《汽車用先進高強鋼 薄板和薄帶 擴孔試驗方法》

ICS

CCS

團體標準

T/CSAExx－20xx

汽車用先進高強鋼薄板和薄帶擴孔

試驗方法

AdvancedhighstrengthsteelforAutomobile—Sheetandstrip—Holeexpanding

test

LED（報批稿）headlamp

在提交反饋意見時，請將您知道的該標準所涉必要專利信息連同支持性文件一并附上。

DraftingguidelinesforcommercialgradesstandardofChinesemedicinalmaterials

20xx-xx-xx發(fā)布20xx-xx-xx實施

發(fā)布

中國汽車工程學會

T/CSAExx—20xx

汽車用先進高強鋼薄板和薄帶擴孔試驗方法

1范圍

本文件規(guī)定了汽車用先進高強鋼薄板和薄帶擴孔試驗方法的原理、試驗設(shè)備、試樣、試驗程序、試

驗結(jié)果計算和試驗報告。

本文件適用于厚度1.2mm～4.0mm、寬度不小于90mm、抗拉強度不低于590MPa的汽車用先進

高強鋼薄板和薄帶極限擴孔率的測定，其它厚度和/或汽車用鋼或金屬材料可參照本文件執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，標注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)版本適用于本文件；不注日期引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T24524—2021金屬材料薄板和薄帶擴孔試驗方法

GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

極限擴孔率limitingholeexpansionratio

施加載荷使圓錐形擴孔凸模垂直插入試樣的沖制圓孔進行擴孔試驗，直至任一滿足條件的裂紋狀

態(tài)出現(xiàn)時，計算圓孔擴展量。

注：極限擴孔率用圓孔直徑的擴展量與圓孔初始直徑之比表示。

3.2

余隙度clearance

在試樣上沖制圓孔時，沖制試樣圓孔所用凹模與凸模之間的相對間隙。

注：余隙度用凹模和凸模之間的間隙與試樣厚度之比表示。

3.3

貫穿裂紋through-thicknesscrack

貫穿試樣全厚度的裂紋。

3.4

未貫穿裂紋microcrack

1

T/CSAExx—20xx

未貫穿試樣全厚度的裂紋。

3.5

初始裂紋initialcrack

圓孔外徑棱線邊緣出現(xiàn)采用輔助工具可觀測到的裂紋。

注：采用體視顯微鏡觀測到長度小于等于0.1mm的裂紋，可判定為初始裂紋。

3.6

固定行程加載fixedstrokeloading

達到設(shè)定的固定行程時錘頭停止運動的加載方法。

3.7

加載行程loadingstroke

錘頭從開始運動或與試樣圓孔開始接觸到停止運動所移動的距離。

3.8

有效試樣effectivespecimen

用于測定被測試材料極限擴孔率的擴孔試樣。

4符號和說明

表1給出的符號和說明適用于本文件。

表1符號和說明

符號說明單位

c余隙度%

dd沖制試樣圓孔用的凹模內(nèi)徑mm

dp沖制試樣圓孔用的凸模直徑mm

Dd擴孔裝置的凹模內(nèi)徑mm

Douter基于初始裂紋標準測定的圓孔平均外直徑mm

Dinner基于貫穿裂紋標準測定的圓孔平均內(nèi)直徑mm

Do沖制圓孔的初始直徑mm

Dp擴孔裝置的凸模圓柱直徑mm

F壓邊力N

R擴孔裝置凹模肩部的圓角半徑mm

t試樣厚度mm

極限擴孔率%

outer基于外徑初始裂紋的極限擴孔率，見圖2-c%

inner基于內(nèi)徑貫穿裂紋的極限擴孔率，見圖2-d%

2

T/CSAExx—20xx

??基于毛刺朝上外徑初始裂紋的極限擴孔率，見圖和

??????&2-a2-d%

??基于毛刺朝上內(nèi)徑貫穿裂紋的極限擴孔率，見圖和

??????&2-a2-c%

????

