HC300/500DP在汽車車門外板應(yīng)用驗(yàn)證

冀 鵬

（眾泰汽車工程研究院材料工程部，浙江 杭州 310000）

引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，為了節(jié)能減排，適應(yīng)嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，減輕車身重量已成為必然趨勢(shì)。汽車的輕量化技術(shù)已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流，汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展必定會(huì)成為汽車技術(shù)研發(fā)的主要方向[1]。現(xiàn)階段各主機(jī)廠乘用車車門外板用鋼材基本以傳統(tǒng)的烘烤硬化鋼為主，強(qiáng)度級(jí)別有180MPa級(jí)、220MPa級(jí)，厚度規(guī)格主要為0.75mm、0.7mm、0.65mm。根據(jù)德國(guó)蒂森克虜伯對(duì)汽車車門外板用材趨勢(shì)分析，外板厚度可進(jìn)一步減薄至0.6mm，同時(shí)強(qiáng)度級(jí)別提高至300MPa級(jí)。本文以我司某車型左后門外板為例，通過(guò)對(duì)比0.6mm HC300/500DP與0.7mm HC180B在重量、成本、原材料烘烤硬化性、成形性、抗凹性等方面性能差異，驗(yàn)證0.6mm HC300/500DP在車門外板應(yīng)用可行性。

1 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

以我司某車型左后門外板為例，對(duì)比說(shuō)明兩種材料車門外板的重量和成本。鋼板價(jià)格參考某鋼廠2017年6月的板料含稅價(jià)，因外板為HC300/500DP的車門進(jìn)行了局部補(bǔ)強(qiáng)，需考慮補(bǔ)強(qiáng)膠片的重量和成本，補(bǔ)強(qiáng)膠片供應(yīng)商為天津某公司，厚度1.5mm，形狀為邊長(zhǎng)80mm的矩形，密度1.45g·cm-3，價(jià)格65元/kg，單件成本僅考慮材料費(fèi)用，如表1所示。

表1 原材料價(jià)格、重量、單件成本對(duì)比

由表1可知，外板為HC300/500DP的材料經(jīng)局部補(bǔ)強(qiáng)后，相比HC180B單件減重0.70kg，減幅約13.7%，減重效果非常可觀。HC300/500DP原材料價(jià)格比HC180B貴，但成本卻降低 0.24元/件，主要是由于單件重量減輕使總成本下降的緣故。

2 性能對(duì)比

2.1 材料烘烤硬化性

車門外板要求原材料具有一定的烘烤硬化性，電泳烘烤后材料屈服強(qiáng)度增加，有助于提高外板的局部凹痕抗力。分別測(cè)試兩種材料的烘烤硬化值（BH2），試樣采用 GB/T 228.1-2010規(guī)定的P6試樣，測(cè)試結(jié)果如表2所示。HC300/500DP的烘烤硬化值大于HC180B，具有更優(yōu)異的烘烤硬化性，這是由HC300/500DP的化學(xué)成分和顯微組織共同決定。烘烤硬化機(jī)理主要是與柯氏氣團(tuán)形成、馬氏體回火、殘余奧氏體分解和碳化物析出共同作用的結(jié)果。預(yù)變形后，材料內(nèi)部存在大量位錯(cuò)，140℃烘烤過(guò)程中，有柯氏氣團(tuán)形成，并且鐵素體、馬氏體中會(huì)析出碳化物[2]。HC300/500DP

表2 兩種材料的烘烤硬化值 單位：MPa

含碳量遠(yuǎn)大于 HC180B，且前者的顯微組織為鐵素體和島狀馬氏體，使HC300/500DP的烘烤硬化值較高。

2.2 沖壓成形及包邊性能

圖1 兩種外板材料車門總成間隙檢測(cè)

在車間分別對(duì)兩種材料各10臺(tái)份進(jìn)行沖壓試制，結(jié)果顯示，所有外板制件均合格，門把手、窗框邊部等拉延較深的部位無(wú)開裂、隱裂等問題。面板經(jīng)打磨后未出現(xiàn)拉伸應(yīng)變痕、高點(diǎn)等影響外觀質(zhì)量的缺陷。使用包邊模進(jìn)行內(nèi)外板包邊，經(jīng)檢查，包邊效果良好，無(wú)起皺凸出、未折邊等問題。通過(guò)檢具檢測(cè)車門總成的間隙、面差，檢測(cè)結(jié)果如圖1、圖2所示：

圖2 兩種外板材料車門總成面差檢測(cè)

HC300/500DP相較于HC180B，在強(qiáng)度提高、塑性下降的情況下，成形性能良好，包邊后，外板回彈小，各檢測(cè)點(diǎn)間隙、面差滿足技術(shù)規(guī)范要求。這主要是由雙相鋼的顯微組織特征決定。冷軋雙相鋼的顯微組織由島狀馬氏體顆粒散布于鐵素體基體組成，馬氏體提供了雙相鋼的強(qiáng)度特性，而鐵素體基地則使雙相鋼具有良好的塑性[3]。在沖壓拉延過(guò)程中，連續(xù)的鐵素體基體為雙相鋼提供了足夠的塑性變形能力。

