汽車用鋼板極限尖冷彎性能測試及評價規(guī)范

1、有修改單）適用于本文件。有修改單）適用于本文件。GB/T1.1-2016寫規(guī)則SAE-ChinaJ2203-2013SAE-ChinaJ2204-2013SAE-ChinaJ2206-2013GB/T16826-2008JJG139-2014JJG157-2008JJG475-2008GB/T2975-2018備VDA238-100-2017GB/T14452-1993GB/T8170-2008汽車用鋼板極限尖冷彎性能測試及評價規(guī)范1范圍本規(guī)范規(guī)定了汽車用鋼板極限尖冷彎性能測評原理、相關參量名、符號和單位、試樣、實驗環(huán)境、實驗設備、實驗過程、數(shù)據(jù)處理和報告內容要求等方面。適用于測試抗拉強度大于

2、780MPa的各類汽車用鋼板的極限尖冷彎角。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本技術規(guī)范的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所規(guī)范化工作導則_第1部分：規(guī)范的結構和編汽車用冷軋鋼板和鋼帶汽車用冷軋熱鍍鋅鋅鐵合金鋼板和鋼帶汽車熱沖壓成形用超高強度鋼板及鋼帶電液伺服萬能實驗機拉力、壓力和萬能實驗機非金屬拉力、壓力和萬能實驗機檢定規(guī)程電子式萬能實驗機檢定規(guī)程鋼及鋼產(chǎn)品力學性能實驗取樣位置及試樣制Platebendingtestformetallicmaterials金屬彎曲力學性能實驗方法數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定3實驗原

3、理實際車輛安全事故過程中，碰撞零件變形部位多呈凹陷或折疊變形，變形（特別是折疊變形）最大位置材料呈平面應變狀態(tài)，采用傳統(tǒng)的金屬材料彎曲性能實驗手段，難以測定該變形狀態(tài)下板材的斷裂韌性。本規(guī)范針對抗拉強度大于780MPa的各類汽車用鋼板，采用匹配特殊工裝的力學性能測試設備，對試樣施加持續(xù)彎曲載荷，直至載荷越過峰值并呈顯著降低（至峰值的10%）或試樣出現(xiàn)開裂時結束，獲得全加載過程中彎曲載荷力與試樣加載部位位移量之間的變化曲線，并通過參數(shù)計算或儀器測量得到試樣的極限尖冷彎角（附錄A）,以此作為汽車制造業(yè)評價超高強汽車用鋼板安全服役斷裂韌性的一項重要性能指標。符號、名稱和單位本規(guī)范所涉相關參量符號的名

4、稱，單位見表1表1符號名稱及其單位符號名稱單位F載荷力kNS壓頭位移mmD輥輪直徑mmL輥輪間距mmt標稱試樣厚度mmto實際試樣厚度mmw預拉伸試樣寬度mmb測試試樣寬度mmIt預拉伸試樣長度mmle標距長度mm自由夾持長度mml測試試樣長度mmr壓頭半徑mmac計算極限尖冷彎角a0光學測量極限尖冷彎角a機械測量極限尖冷彎角P加載角（附錄A）上述部分參數(shù)在實驗過程中的具體反映如圖1。圖1極限尖冷彎實驗相關參數(shù)示例實驗環(huán)境除特殊需求外，本規(guī)范實驗應在室溫、1個大氣壓環(huán)境下進行，特殊環(huán)境條件下的實驗應在報告中注明相關環(huán)境參數(shù)。若需低溫環(huán)境，實驗前需將試樣置于專用設備中進行低溫處理，其應能提供實驗

5、所要求的低溫條件及放置空間，量程及控溫精度等參數(shù)應滿足相關標準要求，并進行定期檢定。冷卻介質應選用無毒、安全、無腐蝕且在實驗溫度下不凝固的液體或氣體。低溫實驗前首先應確保冷卻設備的低溫槽內擁有適當?shù)睦鋮s介質，隨后接通冷源降溫，待達到指定溫度后，將試樣置于低溫槽均溫區(qū)進行冷卻，若有多件試樣應確保各試樣之間保持適當?shù)木嚯x，保證試樣與冷卻介質充分接觸，試樣取放工具推薦與試樣一起在同一溫度下冷卻，其余操作流程及參數(shù)設定均按照設備使用要求執(zhí)行。試樣應在指定低溫條件下保持足夠長的時間，以保證試樣充分冷卻并溫度均勻。保溫時間可按照低溫實驗設備使用要求執(zhí)行，也可由實驗人員根據(jù)低溫實驗設備性能自行確定。本規(guī)范推

