分享：鋁合金汽車板羅平線的影響因素
摘 要:闡述了鋁合金板材羅平線的產(chǎn)生原因、檢測(cè)方法及操作步驟.通過(guò)拉伸試驗(yàn)、彎曲試 驗(yàn)分析了影響羅平線的因素.結(jié)果表明:鋁合金板材的各向異性、彎曲角度、表面狀態(tài)對(duì)羅平線 均有一定影響;嚴(yán)格控制熱軋的開軋溫度和終軋卷曲溫度是保證鋁合金汽車板羅平線合格的有 效途徑.
關(guān)鍵詞:鋁合金;汽車板;羅平線;影響因素
中圖分類號(hào):TG１１５．５ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０２０)０２Ｇ００２１Ｇ０４
汽車車身輕量化一直是汽車工業(yè)的發(fā)展方向, 鋁合金汽車板由于密度小(２．７×１０３ kgm－３)、屈強(qiáng) 比高等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注,目前主要應(yīng)用于德國(guó)寶馬公 司旗下的寶馬、德國(guó)大眾公司旗下的奧迪、印度塔塔 汽車公司旗下的捷豹和路虎、美國(guó)福特公司旗下的 福特及日本本田公司旗下的本田汽車等國(guó)外高檔車 型[１].國(guó)內(nèi)使用鋁合金汽車板的車型相對(duì)較少,且 鋁合金主要應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)罩等工藝要求相對(duì)較低的 部位,使用量與國(guó)外相比也較低.汽車用鋁合金按 使用部位分為外板、內(nèi)板、結(jié)構(gòu)件;按表面質(zhì)量分為 暴露件和非暴露件,其中暴露件對(duì)表面質(zhì)量要求最 高.鋁合金材料在沖壓過(guò)程中表面會(huì)產(chǎn)生橘皮、起 皺等宏觀缺陷[２],羅平線缺陷的檢測(cè)需要對(duì)材料表 面進(jìn)行輕微的打磨,打磨后表面會(huì)出現(xiàn)平行于軋制 方向的細(xì)長(zhǎng)條紋,這些條紋又叫做滑移線.筆者結(jié) 合鋁合金板材生產(chǎn)流程對(duì)羅平線形成原因和測(cè)試方 法進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明,并通過(guò)試驗(yàn)分析了羅平線與力 學(xué)參數(shù)的關(guān)系.
１ 羅平線產(chǎn)生原因
鋁合金薄板在橫向拉伸時(shí),平行于軋制方向的 纖維組織在拉伸過(guò)程中產(chǎn)生的變形不足以讓組織在 橫向均勻的伸展,在鋁板表面就會(huì)形成凹凸不平的 峰谷最大落差為１０~３０μm,長(zhǎng)度為１~３cm 的細(xì) 長(zhǎng)條紋,這種細(xì)長(zhǎng)條紋被稱為羅平線[３Ｇ７].
羅平線的產(chǎn)生與熱軋加工過(guò)程中終軋的卷取溫 度、冷軋加工過(guò)程的壓下量、連退加工過(guò)程的最終退 火溫度有關(guān).實(shí)際生產(chǎn)中,材料在連退時(shí)的退火溫 度和冷軋的壓下量是固定的,因此減少羅平線的常 用方法是調(diào)節(jié)熱軋的終軋卷取溫度.終軋卷取溫度 主要受開軋溫度、軋制速度、軋制壓下量、軋制力的 影響,一般工藝的熱軋卷取溫度為３３０~３４０ ℃,而生產(chǎn)汽車外板時(shí)熱軋的卷取溫度應(yīng)大于３７０ ℃,這 樣可以極大地減少羅平線缺陷.