2.3 外板抗凹性

抗凹性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要為：抗凹剛度、局部凹痕抗力、起伏載荷。抗凹剛度是試件抵抗凹陷撓曲的彈性變形能力；局部凹痕抗力是試件抵抗局部凹陷的塑性變形能力；起伏載荷是試件在外載荷達(dá)到一定程度時(shí)，抵抗彈性變形的能力突然喪失，發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象[4]。由于試驗(yàn)設(shè)備有限，僅對(duì)抗凹剛度、起伏載荷進(jìn)行了測(cè)試，局部凹痕抗力采用計(jì)算機(jī)仿真模擬計(jì)算。

2.3.1 抗凹剛度和起伏載荷

分別將兩種外板材料不同的車門總成，經(jīng)電泳烘烤后，進(jìn)行抗凹剛度、起伏載荷（加載60N是否有凹陷失穩(wěn)現(xiàn)象）測(cè)試。測(cè)試點(diǎn)為主觀評(píng)價(jià)薄弱點(diǎn)，即A、B兩點(diǎn)，如圖3所示。共進(jìn)行兩次測(cè)試，第一次測(cè)試車門總成僅電泳烘烤后不作任何處理；第二次測(cè)試，在外板材料為HC300/500DP的車門內(nèi)側(cè)A、B兩點(diǎn)處加貼補(bǔ)強(qiáng)膠片，測(cè)試結(jié)果如表3、4所示。

圖3 抗凹剛度、起伏載荷測(cè)試點(diǎn)

表3 外板抗凹剛度測(cè)試結(jié)果 單位：N·mm-1

表4 起伏載荷測(cè)試結(jié)果

由以上可知，第一次測(cè)試，外板材料為 HC300/500DP的車門總成，A、B兩點(diǎn)抗凹部剛度下降嚴(yán)重，分別降低約29%、37%，靜載荷未達(dá)到60N已出現(xiàn)凹陷失穩(wěn)現(xiàn)象；經(jīng)局部補(bǔ)強(qiáng)后，兩點(diǎn)抗凹剛度均超過(guò)原設(shè)計(jì)車門且無(wú)失穩(wěn)。抗凹剛度、起伏載荷均與試件的厚度、幾何形狀有關(guān)，與材料的屈服強(qiáng)度無(wú)關(guān)[5]。第一次測(cè)試時(shí)，外板材料為HC300/500DP的車門，由于厚度減薄導(dǎo)致抗凹剛度下降，未達(dá)到規(guī)定載荷即出現(xiàn)凹陷失穩(wěn)，盡管HC300/500DP的屈服強(qiáng)度、烘烤硬化值高于HC180B，但屈服強(qiáng)度對(duì)抗凹剛度、起伏載荷無(wú)影響；第二次測(cè)試，在外板材料為HC300/500DP的車門內(nèi)側(cè)A、B兩點(diǎn)處加貼補(bǔ)強(qiáng)膠片，電泳烘烤后，補(bǔ)強(qiáng)膠片附著在車門內(nèi)側(cè)，作用類似于使A、B兩點(diǎn)處厚度增加，抗凹剛度大幅增加，不低于原設(shè)計(jì)車門，加載60N時(shí)無(wú)失穩(wěn)現(xiàn)象。

2.3.2 局部凹痕抗力

采用計(jì)算機(jī)仿真模擬計(jì)算兩種不同材料車門外板的局部凹痕抗力，計(jì)算點(diǎn)依然為A、B兩點(diǎn)，評(píng)估指標(biāo)為一定外載荷下產(chǎn)生的凹陷深度[4]。模擬軟件采用 Abaqus v6.12，通過(guò)逐次增量加載試驗(yàn)方式計(jì)算，增量為50N，計(jì)算規(guī)定外載荷（350N）下產(chǎn)生的凹陷深度，計(jì)算結(jié)果如表5所示。

由表5可知，外板材料為HC300/500DP的車門外板經(jīng)逐量加載至350N，在不補(bǔ)強(qiáng)的情況下，A、B兩點(diǎn)產(chǎn)生的永久凹陷遠(yuǎn)低于外板材料為HC180B的車門。局部凹痕抗力除與材料厚度、零部件幾何形狀有關(guān)外，還與材料的屈服強(qiáng)度有關(guān)[5]。外板材料應(yīng)用HC300/500DP后，雖然厚度減薄，會(huì)導(dǎo)致局部凹痕抗力下降，但材料的屈服強(qiáng)度提高，兩者綜合作用后，HC300/500DP材料的局部凹痕抗力優(yōu)于HC180B，經(jīng)局部補(bǔ)強(qiáng)后，局部凹痕抗力進(jìn)一步提高。

表5 規(guī)定載荷下的凹陷深度計(jì)算結(jié)果 單位：mm

3 結(jié)論

0.6mmHC300/500DP應(yīng)用于車門外板，相比原設(shè)計(jì)的0.7mmHC180B，可大幅度減輕車門外板重量，相應(yīng)的單件成本也有一定程度降低。HC300/500DP材料烘烤硬化性能優(yōu)異，成形性能良好，內(nèi)外板包邊后無(wú)明顯回彈，車門總成間隙和面差均滿足技術(shù)規(guī)范要求，外板抗凹剛度、起伏載荷經(jīng)局部補(bǔ)強(qiáng)后，不低于原設(shè)計(jì)材料，局部凹痕抗力進(jìn)一步提高。因此0.6mm HC300/500DP材料經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，可以應(yīng)用于車門外板。

參考文獻(xiàn)

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