1 常用金属材料基础知识

常用金属材料基础知识
日期：2007-10-23
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目录
1. 2. 3. 4. 常用钢板牌号简介 钢板性能指标定义 XX钢板牌号命名体系简介 钢板表面形貌对冲压成型的影响
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钢板生产工艺流程
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冷连轧低碳钢板
冷轧板是由热轧板经过酸洗后冷轧再退火得到的。酸洗的目的 为了出去氧化皮；热轧后再冷轧的目的是使晶粒进一步变小， 组织更加紧密，从而塑性好，强度高；退火目的是去除内应 力，减少钢的化学成分及组织的不均匀性，增加材料可塑性。 冷轧板在常温下的金相组织由合金固溶铁素体和少量合金渗 碳体组成。（铁素体是碳溶解在Fe的体心立方晶胞中的固溶 体，合金固溶铁素体是指合金元素溶解在铁素体中；渗碳体 是Fe和C的稳定化合物，合金渗碳体是合金元素与渗碳体形成 稳定的化合物） 常用的牌号：ＤＣ０１、ＤＣ０３、ＤＣ０４、ＤＣ０６ ＳＰＣＣ、ＳＰＣＤ、
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• 洛氏硬度试验的优缺点 • 洛氏硬度试验避免了布氏硬度试验所存在的缺点。 它的优点是： • 1)因有硬质、软质两种压头，故适于各种不同硬 质材料的检验，不存在压头变形问题； • 2)压痕小，不伤工件表面； • 3)操作迅速，立即得出数据，生产效率高，适用 于大量生产中的成品检验。 • 缺点是：用不同硬度级测得的硬度值无法统一起 来，无法进行比较。
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烘烤硬化钢
• BH值：钢板在经过2%的预应变后放置在170±5 度的温度下保持20分钟，然后进行拉伸试验，测 得该试样对2%预应变时应力的增加值。一般为 30MPa。烘烤温度提高,BH值增加,烘烤温度在280 ℃ 时BH值达到最大值。XX公司涂装的烘烤温度 最高间在180±10度。 • 烘烤钢的机理：有间隙固溶原子C 、N的退火状态 薄板经变形后导致基体内位错密度增加,C 、N原 子向位错扩散的距离缩短,随着高温时效处理（如 烤漆温度处理）,提高了C、N原子扩散的热激活能, 促使其向位错的扩散加快。C、N 原子在位错处聚 集,钉轧位错,此时薄板再变形需要更高的屈服应力 • 常用的牌号；B140H1、B180H1
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• 和布氏、洛氏硬度试验比较起来，维氏硬度试验 具有许多优点。它不存在布氏那种负荷P和压头直 径D的规定条件的约束，以及压头变形问题；也 不存在洛氏那种硬度值无法统一的问题。而它和 洛氏一样可以试验任何软硬的材料，并且比洛氏 能更好地测试极薄件(或薄层)的硬度，这点只有 洛氏表面硬度级才能做到。但即使在这样的条件 下，也只能在该洛氏级内进行比较，和其它硬度 级统一不起来。此外洛氏由于是以压痕深度为计 量指标，而压痕深度总比压痕宽度要小些，故其 相对误差也越大些。因此，洛氏硬度数据不如布 氏、维氏稳定，当然更不如维氏精确。
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总的来说，维氏硬度试验具有另外两种试验 的优点而摒弃了它们的缺点，此外还有它 本身突出的特点——负荷大小可任意选择。 唯一的缺点是硬度值需通过测量对角线后 才能计算(或查表)出来，因此生产效率没有 洛氏高。
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钢板表面状况介绍
• 麻面钢板定义： • 麻面钢板表面由无数微观的凸峰和凹谷组 成,这些凹谷可以储存冲压时形成的金属碎 屑和润滑油，因而麻面钢板比光面钢板具 有更好的抗擦伤性能和成形性能，目前麻 面钢板已广泛用于汽车车身的生产。
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液压成型
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热压成型
热压成型的优势： • 得到超高强度的车身零件； • 减轻车身重量； • 提高车身安全性、舒适性； • 改善冲压成形性； • 控制回弹，提高零件尺寸精度； • 提高焊接性、表面硬度、抗凹性和耐腐蚀性； • 降低压机吨位要求；
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• 麻面钢板生产工艺： • 将平整辊用喷丸、激光等三种方法加工成 表明毛化的平整辊，然后用毛化的平整辊 对冷轧退火的钢板进行平整就得到了麻面 钢板。 • 喷丸毛化的平整辊的表面形貌是随机,无序 的,也是很难控制的。 • 激光毛化的平整辊的表面形貌是有规律的, 也是可以控制的。
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• 表面形貌对冲压性能的影响： • 激光毛化低粗糙度的冲压成型性能最好，激光毛 化高粗糙度的次之,喷丸毛化钢板的成形性能最差. 钢板表面形貌对油漆外观质量的影响 汽车车身油漆外观的质量一般用漆膜的鲜映性 来表示,而漆膜鲜映性又受面漆的性能,面漆的涂装 条件和钢板表面形貌的影响。 钢板表面形貌相差特别大时(如冷轧光面钢板表 面粗糙度为0.15um,激光毛化高粗糙度钢板粗糙度 为1.89um)油漆后的外观质量将有明显的差别。钢 板表面粗糙度的波动范围为0.72一1.26um,油漆后 的漆膜遮盖了几乎所有钢板表面形貌的差别.