6、薦若采用液體冷卻介質時，冷卻時間不少于5分鐘，若采用氣體介質時，冷卻時間不少于20分鐘，冷卻時間應在設備達到指定溫度并穩(wěn)定后開始計算。冷卻過程中液體和氣體冷卻介質的溫度波動應分別控制在1和1.5之內。達到規(guī)定冷卻時間后，應將試樣移出設備并立即進行實驗。實驗設備及工裝1）實驗推薦在電液伺服萬能實驗機或其他具備力加載功能的設備上完成，設備精確度應確?？诩墸虞d力示值相對誤差1%）o2）設備應能在本規(guī)范規(guī)定的加載速率范圍內保證加載力的輸出平穩(wěn)，無振動和沖擊現(xiàn)象發(fā)生，系統(tǒng)剛度要求參照GB/T16826執(zhí)行。3）實驗機應配備載荷和位移的數(shù)據(jù)采集、記錄和顯示系統(tǒng)，如傳感器、編碼器、工控計算機（含數(shù)據(jù)顯示軟

7、件）、撓度計配件等，相關器件分辨率應滿足精度要求。實驗中應能夠同步顯示彎曲載荷力、位移值、加載速度、實驗狀態(tài)、數(shù)據(jù)曲線等，且具有限位、過載自動保護、試樣斷裂自動停機等功能。4）實驗設備應定期參照JJG139、JJG157、JJG475等檢定規(guī)程進行校驗，以保證實驗設備精度滿足本規(guī)范實驗要求。5）若采用非接觸式光學測量儀、機械式角度測量儀等其他相關設備儀器進行極限尖冷彎角測量，其應滿足對應的國/行/企標技術要求。6）實驗設備的支撐底座、支撐輥輪、壓頭等工裝組成部分均應進行熱處理，表面硬度應達到一般冷作模具鋼52-60HRC的水平且不低于試樣表面硬度，表面粗糙度Ra不大于0.8pm。7）兩端支撐輥

8、輪直徑D均為30mm,應確保兩輥輪之間的直徑差不大于標稱直徑值的0.5%，輥輪柱軸線長度應不小于壓頭加載棱邊及試樣寬度b。8）兩支撐輥輪間的距離應為可調整,間距調整可利用實驗設備底座等部位自帶的距離刻度標記,若沒有則應在工裝上設計刻度標記,其最小刻度單位推薦為0.5mm。9）應確保實驗用加載壓頭的棱邊長度大于60mm,且應大于試樣寬度b,典型壓頭結構如圖2所示。10）針對支撐輥輪和壓頭，可根據(jù)長期使用需求，確定是否進行表面防銹處理，但應確保防銹處理后工裝表面硬度及其粗糙度仍滿足6）點要求。備注：支撐底座及所選用的其他配件（如螺釘）結構、尺寸規(guī)格等，本規(guī)范不做硬性要求，可根據(jù)實際實驗需求，在滿足

9、上述各項要求前提下自行確定。試樣要求1）試樣可通過在零件產(chǎn)品或供貨態(tài)板材上獲得，來料的處理工藝（如熱軋、冷軋）及零件的加工狀態(tài)（如噴丸、油漆）在本規(guī)范中不做硬性規(guī)定。應盡量保證來料與試樣的狀態(tài)相一致，若不一致則應在報告中注明來料及試樣的狀態(tài)信息冷成形板料的技術要求推薦參照SAE-ChinaJ2203或SAE-ChinaJ2204執(zhí)行；熱成形板料的技術要求推薦參照SAE-ChinaJ2206執(zhí)行；若來料為零件，則本規(guī)范中無硬性規(guī)定。2）板材來料需取樣進行預拉伸變形處理，而后在預變形試樣上進一步取樣獲取正式的測試試樣（零件來料直接取樣，無需預變形）。若無特殊需求，本規(guī)范預拉伸試樣外觀統(tǒng)一為矩形規(guī)格

