夹杂物对汽车大梁钢折弯开裂的影响

夹杂物对汽车大梁钢折弯开裂的影响【摘 要】汽车大梁形状复杂，除要求较高强度和冷弯性能外，要求冲压性能好。某厂采用规格8105.0的510L热轧钢带，在生产汽车配件冷弯成型过程中，出现裂纹及断裂现象，笔者从冲压、折弯工艺展开分析，重点对材料的化学成分、性能、金相组织及断口电镜能谱微区方面分析，发现硫化物非金属夹杂物分布数量较多、细小、分散密度大破坏了材料的整体性能，使塑性降低，在外力作用下会在夹杂物处形成较大的应力集中，致使材料折弯开裂。【关键词】非金属夹杂物 510L 折弯开裂 应力集中0.前言某厂采用规格8105.0的510L热轧钢带，在生产汽车配件冷弯成型过程中，出现裂纹及断裂现象（见图1），危害较大，为杜绝此类事故的发生，为今后生产提供借鉴和整改依据，进行了深入系统的分析，明确了510L冷折弯开裂的原因。图1 折弯开裂试样形貌1.试验方法对客户提供的510L热轧钢板冲压件不合格试样进行检测分析，分别分析了试样化学成分、力学性能，试样夹杂物含量、级别，组织晶粒度，断口电镜、能谱微区分析。试样内部组织采用GX-51金相显微镜进行金相分析、金相试样采用4的硝酸酒精水溶液浸蚀，断口采用扫描电镜、能谱仪进行分析。金相分析参照GB/T1329891金属显微组织检验方法、GB/T1329991钢的显微组织评定方法、GB105612005钢中非金属夹杂物显微评定方法。2.实验结果2.1 试样宏观形貌图1所示，为510L钢带冷弯开裂汽车配件试样，厚度5.0，裂纹试样沿弯折棱角处由中间向两边延伸，裂纹长度59、宽度6.2；右侧棱角圆弧处有小裂纹。2.2 化学成分及力学性能表1所示，为由品保部提供的出厂性能参数及实测试样化学成分对照表，化学成分符合标准规定。表1 化学成分、性能参数值类别牌号规格化学成分力学性能CSiMnPSReh/MPaRm/MPaA/冷弯d=a出厂值510L5.08100.130.331.490.0280.02845557526合格实测值510 L/0.120.351.440.0240.027/GB/T3273-20050.201.001.600.0300.030380510-63024合格2.3 金相分析由表2，图2、4所示，夹杂物数量较多，以A、B为主，中心带状组织内硫化物偏析严重。硫化物数量较多、分散、密集较细小；氧化铝夹杂物距边部0.6，总长度达2.1。图3所示，试样组织为铁素体+索氏体+屈氏体，中心带状组织B3级，珠光体数量较多、分布密集。表2 非金属夹杂物、晶粒度、组织评级表试样细A粗B细C细DDS晶粒度金相组织带状组织折弯开裂3.0级3级1级0.5级1级9.5级F+S+屈氏体B3 图2 夹杂物形貌图 图3 试样带状组织图2.4 电镜能谱分析2.4.1 试样夹杂物微区含量图4 夹杂物微区分析值表3 夹杂物微区含量表谱图在状态OMgAlSiSKCaTiMnFe总的谱图 1是46.929.4931.430.58/0.560.768.202.06100.00谱图 2是41.520.3810.7612.50/0.4117.200.484.3412.42100.00谱图 3是/0.2813.85/0.3730.2355.27100.002.4.2 断口内夹杂物微区含量图5 断口内夹杂物微区形貌图表4 断口内夹杂物微区含量表谱图在状态SiSMnFe总的谱图 1是/0.892.5196.60100.00谱图 2是/0.682.3496.98100.00谱图 3是/0.171.9897.86100.00谱图 4是0.50/1.9897.51100.002.4.3 断口断裂形态图6a所示，冷弯断口断裂形貌整体来看分三个断裂区，沿试样最外层依次为：开始韧窝断裂区、剧烈层状断裂区、最后撕裂断裂区。图6b所示，韧窝状断口处有孔洞，深度很大，有严重变形的韧窝面，有非金属夹杂物残余。断口内残余非金属夹杂物经分析主要为硫化物见图5、表4所示。 a.冷弯断口断裂形貌 b.断裂源形貌图6 断口形貌图3.分析讨论3.1 冲压工艺分析从材料受力及冲压件成形方面来讲，材料所受的冲压力仅仅是使材料产生塑性变形，而不是使材料开裂。使材料产生塑性变形的应力值恒小于断裂应力值。也就是说材料在正常的情况下不会出现冲压折弯开裂，冲压工艺应该没问题。3.2 材料缺陷分析通过分析发现，试样内硫化物非金属夹杂物细小但分布数量较多、分散、密度大；氧化铝非金属夹杂物颗粒较大且比较长，但数量较少。这些非金属夹杂物会对材料的整体性能产生影响，塑性降低。断口电镜分析发现，正常拉伸韧窝附近存在剪切韧窝，剪切韧窝是由有大量孔洞引起的，深度很大，并且孔洞内有大量非金属夹杂物残余。残余非金属夹杂物经能谱分析只发现大量的硫化物存在。因此可以肯定断裂源为材料中的硫化物。3.3 折弯开裂分析钢中非金属夹杂物对冷弯断裂起到至关重要作用，当大量的硫化物存在，会破坏了材料的整体性能，使塑性降低，在外力作用下会在夹杂物处形成较大的应力集中，据资料显示硫化物一般应力集中系数为1.4，也就是说该处所受应力为屈服强度的1.4倍，这样以来会大大超过材料本身的断裂强度，造成材料冷弯开裂。4.结论硫化物非金属夹杂物分布数量较多、细小、分散密度大是试样冷弯开裂的主要原因；氧化铝非金属夹杂物颗粒、长度较大对材料危害也较大但不是主