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• 四方角锥之所以选取136°，是为了所测数据与 HB值能得到最好的配合。因为一般布氏硬度试验 时，压痕直径d多半在0.25D到0.5D之间，当d＝ 0.375D时，通过此压痕直径作钢球的切线，切线 的夹角正好等于136°。所以通过维氏硬度试验所 得到的硬度值和通过布氏硬度试验所得到的硬度 值能完全相等，这是维氏硬度试验的第二个特点。 此外，采用四方角锥后，压痕为一具有清晰轮廓 的正方形，在测量压痕对角线长度d时误差小，这 点比用布氏硬度测量圆形的压痕直径d要方便得多。 还有，采用金钢石制压头可适用于试验任何硬质 的材料。
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• 弹性模量 • 弹性模量E表示材料在外载荷下抵抗弹性变形的能 力。钢铁的弹性模量一般为２１０ＧＰａ，不同 类型的材料，其弹性模量可以差别很大。材料的 弹性模量主要取决于结合键的本性和原子间的结 合力，改变材料的成分和组织会对材料的强度(如 屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚 度影响不大。 • 例如铁(钢)的弹性模量为210GPa，是铝(铝合金)的 三倍(EAl≈70GPa)。弹性模量是和材料的熔点成正 比的，越是难熔的材料弹性模量也越高。
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热轧酸洗钢板
• 热轧板指在温度t>800℃时轧制而成的晶粒较冷轧板粗 大、含碳量较冷轧板高、塑性较冷轧板差的钢板。其生产 流程短，成本低，主要是用来制造汽车车架、车轮、车厢 及底盘和结构件。这种钢板经盐酸酸洗在线平整和涂油， 钢板表面光洁平整，尺寸精度高，称热轧酸洗钢板。可用 它代替部分冷轧钢板生产结构件和深冲件，以降低汽车成 本。热轧板有酸洗和非酸洗两种，但汽车用热轧板一般采 用酸洗板。热轧板按照成形特点分为冷成形用热连轧钢板 及钢带、汽车结构用热连轧钢板及钢带。 • 常用牌号：SPHC、SPHD、SPHE、SAPH370、SAPH440、
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• 维氏硬度的测定原理和布氏硬度相同,也是 根据单位压痕陷凹面积上承受的负荷，即 应力值作为硬度值的计量指标。所不同的 是维氏硬度采用锥面夹角为136°的四方角 锥体，由金钢石制成。之所以采用四方角 锥，是针对布氏硬度的负荷P和钢球直径D 之间必须遵循P/D2为定值的这一制约关系 的缺点而提出来的。采用了四方角锥，当 负荷改变时压人角不变，因此负荷可以任 意选择，这是维氏硬度试验最主要的特点， 也是最大的优点。
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• 屈服强度 • 金属试样在静拉力（5mm/min）试验过程中， 载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的 现象，称为“屈服”。是永久塑性变形的 开始。 • 抗拉强度 • 金属试样在拉力试验时，拉断前所能承受 的最大应力，单位为MPa。
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• 伸长率 • 金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所 增加的长度与原始标距长度的百分比，称为伸长 率。 • 应变强化指数n • 钢材在拉伸中实际应力（纵轴）－应变（横轴） 曲线的斜率。其物理意义是，n值高，表示材料在 成形加工过程中变形容易传播到低变形区，而使 应变分布较为均匀，减少局部变形集中现象，因 此n值对拉延胀形非常重要。n反应了材料开始屈 服以后，继续变形时材料的应变硬化情况，它决 定了材料开始发生颈缩时的最大应力。
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• 洛氏硬度值的规定 • 生产上用得最多的是A级、B级和C级，即HRA(金钢石圆 锥压头、60kgf负荷)，HRB(1/16"钢球压头、100kgf负荷) 和HRC(金钢石圆锥压头、150kgf负荷)，而其中又以HRC 用得最普遍。 • 因为洛氏硬度是以压痕陷凹深度t作为计量硬度值的指标。 在同一硬度级下，金属愈硬则压痕深度t愈小，愈软则t愈 大。如果直接以t的大小作为指标，则将出现硬金属t值小 从而硬度值小，软金属的t值大从而硬度值大的现象，这 和布氏硬度值所表示的硬度大小的概念相矛盾，也和人们 的习惯不一致。为此，只能采取一个不得已的措施，即用 选定的常数来减去所得t值，以其差值来标志洛氏硬度值。 此常数规定为0.2mm(用于HRA、HRC)和0.26mm (用于 HRB)。