10、，且應確保其任一邊應與板材的軋制方向平行，若有特殊需求按照其他方向進行取樣，應在實驗報告中注明。此外，預變形試樣的取樣應避開來料表面所有存在可見裂紋等缺陷的區(qū)域。備注：熱成形板料樣品無需進行預拉伸處理（附錄B）。3）本規(guī)范針對預變形試樣，推薦采用以下尺寸規(guī)格：a類：長（lt）290mmx寬（w）70lmm；b類：長（lt）360mmx寬（w）70lmm。備注：可根據(jù)試樣數(shù)量、尺寸規(guī)格、加工便利性等選擇a或b類取樣方式。4）材料預拉伸變形處理的相關參數(shù)如圖3所示。經(jīng)預拉伸變形處理后，在標距范圍內切取測試試樣；一標距長度（1）：100mm；e一自由夾持長度（f）：160mm（a類），230mm（b

11、類）；一預拉伸應變量：10%；一預拉伸應變率：0.0025s-1。圖3預拉伸變形示意圖5）若無特殊要求，本規(guī)范推薦測試試樣規(guī)格為長（1）60mmx寬（b）60mm；若需采用其他長寬尺寸規(guī)格的試樣，應確保試樣寬度b不能超過壓頭加載棱邊的長度，試樣長度1應大于兩端輥輪間距L+輥輪直徑D。6）零件上取樣無需按2）-4）流程實施，直接按照長（1）60mmx寬（b）60mm取樣即可；若受板料或零件尺寸限制，難以按指定尺寸規(guī)格要求進行取樣，試樣寬度b可按取樣部位基體厚度的20倍計。7）板材取樣的尺寸及形狀公差參照GB/T14452要求執(zhí)行；零件取樣的尺寸及形狀公差按照GB/T14452要求執(zhí)行，對其他不作

12、硬性規(guī)定。8）推薦采用線切割或激光切割取樣，若采取其他加工方式，應確保不會對試樣基體組織構成影響。9）應對試樣沿寬兩邊端面去毛刺及45倒角處理，推薦倒角寬度0.5mm，邊緣存在可見裂紋的試樣應視為廢品樣。10）同一批實驗試樣應盡量在同一零件或同一批次處理板材上取樣獲得，若在不同零件或不同批次處理板材上取樣，應在報告中注明零件或板料批次等信息。11）針對試樣表面有氧化皮的情況，應采用砂紙研磨或噴砂等方式去除氧化皮后方可進行實驗；針對試樣表面存在脫碳層或各類鍍層的情況，可根據(jù)實際技術需求確定保留或去除，若保留則須記錄表面脫碳層或鍍層厚度。12）其他取樣要求參照GB/T2975規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。備注：針

13、對試樣制備要求的補充性說明請見附錄B。實驗過程1）按規(guī)定開啟實驗設備，并進行設備狀態(tài)確認。2）彎曲加載工裝的安裝。設定輥輪間距L為2xt+0.5（mm），輥輪間距值公差為+0.1mm/-0.0mm；兩輥輪柱的軸心線至壓頭加載棱邊的水平距離應相等，偏差不大于0.5%x（L+D）/2；實驗中兩端支撐輥輪不應阻礙試樣的移動；實驗中兩端支撐輥輪柱應能圍繞其縱向軸心線自由轉動，但其軸線相對于支撐底座不能發(fā)生相對位移；應確保壓頭加載方向垂直于兩輥輪柱軸線所在的平面；應確保壓頭兩端不超出支撐輥輪兩端所在的平面范圍；應確保兩端輥輪軸線平行，且兩者形成的平面應為水平面；應確保壓頭加載棱邊線與輥輪軸線平行。3）壓

14、頭尺寸參數(shù)參照表1執(zhí)行。表1壓頭尺寸規(guī)格選擇示例1尖角角度812邊寬度2mm0.1mm3尖角半徑r0.4mm0.1mm114邊高度10mmX尖角半徑5壓頭高度55mm4）工裝剛度測試。手動或自動啟動壓頭向下移動直至與支撐輥輪接觸，繼續(xù)驅動壓頭向下運動，直至加載力達到設定值3000N結束，當實際加載力達到設定值30%，60%和100%時，采用游標卡尺或其它專業(yè)測量工具測量支撐輥輪間距L,并與加載前的間距值進行對比，當上述三種情況下輥輪間距L增加量均小于0.1mm時，則認為工裝整體剛度合格，滿足實驗要求，否則應采用諸如進一步緊固相關工裝配件（如增大螺釘擰緊力）等措施，提升系統(tǒng)剛度直至滿足上述要求。