２ 試樣制備及試驗(yàn)方法
試驗(yàn)用６０１６鋁合金板材的化學(xué)成分(質(zhì)量分 數(shù))為１．１２％ Si,０．２１％ Fe,０．０１％ Cu,０．０７％ Mn, ０．４０％ Mg,０．０１％ Cr,０．０２％ Ti,余為 Al [３].對(duì)厚 度為１．０ mm 的外板和內(nèi)板分別取樣進(jìn)行對(duì)比分 析,取樣位置見圖１.
將拉伸試樣加工成平行段為１２０mm×２０mm 的標(biāo)準(zhǔn) A８０拉伸試樣,采用沃特拜５０kN 電子萬(wàn)能 試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn),力傳感器精度為０．５級(jí),縱向 引伸計(jì)精度為０．５級(jí),橫向引伸計(jì)精度為０．５級(jí).按 照 ISO ６８９２Ｇ１:２０１６ Metallic MaterialsＧTensile TestingＧPart １: Method of Test at Room Temperature,ISO１０２７５:２００７Metallic MaterialsＧ Sheet and StripＧDetermination of Tensile Strain Hardening Exponent,ISO １０１１３:２００６ Metallic MaterialsＧSheetand StripＧDeterminationof Plastic StrainRatio 進(jìn) 行 拉 伸 試 驗(yàn),屈 服 前 應(yīng) 變 速 率 為 ０．０００２５s－１,屈服后應(yīng)變速率為０．００６７s－１.
鋁合 金 板 材 彎 曲 試 驗(yàn) 按 VDA ２３８Ｇ１００Ｇ２０１０ PlateBendingTestforMetallicMaterials進(jìn)行制 樣和測(cè)試,工裝采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)定制的采購(gòu)設(shè)備.試 樣標(biāo)距為１００mm,首先以０．００２５s－１ 的應(yīng)變速率 預(yù)拉 伸 至 １０％,然 后 截 取 中 部 尺 寸 為 ６０ mm× ５０mm 的試樣進(jìn)行彎曲試驗(yàn).
羅平線檢測(cè)試樣的打磨需要在平坦的工作臺(tái)面 上進(jìn)行,操作步驟見圖２.首先在試樣下方墊上油 紙,方便測(cè)試后清理,將黑色油墨均勻涂抹在試樣表 面,等待１０~１５s的揮發(fā)時(shí)間.然后使用表面帶有 砂紙的海綿墊在試樣表面進(jìn)行打磨,打磨時(shí)需要在 試樣表面施加輕微的壓力,一般沿其長(zhǎng)度方向單向 打磨２~３次.最后采用德國(guó)馬爾量?jī)x、德國(guó)施奈德TMSＧ１００表面測(cè)量分別進(jìn)行粗糙度和波紋度檢驗(yàn).
人工檢測(cè)羅平線的評(píng)定結(jié)果一般分為 ４ 個(gè)等 級(jí),１~２級(jí)為合格,３~４級(jí)為不合格,如圖３所示. １級(jí)表面要求無(wú)平行于軋制方向的豎行條紋;２級(jí)表 面允許平行于軋制方向的豎行條紋數(shù)量為１~５條;３ 級(jí)表面平行于軋制方向的豎行條紋數(shù)量超過(guò)５條;４ 級(jí)表面平行于軋制方向的豎行條紋數(shù)量超過(guò)５條且 豎行條紋間距小于３mm.
