浅谈汽车用先进高强钢成形性能研究

　　先进高强钢兼具高强度和较好的成形性能，特别是应变硬化指数高，有利于碰撞吸收能的提高，已被广泛用于车身的结构件和安全件。优化采用先进高强钢板，可减轻车身重量、提高车身被动安全性及提高车型性价比。先进高强钢中的DP钢和TRIP钢都具有高强度和良好塑性的优点，是汽车轻量化的理想用材。
　　DP钢主要应用于车底十字构件、防撞杆、纵梁等加强结构件等，而TRIP钢则主要应用于车门防护杆、保险杠和底盘结构件等。本文通过显微组织分析、拉伸试验、成形极限试验、杯突试验及扩孔试验，对不同强度级别DP钢和TRIP钢的成形性能进行研究，希望对冲压成形及应用提供参考。
　　1试验材料
　　(1)化学成分
　　试验材料中DP钢采用C-Si-Mn成分体系，TRIP钢采用Si基低合金成分体系。为获得较细的组织以利于更好地提高塑性和韧性，试验材料中均添加微合金元素Nb。
　　(2)显微组织
　　以相同强度级别试验材料显微组织为例。DP590显微组织中灰白色组织为铁素体，灰黑色组织为马氏体，而在TRIP590显微组织中，灰色组织为铁素体，黑色组织为贝氏体，白色组织为残余奥氏体，残余奥氏体分布在多边形铁素体晶粒之间，有少量存在铁素体内部，岛状贝氏体分布在铁素体和残余奥氏体交界处或相邻的铁素体晶粒交界处。
　　DP钢中铁素体赋予双相钢较低的屈强比、较高的延伸率，具有优良的塑性;而马氏体则赋予其高的强度，同时铁素体在变形过程中会遇到硬相马氏体的阻碍产生大量位错而快速的产生加工硬化，有利于流变应力的均匀分布，使DP钢具有良好的成形性能。TRIP钢中主要由贝氏体提高材料强度，提供塑性的不仅有铁素体，还有因残余奥氏体向马氏体相变而引入的塑性提高，因此，DP钢与TRIP钢的塑性能力是不同的。
　　Nb在DP钢中主要通过NbC粒子的析出阻碍再结晶晶粒的长大，使铁素体晶粒较细，马氏体分布弥散，在提高基体强度的同时有利于进一步提高加工硬化速率和延伸率。Nb在TRIP钢中起到细化晶粒的尺寸的作用，保证微观组织的均匀性并提高钢中残余奥氏体量，最终提高成形性能。
　　2试验结果与分析
　　(1) 拉伸试验
　　拉伸试验中，试验材料均选择1.4mm厚度规格，同时为便于对比分析均采用此厚度规格进行后续的成形性能评价试验。将试验材料取同方向并制成同标距试样进行拉伸试验。
　　从拉伸试验结果可知，DP钢具有连续屈服、低屈强比等特点，而TRIP钢在具有较高强度的同时具有良好的延伸率和高n值等特点。TRIP钢组织中残余奥氏体在应力应变作用下向马氏体的相变诱发转变显著改善了材料的塑性，因此延伸率很高，而DP钢的延伸率较低。TRIP钢具有较高的应变硬化指数n值，因此均匀变形能力较强，有利于冲压较复杂的零件，而DP钢则具有较高的初始加工硬化能力，能提高材料在成形过程中应变分配的均匀性，有利于防止早期鼓起和褶皱的发生。TRIP钢的r值大于1，相比DP钢不易发生厚度方向的变形，具有较好的抗拉裂和抗起皱能力。
　　(2) 成形极限图
　　成形极限图是对成形性能的定量描述，可作为组织生产、比较最佳工艺以及冲压设计及选材的依据。同强度级别的TRIP钢相比DP钢具有更高的FLD0值。TRIP590 和TRIP780 的FLD0 分别达到38%和34%， 而DP590 和DP780 的FLD0 分别为32%和21%。
　　延伸率反映从变形开始到发生开裂的变形量，延伸率越大，材料的塑性变形能力越强，极限应变水平升高，其FLD0值也越高。应变硬化指数n值是对FLD0值影响很大的参数。n值越大钢板均匀变形能力越好，抵抗缩颈能力越强，推迟塑性失稳的发生，板材的成形性能越好，因而使成形极限曲线提高。塑性应变比r值是判断拉深性能的指标，r值越大，在板厚方向越不易变形，深冲性能越好。根据Mises厚向异性薄板屈服轨迹，r值越大，材料的变形抗力越大，成形性能降低，同时r值的增加，材料的抗减薄能力增强，一定程度上改善了成形性能， 两方面因素的交互作用使得r值对FLD0值的影响不甚显著。因此，TRIP钢具有较高的FLD0值，即在平面应变状态下具有较好的极限变形能力，在双向拉伸变形区域，TRIP钢的安全成形裕度比DP钢高，成形性能优于DP钢。
　　(3)杯突试验
　　杯突试验是利用胀形原理评价板材拉胀成形的极限能力。从表3杯突试验结果可以看出TRIP钢的杯突值明显优于DP钢。TRIP钢有与深冲用IF钢接近甚至持平的杯突值，显示了TRIP钢极佳的拉延性能，表明TRIP钢很适用于双向拉伸的情况，这与成形极限试验所得结论一致。应变硬化指数n值是影响杯突试验结果的主要因素，是决定拉胀工序时成形好坏的指标。n值越大，变形中应变分布越均匀，材料不易出现颈缩，拉胀成形性能越好。高的塑性应变比r值及延伸率也同样有利于拉胀成形能力的提高。
　　(4) 扩孔试验
　　扩孔试验是评价材料翻边性能的模拟试验。扩孔性能是评价钢板冲压成形性能的重要指标之一。在扩孔试验中，扩孔率越大，材料的成形性能越好。
　　延伸率越大，材料的扩孔率明显增大。应变硬化指数n值越大，在变形过程中应变分布越均匀，成形程度越高，扩孔性能越好，因此TRIP钢的扩孔性能显著优于DP钢，成形性能更好。
　　3结论
　　(1) DP钢和TRIP钢都具有较高的强度和良好的塑性，能有效避免成形时局部颈缩和断裂，均具有良好的成形性能。(2) TRIP钢独特强韧机理使其具有更高的n值、r值及延伸率，因此具备更好的成形性能。(3) 成形性能评价试验显示，TRIP钢可同时适用于拉延工艺及翻边工艺;而DP钢在拉延性能方面较好，但在翻边成形性能方面没有明显优势。