??????基于毛刺朝下&外徑初始裂紋的極限擴孔率,見圖2-b和2-d%

????

??????基于毛刺朝下&內(nèi)徑貫穿裂紋的極限擴孔率,見圖2-b和2-c%

5試驗原理

在試樣上沖制圓孔（見圖1），按照GB/T24524—2021規(guī)定執(zhí)行，將規(guī)定形狀和尺寸的圓錐形擴孔凸

模頂入試樣的沖制圓孔進行擴孔試驗，直至圓孔邊緣出現(xiàn)貫穿裂紋或初始裂紋，停止凸模沖頂，測定極

限擴孔率（見圖2）。

注1：為了試驗便利性和滿足7.7，推薦采用專用沖孔設(shè)備制孔，其它制孔方式可通過協(xié)商方式確定。

注2：對于抗拉強度低于590MPa的汽車用鋼，推薦采用局部頸縮的裂紋標準。

標引序號說明：

1——試樣；

2——沖制圓孔用凹模；

3——沖制圓孔用凸模。

圖1沖孔示意圖

3

T/CSAExx—20xx

4

a）試驗前-毛刺朝上b）試驗前-毛刺朝下

?Dinner

?Douter

5.2

?D

inner5.1?D

outer

c）試驗后-內(nèi)徑貫穿裂紋d）試驗后-外徑初始裂紋

標引序號說明：

1——試樣；

2——凹模肩部；

3——凹模；

4——沖孔毛刺；

5——5.1貫穿裂紋；5.2初始裂紋；

6——凸模頂角；

7——凸模。

圖2擴孔試驗示意圖

6試驗設(shè)備

6.1試驗機

4

T/CSAExx—20xx

6.1.1試驗機應(yīng)提供可靠的壓邊力保證試驗過程中試樣的固定，具有試樣對中定位功能，試驗機應(yīng)具備

迅速靈敏的停機功能，確保當達到所設(shè)定的固定加載行程時可以立即停機。

6.1.2試驗機擴孔模具的位移速率應(yīng)可控，以保證試驗的穩(wěn)定進行。

6.1.3除專用擴孔試驗機外，能夠滿足上述要求的深沖壓試驗機以及其他壓縮試驗機均可用于擴孔試

驗。

6.2試驗?zāi)＞?/p>

6.2.1擴孔試驗用凹模與凸模的尺寸與形狀在6.2.2至6.2.5中給出（見圖2）。

6.2.2擴孔試驗用凸模應(yīng)呈圓錐形，其頂角為60°±1°。凸模圓柱直徑Dp應(yīng)足夠大，以保證試樣圓孔邊

緣出現(xiàn)貫穿裂紋。

6.2.3擴孔試驗過程中應(yīng)依據(jù)期望的極限擴孔率確定壓邊用凹模內(nèi)徑Dd，凹模內(nèi)徑Dd宜不小于40

mm。

注：針對汽車用先進高強鋼，推薦采用固定的凹模內(nèi)徑Dd（如60mm）進行擴孔試驗。

6.2.4擴孔試驗用凹模肩部的圓角半徑R應(yīng)在2mm～20mm之間，推薦使用圓角半徑R為5mm。

6.2.5擴孔試驗用圓錐形凸模模具表面應(yīng)光滑，且硬度應(yīng)不小于55HRC。

7試樣

7.1應(yīng)在同一樣坯上，每一種極限擴孔率指標取樣不少于6個（詳見8.2）。

7.2試樣應(yīng)平直，試樣上的沖制圓孔中心與試樣邊緣的距離不小于45mm，兩相鄰圓孔中心之間的距

離不小于90mm（見圖3）。

注：表3給出了符合上述要求的選擇凹模內(nèi)徑尺寸的實例。

單位為毫米

≥45≥45≥90

≥45

圖3試樣尺寸示意圖

7.3試樣上的沖制圓孔用直徑為10mm的凸模沖壓形成（見圖1）。

7.4沖制試樣上的圓孔時，所選凹模須滿足表2所示與凸模之間的余隙度。余隙度按式（1）計算。凹

模內(nèi)徑的選擇應(yīng)以0.10mm的增量遞增或遞減。

5

T/CSAExx—20xx

表2凸模與凹模的余隙度允許偏差

試樣厚度t余隙度c

mm%

t＜2.0122

t≥2.0121

???