羅平線波紋度檢測(cè)試樣同彎曲試樣一樣進(jìn)行相 同程度的預(yù)拉伸,將拓?fù)鋬x開機(jī)預(yù)熱３０~６０min,待 穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)試.使用工業(yè)酒精對(duì)試樣測(cè)試區(qū)域表 面的油污、臟污進(jìn)行擦拭清理,然后將其放置到檢測(cè) 平臺(tái)上,檢測(cè)區(qū)域尺寸為３７．５mm×２８mm.啟動(dòng)測(cè) 試軟件,調(diào)節(jié)曝光度,定義掃描區(qū)間,通過(guò)紅色干擾線 在試樣上的移動(dòng)來(lái)確定測(cè)試區(qū)域內(nèi)的最高點(diǎn)與最低 點(diǎn),設(shè)置掃描的上下限確保覆蓋整個(gè)測(cè)試區(qū)域.對(duì)測(cè) 試區(qū)域進(jìn)行不同曝光強(qiáng)度的掃描,所獲圖像需通過(guò) TMSRepot軟件進(jìn)行過(guò)濾處理生成新的圖像,最后計(jì) 算波紋度Sa 值.測(cè)試流程見圖４.VDA２３９Ｇ４００Ｇ ２０１７RopingTest規(guī)定Sa 值評(píng)定的臨界值為０．８μm, 大于０．８μm 為不合格,小于０．８mm 為合格.
３ 試驗(yàn)結(jié)果與討論
３．１ 拉伸試驗(yàn)
鋁合金試樣的拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表１.１~９號(hào)試 樣為內(nèi)板,１０~１８號(hào)試樣為外板.n４Ｇ６為塑性應(yīng)變?cè)?４％~６％之間測(cè)定的應(yīng)變硬化指數(shù),r８Ｇ１２為塑性應(yīng)變 在８％~１２％之間測(cè)定的軋向的垂直各向異性指數(shù), 兩 個(gè) 參 數(shù) 的 測(cè) 定 主 要 參 考 VDA ２３９Ｇ２００Ｇ２０１３ AluminumSheetMaterial,此標(biāo)準(zhǔn)是專門針對(duì)汽車鋁 薄板檢測(cè)制定的,具有較高的參考意義.結(jié)果表明內(nèi) 外板性能差異主要在于各向異性,內(nèi)板３個(gè)方向的 r８Ｇ１２值差異較大,而外板３個(gè)方向的r８Ｇ１２值差異小,且 外板試樣的羅平線檢測(cè)結(jié)果合格,因此３個(gè)方向的 r８Ｇ１２值差異程度可能是影響羅平線的因素之一.
３．２ 彎曲試驗(yàn)
鋁合金 內(nèi) 外 板 的 彎 曲 試 驗(yàn) 結(jié) 果 差 異 較 大,見 表２.外板試樣彎曲角小且羅平線較好,內(nèi)板試樣彎 曲角大但羅平線較差,因此彎曲角度可能是羅平線 的影響因素之一.
３．３ 羅平線檢測(cè)試驗(yàn)
鋁合金羅平線檢測(cè)結(jié)果見表３,其中１~３號(hào)試 樣為內(nèi)板,４~６號(hào)試樣為外板,試樣表面均經(jīng)毛化 處理(ETD).羅平線的相關(guān)檢測(cè)要求主要針對(duì)鋁 合金外板.采用設(shè)備和人工檢測(cè)羅平線的結(jié)果具有 一致性,但是人工檢測(cè)結(jié)果受人員主觀性影響較大, 建議采用設(shè)備進(jìn)行檢測(cè).
３ 結(jié)論
(１)鋁合金板材的各向異性、彎曲角大小、表面 狀態(tài)對(duì)羅平線均有一定影響,但關(guān)鍵影響因素為合 金的生產(chǎn)工藝及化學(xué)成分.
(２)羅平線的檢測(cè)結(jié)果與取樣方向和檢測(cè)方法 等有關(guān),平行于軋向的試樣才會(huì)出現(xiàn)羅平線.手動(dòng) 檢測(cè)羅平線成本較低,便于操作,但結(jié)果受檢測(cè)人員 主觀因素影響;采用設(shè)備檢測(cè)的結(jié)果比較客觀,再現(xiàn) 性、重復(fù)性較高.
(３)從生產(chǎn)工藝來(lái)看,應(yīng)嚴(yán)格控制熱軋的開軋 溫度和終軋卷曲溫度、冷軋的壓下量以及連退的退 火溫度,以保證鋁合金外板的羅平線缺陷合格.
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