国外汽车轻量化材料试验技术最新发展动态（二）

栅戳匣用国外汽车轻量化材料试验技术最新发展动态二摘要汽车材料轻量化是当前汽车材料技术发展的重要方向之一。在这一趋势的推动下，与汽车轻量化材料应用紧密相关的试验及评价技术，如高应变速率拉伸试验技术，材料、连接接头动态性能测试技术，材料的液压成形、热成形等工艺性能试验技术，都得到了迅速发展。本文依据近几年SAE发表的文献，介绍了国内外在汽车轻量化材料试验技术方面所取得的最新发展动态。关键词国外汽车轻量化材料试验动态中图分类号U465文献标识码A上接2013年第1期4接头连接性能试验及评价方法连接接头性能试验评价主要包括接头连接有效性JOINTEFFICIENCY试验评价和动态性能试验评价。41接头连接有效性试验评价方法目前，接头连接的有效性主要是通过静态试验进行评价。评价试验可在各种电子拉伸试验机或电液伺服轴向试验系统上完成。采用的试样有4种类型搭接式试样LAPSHEARSPECIMEN、十字拉伸试样CROSSTENSIONSPECIMEN、U形试样UTENSIONSPECIMEN和录0离试样COACHPEELSPECIMEN，见图2O。采用不同试样进行试验时，连接点所处的力学状态是不一样的搭接式试样为拉伸与剪切复合载荷；十字拉伸试样为单纯拉伸载荷；U形试样、剥离试样均为拉伸、弯曲的复合载荷。试东风汽车公司商用车技术中心冯美斌验在伪静态条件下进行，根据试验过程中采集的载荷、位移数据，可得出试样的力一位移曲线。图21所示为连接接头的典型试验曲线，利用图21可对接头下述指标进行定量描述。A连接效率等于接头峰值载荷与母材峰值载荷之比。例如，可以算出图21A中的接头连接效率为99081453368。B能量静态失效接头力一位移曲线中峰值载荷左边部分所包围的面积，见图21B。C连接刚度接头力一位移曲线弹性部分的斜率，见图21B。接头的能量和刚度通常也取归一化的相对值即与母材相应指标的比值，以便进行不同场合下的比较。不同材料点焊接头性能对比见图22。同一种材料DP600采用点焊、弧焊、激光焊、粘接、多种铆接、粘接焊接等不同连接方法时，用搭接试样得出2013年第2期汽车T艺与材料ATM163嵇匝用254MMA搭接试样B十字拉伸试样50BMMCU形试样D剥离试样图20常用的连接接头试样的不同连接工艺的接头效率和能量对比见图23。42连接接头动态性能评价由于车辆安全性设计的需要，连接接头的动态力O1O20304050607O位秘TNMA试样载荷一位移曲线蓦706050鑫4020位移B能量与刚度计算图图21连接接头的典型试验曲线_连接有划生归一化能爨归一化刚度MI蚓HSLADP600DP780M190卅连接有效性_归一化能鼙归一化刚度、_州图22不同材料点焊接头性能对比学性能评价除传统的疲劳性能外，冲击载荷作用下接头的响应特性已受到特别关注。在这种试验中，冲击载荷是由具有一定运动速度的冲击锤块施加到试I64L汽车T艺与材料ATM2013年第2期642O8642乏挺獬一L孙馏懈博他8642O。五T一上枥叵胃图26B进行试验，试验过程可借助图27来说明。从图27中可见，摆锤A、摆锤B分别为主动锤和被动锤，试样的两端分别固定在被动锤和试验机底座上；试验前被动锤处于垂直位置，主动摆锤则根据所需要的冲击能量或速度悬挂到某一角度图27B中为90O试验开始后，主动摆锤被释放，其势能被转化为动能，且在垂直位置时达到最大，试验机的设计使主动摆锤恰好在这一时刻打击被动摆锤，冲击载荷通过被动摆锤传递到试样上；在冲击载荷作用下，试样连接点发生变形、撕裂直至最后脱落被动摆锤和主动摆锤则在剩余能量驱动下继续向前运动至某一高度后回落。A摆锤式冲击试验机，_11MM。L焊点200MM一BZ形试样图26连接接头摆锤式冲击试验机和试样试验中采用4个应变片式载荷传感器测量载荷，夹具前后两端各装2个；测量试样的位移则使用非接触反射式光纤位移传感器，反射镜片固定在被动摆锤的头部，传感器的轴线与摆锤的运动方向平行，测量中反射镜表面与传感器端部之间距离变化值转换为成正比的电压变化值，最后便可得到试样的位移曲线。