15、備注：為方便操作，也可以利用專用測量儀器，通過檢測兩端輥輪最大間距（初始間距為2D+L）的變化量來評估設備剛度（圖4），合格與否的判定依據(jù)同上。If16O%X3（M）ON100%X3000NcrU9C12D+L也W0mm圖4系統(tǒng)剛度測試示意圖5）試樣表面處理。應去除試樣表面各類污垢及銹跡；針對存在表面氧化層的試樣，應采用砂紙研磨或噴砂等方式去除表面氧化層直至完全顯現(xiàn)光亮的基體面，重新標注出軋向及1/2長度線，并測量出此時試樣的實際厚度t0（去除氧化層過程中應盡量確保試樣各部位厚度均勻）；針對表面脫碳層或鍍層，根據(jù)實驗要求確定去除或保留，若保留須記錄其厚度值。6）試樣放置。將試樣置于兩端支撐輥輪

16、上，使試樣軋向與壓頭加載棱邊之間呈垂直或平行狀態(tài)。啟動壓頭向下運動至加載棱邊剛好與試樣表面接觸，再微調試樣位置，使試樣1/2長度線與壓頭加載棱邊呈完全重合狀態(tài)。備注：若實驗前對試樣有測試面要求，則應將該面置于與輥輪接觸一側；此外本規(guī)范若無特殊需求，則默認為試樣軋向與加載壓頭棱邊向垂直（卩=90。）或平行（p=0）（圖5）,若為特殊方向取樣試樣（3=090）,加載位向關系由實驗雙方協(xié)商確定。試捋試樣扛邊圖試捋試樣扛邊圖5典型極限尖冷彎性能測試加載位向關系示例7）試樣預加載力。調整好試樣與工裝之間的相對位置后，對試樣施加30N的預加載力。8）極限尖冷彎實驗。設置壓頭加載速率為20mm/min,啟動

17、設備對試樣進行連續(xù)彎曲加載，實時采集加載部位的位移與加載力數(shù)據(jù)（位移量也可采用諸如撓度計等）,同步生成載荷力-位移曲線；若用非接觸式光學測量儀器測量試樣加載部位位移或應變,相關操作流程及要求應參照相關儀器廠商產(chǎn)品使用說明執(zhí)行；當試樣彎曲載荷力-位移曲線上載荷力降低到峰值的10%左右時或者試樣出現(xiàn)可見裂紋,即可停止實驗。9）實驗結束。手動或自動驅動壓頭使其與試樣分離,并取走試樣,按照上述流程1）8）重復下一次實驗。備注：針對低溫試樣實驗,應確保試樣從低溫處理箱中取出至開始實驗的時間間隔不得超過30秒,且在試樣轉移過程中應盡量避免任何可能引發(fā)試樣溫度波動的情況出現(xiàn)。實驗數(shù)據(jù)處理1）當出現(xiàn)以下情況時

18、,實驗結果為有效：如圖6（a）,載荷-位移曲線應包括初始加載、峰值、載荷降低至峰值載荷力10%水平的各變形階段，且無9-2）節(jié)提及的任一情況。2）當出現(xiàn)以下情況時，實驗結果為無效：未按本規(guī)范相關流程技術要求（如未按要求進行試樣準備、工裝裝配或相關實驗參數(shù)設置等）進行實驗時，結果無效；如圖6（b）,載荷-位移曲線出現(xiàn)鋸齒狀波動時，應考慮可能是由于試樣表面嚴重不平或粗糙度過大等原因造成的，結果無效；載荷-位移曲線出現(xiàn)載荷力突變增大時，應考慮可能是由于兩端支撐輥輪最小間距設置過小，難以滿足試樣的自由彎曲變形要求，導致試驗過程中輥輪、變形試樣共同對壓頭運動產(chǎn)生了額外阻力所造成的，結果無效；一如圖6（c

19、）,載荷-位移曲線不完整（判定規(guī)范參照8-10）執(zhí)行），結果無效。3I-3I-a）有效曲線示例（b）無效曲線示例：曲線波動（c）無效曲線示例：曲線不完整圖6載荷-位移曲線對比示例3）計算極限尖冷彎角ac（圖7）：首先直接從曲線上獲得峰值載荷力對應c的壓頭位移量值。結合工裝及試樣參數(shù)（參照第4節(jié)），利用式（1）（5）計算求得極限尖冷彎角ac（附錄C）。c圖7極限尖冷彎角ac測量示意圖c.apxc+Wx(S一c)sinc=2p2+(S-c)21)aWxp+cx(S一c)cosc=2p2+(S一c)22)W二yp2+(Sc)2C23)4)DL+225)機械測量極限尖冷彎角a實驗結束后使壓頭回復至初始

