太硬材料，因鋼球變形已很顯著，影響所測(cè)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(jí)、B級(jí)和C級(jí)，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(jí)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

11、，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(gè)不得已的措施，即用選定的常數(shù)來(lái)減去所得t值，以其差值來(lái)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)。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(wèn)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(jí)測(cè)得的硬度值無(wú)法統(tǒng)一起來(lái)，無(wú)法進(jìn)行比較。19 維氏硬度的測(cè)定原理和布氏硬度相同,也是

12、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(duì)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(lái)的。采用了四方角錐，當(dāng)負(fù)荷改變時(shí)壓人角不變，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(cè)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)d0.375D時(shí)，通過(guò)此壓痕直徑作鋼球的切線(xiàn)，切線(xiàn)的夾角正好等于136。所以通過(guò)維氏硬度試驗(yàn)所得到的硬度值和通

13、過(guò)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(gè)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(cè)量壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度d時(shí)誤差小，這點(diǎn)比用布氏硬度測(cè)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。21 和布氏、洛氏硬度試驗(yàn)比較起來(lái)，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(wèn)題；也不存在洛氏那種硬度值無(wú)法統(tǒng)一的問(wèn)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(cè)試極薄件(或薄層)的硬度，這點(diǎn)只有洛氏表面硬度級(jí)才能做到。但即使在這樣的條件下，也只能在該洛氏級(jí)內(nèi)進(jìn)行比較，和其它硬度級(jí)

14、統(tǒng)一不起來(lái)。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(duì)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(lái)說(shuō)，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(guò)測(cè)量對(duì)角線(xiàn)后才能計(jì)算(或查表)出來(lái)，因此生產(chǎn)效率沒(méi)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(wú)數(shù)微觀(guān)的凸峰和凹谷組成,這些凹谷可以?xún)?chǔ)存沖壓時(shí)形成的金屬碎屑和潤(rùn)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(chē)車(chē)身的生產(chǎn)。24 麻面鋼板

15、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(duì)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(wú)序的,也是很難控制的。 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(duì)沖壓性能的影響：表面形貌對(duì)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(duì)油漆外觀(guān)質(zhì)量的影響鋼板表面形貌對(duì)油漆外觀(guān)質(zhì)量的影響 汽車(chē)車(chē)身油漆外觀(guān)的質(zhì)量一般用漆膜的鮮映性來(lái)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(guān)質(zhì)量將有明顯的差別。鋼板表面粗糙度的波動(dòng)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：優(yōu)勢(shì)： 減少零件數(shù)量和零件重量通過(guò)材料的合理選擇，降低采購(gòu)