ABC图27接头摆锤式冲击试验过程4_2_3接头冲击试验结果图28所示为典型的焊接接头冲击曲线，与静态性能试验曲线类似，由图28可以得到峰值载荷、能量、位移量等动态测试结果。43连接接头试样设计的有关问题连接接头试验的特有问题是，希望变形和开裂只发生在连接点部分，尽量不要波及到试样边缘，如果周围材料发生明显的变形则难以得到接头失效能量的准确数据。实践表明，试样设计和夹持方式对此有较大影响。试样宽度对搭接试样冲击能量的影响见图29。从图29可见，当试样宽度由50MM增加到75MM后，冲击能量随试样的宽度增加而升高，焊点的失效66R汽车T艺与材料ATM2013年第2期恸料匝胃。1O0008O006O004O002O000510152025位移打LMACT试样在动态载荷下的力一位移曲线2O01500010000500002468101214位穆LMBLS试样在动态载荷下的力一位移曲线图28典型的焊接接头冲击曲线DP780、中等焊点尺寸、高速冲击模式以面间剪切INTERFACIALSHEARMODE为主宽度增加到100MM及以上后，冲击能量变化不大，但失效模式转变成焊点脱开BUTTONMODE此后，宽度为200MM试样的冲击能量又略有升高。宽度变化的实质是试样刚度的改变，刚度的提高限制了试样的“转动”，使其变形更加困难，因而在失效能量提高的同时，失效形式也发生了变化。图29试样宽度对搭接试样冲击能量的影响为了提高试样的刚度，又相继出现了一些改进的试样设计，接头试样的若干改进设计见图30。与常规试样相比，新的试样采用了折边式设计以使刚度得到提高。最近有研究表明，对于宽度为125MM的LS试样，折边与否对试验结果影响不大比较有效的方法是采用图31A所示的试样约束机构限制焊点在试验过程中的“转动”。图31B是焊点直径为79MM时，不同方案静态试验结果对比，其中“F”和“U”分别表示常规试样和折边试样，225T和25TT为试样板材的厚度是用垫片厚度表征的不同约束条件。ACT试样BU形试样图30接头试样的若干改进设计5材料其它物理力学性能试验方法51轻金属螺栓联接载荷保持试验螺栓联接载荷保持试验是用于评定铝、镁等轻金属采用螺纹紧固联接方式时，抵抗由于材料在常温下的蠕变，而导致螺栓轴向预紧力下降的能力。螺栓联接载荷保持试验试样见图32。外形均为中空的圆柱形，其中图32B试样的内孔为内螺纹，图32C的试块则含有多个试样。加热试验装置与贴片试样2013年第2期I汽车T艺与材料ATM167F_L蜃蕃孽啊殳栖料匣胃萋羹屦A几种金属室温螺栓载荷保持能力对比BAM50镁舍金125温度下螺栓轴向力变化曲线图34室温及125C。温度下典型试验结果金属圆盘中，见图35。配磨圆盘可采用标准试样，也可采用非标的试样，在其中部装有热电偶，以测量摩擦界面的温度。试验可以在无润滑或有润滑的条件下进行，根据需要而定。试验载荷规范有2种，即低压力高速度和高压力低速度。典型的试验结果有不同试验条件下的界面温度曲线图36A、摩擦因数曲线图36B。图35试样与圆盘赛星撂LR自ESCNO21LRITESTNO22LRITESTNO2404O3503蓄025鬣OL2露015睁O1OO5压力一速度乘积A界面温度曲线RITESTNO21LRITEANO22LRITESTNO241L|FWY2013年第2期汽车I艺与材料AT8【ML69初匝胃A平板滑动测试法B销盘滑动式测试法图37镀锌钢板表面摩擦性能测试方法O504圜03髓蟛KO201O50010001500相数蹙X射线计数率8销盘滑动法测试结果O302囡簸塾01050010001500相数嚣X射线计数率B平板滑动法测试结果图38新、老方法测试结果对比冲压成深度为6OMM的杯状物然后采用激光从其上切割下一宽度为25MM、直径为11OMM的圆环供测试用，见图39B；将环沿轴向切开，残余应力的释放将使环张开，用切开后环的直径变化来定量表征材料的回弹性，见图39C。剖环试验是基于残余应力产生回弹的原理，将它作为一种标杆性的试验方法，简单实用，其数据重复性好，很容易被冲压仿真所采用，或用来修正计算机的仿真结果。62液压成形用金属管材自由膨胀试验金属管材自由膨胀试验用于评价金属管液压成形性能和液压成形机理研究