20、位置，從工裝上取下試樣，采用專業(yè)角度測量工具測試得到極限尖冷彎角a(圖8)。圖8機械測量極限尖冷彎角a測試過程示例5）光學測量極限尖冷彎角a0：如圖9所示，利用DIC實時監(jiān)測試樣彎曲變形的全過程，基于試樣動態(tài)彎曲變形圖像和散斑變化，得到全過程的冷彎角。通過DIC開放式接口與萬能實驗機之間的配合使用，可得到彎曲載荷力與彎曲角度之間的對應關系，峰值載荷力對應的彎曲角即為極限尖冷彎角a0。利用此類方式，還可測得加載部位的彎曲應變等其它物理量，可滿足更為多樣化的實驗需求。補光設備彎曲壓頭攝像機補光設備彎曲壓頭攝像機支撐架圖9光學測量極限尖冷彎角a0測試過程示例6）正常情況下，每種牌號的材料需重復的實驗

21、次數(shù)推薦為3-5次。7）針對上述測試過程中涉及的數(shù)據(jù)處理規(guī)則，參照GB/T8170執(zhí)行。備注：極限尖冷彎角的獲取方式，可根據(jù)需求，選用上述3）5）中的任意一種或幾種方法獲取。報告要求按照本規(guī)范實驗得出的報告應包括以下必要性內容：1）來料基本信息：產(chǎn)品名稱、標稱厚度t、狀態(tài)（軋制方式、熱處理方式、表面鍍層信息等）。2）實驗環(huán)境條件。3）實驗設備名稱、型號、規(guī)格、主要設備參數(shù)、設備外觀照片（含工裝）4）試樣尺寸規(guī)格、實驗數(shù)量、預處理方式、實驗前后實物外觀照片。5）實驗參數(shù)：加載速率、輥輪間距、加載角（附錄A）。6）實驗步驟及過程要求。7）實驗結果：每件試樣的實際厚度、峰值載荷力、峰值載荷力對應的位

22、移值、極限尖冷彎角及力-位移全曲線示例。8）根據(jù)要求需要實驗方提供的其他實驗結果。備注：報告模板參考見附錄D。附錄A圖1汽車用鋼板極限尖冷彎角表征示意圖甘飩率丈去轉ofc匝審増曲昭EH石徒移Cmu)h:1EDOO-14WD-12M0-甘飩率丈去轉ofc匝審増曲昭EH石徒移Cmu)h:1EDOO-14WD-12M0-1MTO-4KD-焉載甘力實驗淒止1電10%坤值隸荷GKXJ=峰值報荷遵竺剽(a)全曲線示例(b)不同鋼種實驗結果對比圖2汽車用鋼板極限尖冷彎角測試全曲線及不同鋼板實驗結果示例圖3加載角表征示例附錄B來料狀態(tài)確認及處理要求的補充說明當前汽車車身用鋼板材從成形工藝角度，可分為冷成形及熱

23、成形兩類，由于兩者間的制造工藝具有顯著差異，在進行極限尖冷彎性能實驗時，應進行區(qū)別對待。冷成形和熱成形板料及其零件的處理方式和要求具體如下：冷成形板料：由于冷成形零件大部分位置處于塑性變形狀態(tài)，測試成形前板料的極限尖冷彎性能意義不大，實驗前板料應經(jīng)過預拉伸變形處理，以模擬零件塑性變形后的極限尖冷彎性能。熱成形鋼板料：由于實際熱成形零件為淬火態(tài)，因此要求實驗用熱成形板料也應為淬火態(tài)。為與實際熱成形產(chǎn)線工況相一致，針對試樣板料樣品的淬火處理應統(tǒng)一采用固體平板模具淬火法，且應確保板材基體為全馬氏體組織或滿足采購企業(yè)的技術要求為基準。此外，考慮到板料經(jīng)固體模淬火后的基體組織狀態(tài)與實際零件基體組織的狀態(tài)差異性很小，因此對于熱成形鋼板料而言，推薦可不用進行預拉伸。3）涂裝工藝的考慮：零部件在裝車應用之前需經(jīng)過涂裝工藝，因此本規(guī)范推薦來料應為涂裝熱處理后的狀態(tài)。4）零件取樣：零部件上取樣可直接用于極限尖冷彎性能測量，取樣位置應由實驗委托方根據(jù)己方零件使用需求提出，由實驗雙方協(xié)商確定。5）表面狀態(tài)要求：表面缺陷：若試樣表面存在