SPCC鋼材料與5052鋁合金與在長期運轉過程中的性能對比分析

趙東升

摘要：本文通過選定某材料用SPCC鋼以及5052鋁合金兩種材料作為實驗材料進行壓印接頭的拉伸試驗，觀察試樣在頸狀部位被撕裂，說明壓印接頭的拉伸強度主要與上板頸部強度有關。在進行疲勞試驗的測試時，在盲孔邊緣有宏觀裂紋出現，互鎖部分有剝離，指出車身次承載結構可以采用壓印連接。為了更好的控制成本，要合理選擇材料。

關鍵詞：SPCC鋼，5052鋁合金，拉伸，疲勞

Comparative analysis of performance between SPCC steel material and 5052 aluminum alloy during long-term operation

Zhao Dongsheng

Hebei Jinxi Iron and Steel Group Heavy Industry Technology Co.， Ltd.， Tangshan， Hebei 063000， China

Abstract： In this paper， the tensile test of the embossed joint was carried out by using SPCC steel and 5052 aluminum alloy as the experimental materials. The tensile strength of the embossed joint was mainly observed. It is related to the strength of the upper neck. In the test of the fatigue test， macro cracks appeared at the edge of the blind hole， and the interlocking portion was peeled off， indicating that the secondary load-bearing structure of the vehicle body can be embossed. In order to better control costs， it is necessary to choose materials reasonably.

Key words： SPCC steel， 5052 aluminum alloy， tensile， fatigue

0引言

SPCC鋼表示一般用冷軋碳素鋼薄板以及鋼帶，是一種特殊要求的鋼材，5052鋁合金表面不允許有裂紋、腐蝕、硝鹽痕跡等^[1]，對表面平整度也有很高的要求。二者具有很強的拉伸性能，為了對二者的拉伸性能，疲勞性能進行對比，本文設定了一系列的實驗^[2]。最后指出拉伸斷裂常在頸狀部位發生，疲勞失效發生在盲孔邊緣，并沿著垂直方向擴展，斷裂發生在接頭部位^[3]。為了在保證性能的情況下盡可能地降低成本，必須選擇便宜的材料，避免使用貴重材料^[4]。

1實驗步驟

1.1制備試樣

如圖1所示，在壓印連接設備上分別對5052鋁鋁合金以及SPCC鋼薄板壓印連接，量材料的有關參數如表1所示。選SR5210作為上模，SR60310作為下模來制備SPCC鋼壓印接頭，上下兩板料尺寸相同，都是110毫米×20毫米×1毫米，并有20毫米長的搭接部分。選擇SR5010作為上模，SR60314作為下模進行鋁合金壓印接頭實驗，上下板料尺寸為110毫米×20毫米×2毫米，也是具有20毫米長的搭接部分。工作壓力為0.6兆帕，連接拉力是50千牛。每一種材料都要有12個試樣，制備時使鋼壓印接頭底厚是0.65毫米，鋁合金壓印接頭底厚是1.4毫米。

1.2試驗方法

從每一組壓印連接接頭試樣中跳出一半作拉剪試驗，進而實際疲勞試驗的載荷分級。對疲勞試驗機進行靜載拉剪試驗，拉伸速度是每分鐘5毫米。汽車行駛的時候有20赫茲的壓印接頭振動頻率。正弦波載荷以及載荷比恒定時，用70%、75%、80%、85%、90%、95%這6中不同的載荷水平用疲勞試驗機進行疲勞試驗，實驗的斷裂循環次數為N。當位移變化量相對穩定循環周次時為350%時，試樣失效。

2結果及分析

2.1拉剪性能

在拉伸時拉伸力逐漸變大時SPCC鋼壓印接頭試樣于上板頸狀部位被撕裂，具體如圖2所示。通過分析圖3可知，5052鋁合金拉伸時的位移載荷曲線相對來說是集中分布，由此可見，這些載荷數據誤差較小。并且在開始拉伸的時候，為平穩的受理階段，沒有明顯的屈服。而一段平穩后，曲線下降的很快，出現屈服，最后引起斷裂。

如圖4所示，上板頸被拉斷是6個鋁合金壓印接頭試樣的失效形式。最大剪應力位于上下板結合的頸部位置。

鋼位移載荷曲線如圖5所示。剛開始的直線是彈性變形階段，有不明顯的塑性變形階段。屈服以后鋁合金有一平緩階段，鋼沒有。鋼在到達最大載荷時驟降，最后發生斷裂。上板頸拉斷是鋼壓印接頭拉剪試驗的失效形式，并且下板有接頭互鎖部分的脫離，剪切失效以及剝離失效是壓印接頭的失效形式。

2. 2疲勞性

疲勞試驗時，SPCC鋼壓印接頭在軸向的交變載荷下循環一定次數以后，有宏觀裂紋在接頭的盲孔邊緣出現，并向與載荷垂直的方向擴展，具體如圖6所示。在鋼板接頭處發生了斷裂，不僅互鎖部分有剝離，而且頸部被撕斷，有不規則毛邊形成，具體如圖7所示。

3結論

從上下板接觸擠壓的頸部發生斷裂是5052鋁合金壓印接頭在靜載時的破壞形式。壓印接頭在處于疲勞狀態時在盲孔邊緣有宏觀裂紋出現，并進一步擴大，直至斷裂。車身次承載結構用壓印連接可行。為了控制成本，要求在滿足性能的前提下，盡量選用便宜的材料。

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