?=??×100.......................（1）

2?

式中：

c——余隙度，％；

dd——為試樣沖孔時凹模內(nèi)徑，單位為毫米（mm）；

dp——試樣沖孔時凸模直徑，單位為毫米（mm）；

t——試樣厚度，單位為毫米（mm）。

表3選擇凹模內(nèi)徑尺寸的實例（續(xù)）

單位為毫米

試樣厚度t凹模內(nèi)徑dd

1.2≤t<1.510.30

1.5≤t<1.910.40

1.9≤t<2.310.50

2.3≤t<2.710.60

2.7≤t<3.110.70

3.1≤t<3.610.80

3.6≤t<4.010.90

4.0≤t<4.411.00

7.5沖孔模具尺寸的允許偏差應(yīng)符合表4的規(guī)定。宜定期檢查沖壓模具的磨損情況，必要時，進行修復(fù)、

打磨或者更換。

注1：沖孔模具的磨損情況對極限擴孔率結(jié)果有影響。

注2：對于某些產(chǎn)品，沖孔速率對極限擴孔率結(jié)果有影響。

表4沖孔模具的允許偏差

尺寸允許偏差mm

+0.02

沖孔凸模直徑dp(10mm)

-0.03

+0.03

沖孔凹模內(nèi)徑dd(見表3)