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双相钢
双相钢是由铁素体和马氏体两相组织构成 的钢板，马氏体弥散分布在铁素体基体上， 马氏体的体积百分比一般不超过20％。钢 板的强度主要由马氏体的体积百分比的多 少决定。 常用的牌号：DP600、DP800。
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低合金高强钢
• 低合金高强度钢是在低碳钢中添加少量的 Ni或Ti等合金元素(总量不超过3%)，使其与 C、N等元素形成碳化物、氮化物并在铁素 体基体上析出从而提高钢的强度。这种钢 具有良好的成形性能和较高的强度，主要 用于汽车座椅、横梁等结构件。 • 常用的低合金高强度钢有B340LA、 B410LA、B280VK(宝钢)等。
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激光拼焊
激光拼焊： 优势： •减少零件数量和零件重量 •通过材料的合理选择，降低采购成本 •减少余料和废料的运输，提高钢材的利用率 •减少模具数量、装配工序和装配工具，同时提高装 配精度 •减轻车身重量、降低能耗、减少污染、提高车速 •焊缝细小、焊缝热影响区窄、焊缝表面质量好 •解决宽体车的生产
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• 塑性应变比r值 • r值表示钢板拉伸时，宽度方向与厚度方向应变比之比值。 r值越大，表示钢板越不易在厚度方向变形（越不容易开 裂），深冲性越好。ｒ值是表征深冲性的重要指标。 • 真实应力——应变曲线 • 材料开始屈服以后，继续变形将产生加工硬化。但材料的 加工硬化行为，不能用工程应力-应变曲线来描述。因为 工程应力σ=F/A,工程应变δ＝ΔL/L0 。应力的变化是以不变 的原始截面积来计量，而应变是以初始的试样标距长度L0 来度量。但实际上在变形过程的每一瞬时试样的截面积和 长度都在变化，这样，自然不能真实反映变形过程中的应 力和应变的变化，而必须采用真实应力-应变曲线。
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加磷高强钢
冷轧高强度钢板主要用磷强化,这是由于磷的 强化能力很强,约为硅的7倍,锰的10倍。只要钢中 磷含量≤0.12%,其对钢的冷脆性影响甚微，还应当 指出,随着钢中含碳量增加,磷的冷脆性倾向加大。 加磷高强度钢在组织上具有以下两个特点： 1)磷属于置换固容强化,当磷原子置换铁原子时,在磷 原子周围产生弹性形变,引起晶格位移,从而使钢强 化。 2)磷有利于在钢板表内层形成致密的保护层,提高了 钢板的耐腐蚀性能，其耐蚀性提高15%～30%， 可以弥补高强度钢板减薄对耐蚀性的不利影响。 常用牌号：B170P1，B210P1，B250P1
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镀锌钢板
• 主要分为电镀锌钢板和热镀锌钢板，目前 XX公司用的镀锌钢板都是热镀锌钢板，原 因是热镀锌的成本比较低。是镀纯锌的。 镀纯锌的耐蚀性好。 • 热镀锌钢板的成本要比基板的价格高出800 元/吨。热镀锌钢板的镀层又分为纯锌和锌铁合金。镀锌钢板对焊接性能有较大影响。
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车身钢材的性能指标
• 车身钢材常用的基本性能指标有： • 屈服强度、抗拉强度、伸长率、应变强化 指数n，即加工硬化指数 • 塑性应变比r值，即宽度方向和厚度方向的 变化比值 • 弹性模量E • 硬度
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• 布氏硬度 • a. 布氏硬度试验的基本原理 • 布氏硬度的测定原理是：在直径D的钢珠上，加一定负荷 P，压入被试金属的表面，根据金属表面压痕的陷凹面积F 凹计算出应力值。布氏硬度的符号以HB标计。 • b. 布氏硬度试验的优缺点和适用范围 • 优点：代表性全面，因为其压痕面积较大，能反映金属表 面较大体积范围内各组成相综合平均的性能数据，故特别 适宜于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或粗大组成 相的金属材料。试验数据稳定，试验数据从小到大都可以 统一起来。 • 缺点：１、钢球本身变形问题。对HB>450以上的太硬材 料，因钢球变形已很显著，影响所测数据的正确性，因此 不能使用。 • ２、不宜于某些表面不允许有较大压痕的成品检验，也不 宜于薄件试验。