近年來，隨著汽車行業逐漸向著輕量化發展，DP600雙相鋼作為成熟的先進高強鋼，其組織由軟相鐵素體和硬相馬氏體組成，該鋼具有優良的加工性能、冷成型性能和加工硬化性能等。因此，雙相鋼在汽車工業內應用十分廣泛[1]。 

為保證雙相鋼的使用質量，在加工成形前，除對其進行常規的化學成分分析和力學性能測試外，通常還會對其進行擴孔試驗。擴孔試驗主要用于測試汽車板的翻邊性能，執行試驗方法依據GB/T 24524—2021 《金屬材料 薄板和薄帶 擴孔試驗方法》，該方法對擴孔試驗條件、試驗程序、結果判定進行了規定，并給出了壓邊力不小于50 kN的示例，提出了凸模推進速率宜不大于1 mm/s，試驗后最大裂紋開口寬度宜不超過0.1 mm的要求。試驗條件控制不當，會造成擴孔試驗結果的離散程度較大，對材料的真實性能判定造成一定的困擾。為此，筆者分析了凸模推進速率和試驗后貫穿裂紋開口寬度兩個因素對雙向鋼DP600擴孔試驗結果的影響，研究結果可為提高擴孔試驗的準確性提供理論基礎。 

1.   試驗材料與方法

試驗材料為汽車用雙相鋼DP600。將試驗材料剪切加工成尺寸為150 mm×150 mm（長度×寬度）的試樣，并用直徑為10 mm的凸模在試樣中心位置沖制圓孔[2]，試樣1的厚度為2.52 mm，依據標準GB/T 24524—2021，在其他試驗條件固定的前提下，通過改變擴孔凸模推進速率，獲得相應的擴孔試驗結果。試樣2~12的厚度為1.46~7.00 mm，依據標準GB/T 24524—2021，固定凸模推進速率和壓邊力參數，對不同厚度的試樣開展擴孔試驗，測量每個試樣貫穿裂紋開口寬度對應的極限擴孔率。同一試驗條件下開展3次重復試驗。 

2.   試驗結果

2.1   凸模推進速率對極限擴孔率的影響

凸模推進速率是擴孔圓錐形頂頭向上對試樣沖制圓孔進而進行擴孔的實際速率。標準GB/T 24524—2021規定凸模推進速率宜不大于1 mm/s。分別設定凸模推進速率為0.1，0.3，0.7，1.0 mm/s，固定壓邊力為150 kN,試樣1在不同凸模推進速率下的極限擴孔率測試結果如表1所示。 

由表1可知：當凸模推進速率為1.0 mm/s時，試樣1的極限擴孔率平均值為49.5%，極差達到16.5%；當凸模推進速率為0.7 mm/s時，試樣1的極限擴孔率平均值為45.0%，極差為5.5%；當凸模推進速率為0.1，0.3 mm/s時，試樣1的極限擴孔率變化較小，且試樣1的極限擴孔率極差較小；隨著凸模推進速率的減小，試樣1的極限擴孔率平均值和極差均減小[3]。 

2.2   裂紋開口寬度對極限擴孔率的影響

將凸模推進速率設定為0.3 mm/s、壓邊力設定為150 kN，對試樣2~12進行擴孔試驗，結果如表2所示。由表2可知：對于同一組試樣，貫穿裂紋開口寬度越大，試樣的極限擴孔率越大，且極限擴孔率與貫穿裂紋開口寬度、試樣厚度存在相關性。 

3.   綜合分析

當凸模推進速率為1.0 mm/s時，試驗成功率較低，其中有兩塊試樣分別出現了多條裂紋，這主要是因為凸模推進速率較快，當試樣孔邊緣處出現裂紋時，試驗機未能及時停止，擴孔凸模繼續上升，導致試樣擴孔尺寸增大，孔邊緣處裂紋不斷萌生，試驗結果重復性降低。當凸模推進速率為0.1，0.3 mm/s時，試驗成功率相對較高。隨著凸模推進速率的不斷加快，試樣的極限擴孔率平均值和極差隨之變大，擴孔試驗結果的離散性變大。 

試樣擴孔后的宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知：圖1（a）中試樣貫穿裂紋的開口呈現由內至外的“V”形，即外側大、內側小；對于厚度大于3 mm的鋼板，經常會出現外側開口寬度超過1 mm，但內側仍未裂開的裂紋，這種裂紋不屬于貫穿裂紋[見圖1（b）]；同一塊鋼板相鄰位置的兩塊試樣貫穿裂紋開口寬度不同時，其極限擴孔率會有差別，圖1（c）中試樣貫穿裂紋開口寬度為0.08 mm，極限擴孔率為31.5%，圖1（d）中試樣貫穿裂紋開口寬度為0.50 mm，極限擴孔率為45.0%。 

圖  1  試樣擴孔后的宏觀形貌

經進一步分析，極限擴孔率與試樣裂紋開口寬度、試樣厚度的回歸模型如式（1）和圖2所示。 

式中：y為極限擴孔率；x1為試樣厚度；x2為試樣裂紋開口寬度；A、B、C、D、E、F為常數，其中A=－2.822 18±0.003 44，B=25.762 18±0.029 5，C=－117.631 64±0.159 7，D=115.672 33±0.145 97，E=1±0，F=3.009 25±0.063 73。 

圖  2  極限擴孔率回歸模型

由圖2可知：在極限擴孔率回歸模型中，R2（決定系數）和調整后的R2趨同，接近于1，因此該回歸模型較好地預測了極限擴孔率與試樣裂紋開口寬度、試樣厚度之間的關系[4]，即極限擴孔率與試樣厚度的二次方、試樣裂紋開口寬度的二次方成反比，與試樣厚度、裂紋開口寬度成正比。 

4.   結論

（1）對于DP600熱軋雙相鋼，當凸模推進速率為0.1,0.3 mm/s時，試樣的極限擴孔率變化較小，同組試樣極限擴孔率的極差均小于5%。當凸模速率大于0.7 mm/s時，隨凸模速率的增大，試樣的極限擴孔率平均值和極差逐漸變大，擴孔試驗結果的離散性變大。 

（2）對于厚度大于3 mm的DP600熱軋雙相鋼，經擴孔試驗后，常會出現試樣孔邊緣外側開口寬度超過1 mm，但內側仍未裂開的裂紋，該裂紋不屬于貫穿裂紋。 

（3）極限擴孔率測試結果與貫穿裂紋開口寬度、試樣厚度存在相關性。經回歸模型預測，極限擴孔率與試樣厚度的二次方、試樣裂紋開口寬度的二次方成反比，與試樣厚度、裂紋開口寬度成正比。 

文章來源——材料與測試網