-0.02

7.6在試樣沖孔過程中，沖孔凸模與沖孔凹模保持同軸，且沖孔凸模軸心垂直試樣表面。

7.7試樣沖孔后，要求剪切邊的光亮帶上邊緣平整，光亮帶與撕裂帶分界線光滑平直或不存在二次擠

壓，撕裂帶不應(yīng)出現(xiàn)明顯的宏觀裂紋，毛刺帶下邊緣平整。剪切邊質(zhì)量的判定示例見附錄C.1。

8試驗程序

6

T/CSAExx—20xx

8.1試驗一般在室溫10℃～35℃范圍內(nèi)進行。對溫度要求嚴格的試驗，試驗溫度應(yīng)為23℃±5℃。

8.2在相關(guān)方同意的情況下，測定其中一種或幾種極限擴孔率指標。對于抗拉強度大于等于980MPa

的先進高強鋼，按沖孔后靜置0小時、24小時、48小時和72小時，依次測定選定的極限擴孔率。試驗

過程中擴孔試樣的編碼規(guī)則見附錄A.1。

注1：在相關(guān)方同意的情況下，也可以只測定沖孔后靜置72小時的極限擴孔率。

注2：針對第三代先進高強鋼，可延長沖孔后靜置時間，直到極限擴孔率收斂或不再下降為止。

8.3將沖制圓孔的試樣平放在擴孔模具上，使試樣的沖制圓孔中心與圓錐形擴孔凸模的軸線保持一致

且試樣平面垂直于擴孔凸模的軸線（見圖2-a或2-b）。

8.4對試樣施加足夠大的壓邊力夾緊試樣，保證試驗過程中試樣材料在夾緊區(qū)域不發(fā)生變形流動。

示例，對于150mm×150mm的試樣，壓邊力應(yīng)不小于50kN。

若夾緊區(qū)域發(fā)生變形流動，則試驗應(yīng)無效，并應(yīng)重新進行試驗。

8.5施加壓力使圓錐形擴孔凸模以一定的速率垂直插入試樣的沖制圓孔進行擴孔（見圖2-a或2-b），

圓錐形擴孔凸模推進速率應(yīng)不大于1mm/s。

8.6取一個沖孔試樣，試驗過程中應(yīng)保證孔的邊緣一直處于肉眼監(jiān)視中；并且在第一次出現(xiàn)未貫穿裂

紋時，立即減慢擴孔凸模的推進速率，使從出現(xiàn)為貫穿裂紋到停止凸模運動的時間內(nèi)，盡量減少加載行

程的增加量；從擴孔載荷-加載行程曲線上讀取擴孔試驗終止時的加載行程，即為參考加載行程。

注：此步驟有利于減少試樣數(shù)量，提高測試效率。

8.7設(shè)定一個小于參考加載行程的加載行程，進行固定行程加載的擴孔試驗。若試樣擴孔后的圓孔裂

紋狀態(tài)是“有”（“無”），則以遞減（遞增）增量重新設(shè)定加載行程進行擴孔試驗，直到試樣擴孔后

的圓孔裂紋狀態(tài)是“無”（“有”），將相鄰的裂紋“有”和裂紋“無”的兩個試樣對應(yīng)的加載行程分

別記為S0和S1，兩者的行程差（絕對值）要求小于等于0.4mm。

注1：針對圓孔裂紋狀態(tài)，要求采用體視顯微鏡進行輔助判定。

注2：針對汽車用先進高強鋼，推薦行程差等于0.2mm。

注3：此步驟若能順利實施，則表明材質(zhì)是穩(wěn)定的，否則，說明材質(zhì)存在波動。

8.8設(shè)定加載行程等于S0和S1之和的一半，進行固定行程加載的擴孔試驗，確定擴孔后的試樣

為有效試樣。有效試樣的確定示例見附錄B.1。

注：針對有效試樣的圓孔裂紋狀態(tài)可不做判定，默認為臨界裂紋狀態(tài)。

8.9使用游標卡尺或其它技術(shù)，測量與裂紋標準對應(yīng)的有效試樣的圓孔內(nèi)徑或外徑，精確到0.05mm，

測量過程中，應(yīng)避開裂紋所在的位置，在兩個相互垂直的方向分別測量圓孔內(nèi)徑或外徑。

9試驗結(jié)果計算

9.1按9.2～9.3的規(guī)定與公式計算極限擴孔率。

9.2利用8.9中測量的兩個相互垂直的圓孔外徑或內(nèi)徑，確定有效試樣的圓孔平均外徑或內(nèi)徑。

9.3按式（2）和/或式（3）計算有效試樣的極限擴孔率，數(shù)值修約按照GB/T8170規(guī)定執(zhí)行。

????????0

?????=×100.....................................（2）

?0

7

T/CSAExx—20xx

????????0

?????=×100....................................（3）

?0

式中：

outer——基于外徑初始裂紋的極限擴孔率，％；

inner——基于內(nèi)徑貫穿裂紋的極限擴孔率，％；

Do——沖制圓孔的初始直徑（一般情況下，Do＝10mm）；

Douter——擴孔后的圓孔平均外徑，單位為毫米（mm）；

Dinner——擴孔后的圓孔平均內(nèi)徑，單位為毫米（mm）。

注：在式（2）或式（3）的基礎(chǔ)上，可進一步表征毛刺朝上和毛刺朝下的極限擴孔率（見表1），以及沖孔后不同

靜置時間的極限擴孔率。

10試驗報告

試驗報告應(yīng)包括下列內(nèi)容:

