QP980鋼低溫韌脆性能信息化分析

楊家新?郭權(quán)興?劉冰

摘 要 QP980鋼具有高強(qiáng)度、高塑性的特點(diǎn)。儀器化沖擊試驗(yàn)方法是對(duì)QP980鋼在不同溫度下的沖擊韌性進(jìn)行分析的可行措施。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，塑性變形是這一類材料的沖擊韌性的主要影響因素。本文主要從QP980鋼的力學(xué)性能入手，對(duì)這一類鋼材的低溫韌脆性能進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 QB980鋼；韌脆性能；薄板沖擊試驗(yàn)

1 QP980鋼的力學(xué)性能分析

QP980鋼的低溫韌脆性能與其自身的力學(xué)性能之間存在著一定的聯(lián)系。現(xiàn)階段我國(guó)汽車行業(yè)所使用的QP980鋼材料主要為寶鋼生產(chǎn)的QP鋼材料[1]。這種鋼材料的厚度為1.2mm；屈服強(qiáng)度為780MPa；抗拉強(qiáng)度為1010MPa；鋼材料的均勻延伸率為18.75。相比于傳統(tǒng)的高強(qiáng)度鋼材料，QP980鋼內(nèi)部良好的微觀組織構(gòu)成，也可以為其自身的力學(xué)性能提供保障。均勻的馬氏體在QP980鋼的組織成分中占有較大比重，殘余奧氏體和鐵素體也在這一類鋼材料的組織成分中占有一定比重。

2 QP980鋼的低溫韌脆性能分析

沖擊韌性是材料對(duì)外來沖擊的抵抗能力的反映。與之相關(guān)的沖擊功轉(zhuǎn)變溫度主要指的是某一類材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。沖擊試驗(yàn)是驗(yàn)證材料韌性的一種有效方式，它可以借助擺錘撕裂試樣厚度方向的縱截面，對(duì)沖擊功的大小進(jìn)行分析。在一般情況下，試驗(yàn)過程中所需的材料的沖擊式樣厚度為10mm，最小厚度為2.5mm，這對(duì)一些厚度方向縱截面較小的薄板，傳統(tǒng)沖擊試驗(yàn)?zāi)Ｊ綉?yīng)用于這一類材料的低溫韌性分析的可行性還需要得到驗(yàn)證。

2.1 試驗(yàn)方法

二次加工脆性試驗(yàn)和薄板沖擊試驗(yàn)是鋼材料低溫韌脆性能分析中所常用的實(shí)驗(yàn)方法。根據(jù)GB/T24173-2009鋼板二次加工脆化實(shí)驗(yàn)方法的要求，試驗(yàn)人員需要將已經(jīng)沖裁完成的圓片加工為應(yīng)用于二次加工催化實(shí)驗(yàn)的樣杯，但是從QP980鋼的二次加工脆化實(shí)驗(yàn)效果來看，試樣上邊緣變形較大的問題的出現(xiàn)，表明實(shí)驗(yàn)樣杯的規(guī)格已經(jīng)超過了QP980鋼的成形極限。試樣上邊緣開裂問題的出現(xiàn)，也表明二次加工脆性實(shí)驗(yàn)難以應(yīng)用與QP980鋼韌脆性能的研究工作之中。

在將薄板沖擊試驗(yàn)應(yīng)用與QP980鋼韌脆性能研究以后，試驗(yàn)人員可以借助儀器化沖擊試驗(yàn)設(shè)備對(duì)薄規(guī)格的沖擊試樣進(jìn)行系列溫度沖擊試驗(yàn)。從具體的試驗(yàn)過程來看，試樣的形狀與斷口的形貌相對(duì)正常，試驗(yàn)過程中未出現(xiàn)因試樣過薄而引發(fā)的打擊部位翹曲的問題，因而薄板沖擊試驗(yàn)在QP980鋼低溫韌脆性能試驗(yàn)分析工作中具有一定的可行性。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