a)本文件編號；

b)試樣的標識；

c)試樣的厚度；

d)試樣的涂層類型；

e)極限擴孔率及其數(shù)據(jù)記錄信息，見表D.1和表D.2；

f)鋼卷寬度方向極限擴孔率的變化范圍(可在需方要求時提供)；

g)任何與本文件偏離的內(nèi)容(需經(jīng)相關(guān)方同意)。

注：擴孔試驗其它相關(guān)信息記錄見表E.1。

8

T/CSAExx—20xx

附錄A

（規(guī)范性）

擴孔試樣的編碼規(guī)則

由于存在多種極限擴孔率指標，易造成混淆，為了方便擴孔試樣的管理，在試驗過程中，需要對試

樣進行編碼，其規(guī)則如下：

1.編碼組成：自定義碼-毛刺朝向-裂紋標準-順序代碼；

2.編碼規(guī)則：

2.1自定義碼：材料代碼；

2.2毛刺朝向：0—毛刺朝上，1—毛刺朝下；

2.3裂紋標準：0—內(nèi)徑&貫穿裂紋，1—外徑&初始裂紋；

2.4順序代碼：兩位阿拉伯數(shù)字。

示例：比如材料DP780，自定義代碼為A，毛刺朝上、內(nèi)徑&貫穿裂紋、第一個試樣，編碼為：A-0-0-01。若考慮靜

置時間，可在材料代碼上增加時間標識，如沖孔后靜置24小時，則以上編碼可修改為：A24-0-0-01。

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T/CSAExx—20xx

附錄B

（資料性）

有效試樣的確定示例

以材料DP780為例，采用毛刺朝上&內(nèi)徑貫穿裂紋，對有效試樣確定的過程進行說明：

第一步，取一個試樣，采用傳統(tǒng)的肉眼判定貫穿裂紋終止試驗，從擴孔載荷-加載行程曲線上讀取

的最大加載行程是7.53mm，則以減小固定加載行程繼續(xù)進行擴孔試驗。

第二步，取一個試樣，編碼為V1-0-0-01，設(shè)定固定加載行程為7.0mm，進行擴孔試驗，試驗后的

貫穿裂紋狀態(tài)是“無&N”，則以0.2mm遞增固定加載行程繼續(xù)進行擴孔試驗。

第三步，取一個試樣，編碼為V1-0-0-02，設(shè)定固定加載行程為7.2mm，進行擴孔試驗，試驗后的

貫穿裂紋狀態(tài)是“有&Y”，則取兩個固定加載行程的平均值繼續(xù)進行擴孔試驗。

第四步，取一個試樣，編碼為V1-0-0-03，設(shè)定固定加載行程為7.1mm，進行擴孔試驗，得到臨界

貫穿裂紋狀態(tài)，將此擴孔試樣確定為有效試樣。

從此示例可以看出，裂紋有（Y）、裂紋無（N）和中間狀態(tài)（OK），測量的擴孔率差值不超過1%，

中間狀態(tài)實際上就是三者的平均值。

表B.1有效試樣的確定過程

步驟擴孔后試樣圓孔邊緣狀態(tài)裂紋局部狀態(tài)

第一步

第二步

第四步

第三步

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T/CSAExx—20xx

附錄C

（資料性）

沖孔后剪切邊質(zhì)量主觀判定示例

表C.1剪切邊質(zhì)量的判定示例

剪切邊質(zhì)量狀態(tài)評價極限擴孔率%

剪切邊光亮帶上光亮帶與撕撕裂帶毛刺帶下毛刺朝毛刺朝

剪切邊實物照片

代碼邊緣是否裂帶分界線有無宏邊緣是否下&貫穿上&貫

平整是否平滑觀裂紋平整裂紋穿裂紋

A是是無是27.8%18.2%

B是是有是24.1%17.0%

C否是有是21.6%16.6%

D否否無否16.4%10.4%

E是是無否24.0%14.4%

F否是有是22.0%15.6%

注：推薦沖孔質(zhì)量狀態(tài)為A。

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T/CSAExx—20xx

附錄D

（規(guī)范性）

極限擴孔率測定數(shù)據(jù)記錄模板

表D.1材料極限擴孔率數(shù)據(jù)記錄內(nèi)容

有效極限擴孔率指標輸入&輸出數(shù)據(jù)（mm）裂紋狀態(tài)（實物照片）

極限擴

試樣毛刺方裂紋類內(nèi)徑或

固定行程行程增量有OK無孔率%

編碼向型外徑

表D.2不同靜置時間極限擴孔率的數(shù)據(jù)記錄內(nèi)容

有效極限擴孔率指標靜置時內(nèi)徑裂紋狀態(tài)（實物照片）

固定極限擴

試樣毛刺方裂紋類間（小或外

行程有OK無孔率%

編碼向型時）