在薄板沖擊試驗(yàn)應(yīng)用于QP980鋼韌脆性能研究以后，試驗(yàn)人員可以在溫度為20℃至-80℃這一溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中關(guān)注的內(nèi)容涵蓋了以下內(nèi)容：一是沖擊功在溫度變化過程中所產(chǎn)生的變化；二是側(cè)膨脹量在溫度不斷變化的情況下所表現(xiàn)出的變化情況；三是斷口形貌隨溫度的變化情況。針對(duì)沖壓成型過程對(duì)其低溫韌脆特性的影響，相關(guān)人員也需要對(duì)QP980鋼材進(jìn)行4.5%和8.5%預(yù)拉伸處理。預(yù)拉伸處理過程具有模擬零部件成形過程的作用，在此基礎(chǔ)上取沖擊式樣進(jìn)行系列溫度沖擊試驗(yàn)，可以讓實(shí)驗(yàn)人員對(duì)塑性變形過程對(duì)鋼的韌脆特性的影響進(jìn)行分析。

通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，QP980鋼在未出現(xiàn)預(yù)應(yīng)變的情況下的常溫沖擊功為16J，在試驗(yàn)溫度逐漸下降的情況下，沖擊功也表現(xiàn)出了逐漸下降的特點(diǎn)。在試驗(yàn)溫度為-50℃至-60℃這一區(qū)間以內(nèi)，沖擊功值約為8J，與之相關(guān)的下降斜率也高于先前的下降斜率。從能量的角度來看，20℃常溫環(huán)境下，與-90℃的溫度環(huán)境可以被視為沖擊功的省平臺(tái)和下平臺(tái)，根據(jù)沖擊韌脆轉(zhuǎn)變溫度的定義，預(yù)應(yīng)變會(huì)讓QP98O鋼的沖擊韌性有所下降。預(yù)變形問題會(huì)讓QP980鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度有所提升。

根據(jù)不同預(yù)應(yīng)變下的沖擊曲線，未出現(xiàn)預(yù)應(yīng)變的試樣的沖擊區(qū)縣具有起裂功低、裂紋擴(kuò)展功較大和延展性強(qiáng)的特點(diǎn)。在預(yù)應(yīng)變水平不斷增加的情況下，裂紋擴(kuò)展功會(huì)表現(xiàn)出不斷減小的特點(diǎn)，除此以外，端口的變化趨勢(shì)與沖擊曲線的變化趨勢(shì)之間也會(huì)具有一致性的特點(diǎn)。溫度變化情況與斷口脆性面積之間存在著一種近似于正相關(guān)的關(guān)系。沖擊曲線，沖擊斷口和沖擊功之間所表現(xiàn)出來規(guī)律性具有一致性的特點(diǎn)。

3 預(yù)應(yīng)變導(dǎo)致材料韌性下降的原因分析

根據(jù)前文論述，預(yù)應(yīng)變問題會(huì)導(dǎo)致QP980鋼出現(xiàn)韌脆性能下降的問題，這一問題的產(chǎn)生原因主要表現(xiàn)在了以下幾個(gè)方面：第一，在預(yù)應(yīng)變效應(yīng)的影響下，材料減薄現(xiàn)象的出現(xiàn)，會(huì)讓材料的厚度有所降低，近而讓試樣實(shí)際承受載荷的面積有所降低。橫截面積的變化也可以被看作是導(dǎo)致沖擊韌性下降的重要因素。第二，預(yù)應(yīng)變會(huì)讓材料內(nèi)部出現(xiàn)加工硬化和相變硬化現(xiàn)象，由此而導(dǎo)致的組織內(nèi)部應(yīng)力集中問題，會(huì)讓材料在外加動(dòng)態(tài)載荷的影響下，出現(xiàn)沖擊功減小的問題。第三，QP980鋼自身因素也是導(dǎo)致韌性下降的主要因素。在預(yù)應(yīng)變過程中，奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，可以讓材料保持良好的沖擊性能；但是在組織內(nèi)的奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體以后，材料仍然會(huì)表現(xiàn)出韌性下降的問題。

4 結(jié)束語

根據(jù)QP980鋼低溫韌脆性能分析結(jié)果。溫度變化情況與斷口脆性面積之間存在著一種近似于正相關(guān)的關(guān)系。沖擊曲線，沖擊斷口和沖擊功之間所表現(xiàn)出來規(guī)律性具有一致性的特點(diǎn)。預(yù)應(yīng)變問題也會(huì)讓QP980鋼韌脆性能有所下降。

參考文獻(xiàn)

[1] 呂超，陳新平.超高強(qiáng)QP980鋼沖壓成形性能[J].精密成形工程，2017，9（06）：1-5.