微量元素对钢板冲压性能的影响以及汽车冲压件选材
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普通钢中硅的含量范围在0.17~0.37%。
铬是碳化物形成元素。
它形成硬的碳化物Cr7C3和Cr23C6,另一方面还可以与碳形成复合碳化物。
所有这些碳化物都比初始的渗碳体硬。
作为铁素体形成元素,铬降低了A4温度并提高A3温度,因此以γ-相为代价稳定了α-相。
如果在纯铁中加入大于11%的铬,那么γ-相会全部消失。
4.铬Cr铬的主要作用:在钢中含足够的碳时铬提高钢的硬度,含1%碳的低铬钢是非常硬的;在低碳钢中加入的铬能够提高强度但延展性有所降低;铬提高钢的高温强度;铬提供中等淬透性;在高碳钢中,铬改善耐磨性能;当加入大量的铬,直到25%时,由于在钢的表面形成保护性的氧化物层而改善耐腐蚀能力;与镍元素等配合能提高抗氧化性和钢的热强性,并进一步提高抗腐蚀性;铬促进晶粒长大,导致钢的脆性增加。
铬是结构钢、工具钢、轴承钢、不锈钢和耐热钢中应用很广的元素。
铬在一些钢和合金中的含量范围:铬钢0.30~1.60%,奥氏体铬-镍不锈钢15.0~30.0%,马氏体铬钢4.0~18.0%,铁索体铬钢10.5~27.0%,沉淀硬化钢12.2~18.0%,5.钨W钨是非常强的碳化物形成元素。
它形成非常硬而又稳定的碳化物W2C、WC 和复合碳化物Fe4W2C。
这些碳化物溶解很慢并且只在很高的温度溶解。
因此钨是工具钢的重要成分,尤其是高速工具钢。
在这些钢中,钨显著地提高二次硬化后的硬度。
作为铁素体形成元素,钨降低A4温度而提高A3温度。
钨的主要作用:钨抑制晶粒长大并因此有晶粒细化的作用;钨减少在热加工和热处理过程中的脱碳;钨提高耐磨性;它提高淬火及回火钢的高温硬度;在一些高温合金中,钨提高蠕变强度;钨对淬透性的贡献是非常重要的;钨限制回火软化,含钨的钢加热到600~700℃碳化物仍不会沉淀,从而避免了钢的软化。
是高速工具钢、合金工具钢中应用较多的元素之一。
对钢抗氧化性不利。
钨在一些钢中的含量范围:钨-铬钢1.75%,高速工具钢1.15~21.0%,热作工具钢0~19.0%,冷作工具钢0~2.0%,抗冲击钢0~3.0%.6.钼Mo钼是强的碳化物形成元素。
钢材中各元素对性能性的影响钢材是一种合金材料,由铁和碳以及其他一些合金元素组成。
这些合金元素对钢材的性能有着重要的影响。
以下是一些常见合金元素及其对钢材性能的影响:1.碳(C):碳是钢中最重要的合金元素之一、它可以增加钢的硬度和强度,提高钢的耐磨性和耐蚀性。
高碳钢通常用于制造刀具和弹簧,而低碳钢用于制造汽车零部件和钢材结构。
2.锰(Mn):锰可以增加钢的硬度和强度,并提高钢的韧性。
锰也有助于钢的抗变形和耐疲劳性能。
锰的含量通常在0.3%-1.65%之间。
3.硅(Si):硅可以提高钢的强度和硬度。
在不锈钢中,硅还有助于提高耐高温和耐腐蚀性能。
硅的含量通常在0.15%-0.5%之间。
4.磷(P)和硫(S):磷和硫是常见的杂质元素,它们会降低钢的韧性和塑性,使钢易于出现脆性断裂。
因此,在高品质钢材中通常限制其含量,并采取措施去除或减少这些元素。
5.铬(Cr):铬可以提高钢的抗腐蚀性能,特别是在高温和潮湿环境中。
在不锈钢中,铬的含量通常在10%-30%之间。
6.镍(Ni):镍可以提高钢的强度和韧性,并改善钢的耐腐蚀性能。
镍的含量通常在8%-25%之间。
7.钼(Mo):钼可以提高钢的硬度和强度,特别是在高温下。
钼还能提高钢的耐腐蚀性能和抗变形能力。
钼的含量通常在0.2%-5%之间。
8.钛(Ti):钛可以细化钢的晶粒结构,提高韧性和强度。
钛还能和氮形成氮化钛,进一步提高钢的硬度和耐磨性。
9.铌(Nb):铌可以改善钢的韧性和抗变形能力。
铌还能形成碳化铌,进一步提高钢的硬度和耐磨性。
10.钒(V):钒可以提高钢的硬度和强度,特别是在高温下。
钒还能提高钢的耐磨性和耐腐蚀性能。
钒的含量通常在0.1%-0.5%之间。
除了以上列举的合金元素外,还有其他一些合金元素,如铜(Cu),铝(Al),氮(N)等,它们也可以影响钢材的性能,但作用相对较小。
总之,合金元素的含量和种类对钢材的性能有着重要的影响。
钢铁生产厂商根据钢材的具体用途和要求,通过调整合金元素的含量和比例,来获得所需的钢材性能。
冲压常用材料的化学成分和力学性能一、黑色金属1.深拉深用冷轧钢板发化学成分和力学性能1)深拉深钢板的化学成分深拉深用冷轧钢板主要有08Al、08F、08、及10、15、20钢。
其化学成分如表8—44所示。
表8—44深拉深冷轧薄钢板的化学成分(GB/T5213—1985和GB/T710—1991)(2)影响钢板冲压性能的主要因素化学成分、金属组织、力学性能和表面质量等均影响冲压性能在上述钢号中用量最大的是08钢,并有沸腾钢与镇静钢之分,沸腾钢08F价廉,表面质量好,但偏析比较严重,且有“应变时效”倾向,对于冲压性能要求高,外观要求严格的零件不适合。
08Al镇静钢板价格较高,但性能均匀,“应变时效”倾向小,适用于汽车、拖拉机覆盖件的拉深。
1)08钢中主要元素对冲压性能的影响(表8—45)表8—45主要元素对08钢冲压性能的影响2)深拉深冷轧薄板铁素体晶粒度的标准(表8—46)表8—46深拉深冷轧薄钢板铁素体晶粒级别1)铝镇静钢08Al按其拉深质量分为三级:ZF—拉深最复杂零件;HF—拉深很复杂零件;F—拉深复杂零件2)其他深冲薄钢板(包括热轧板)按冲压性能分级为:Z—最伸拉深件;S—深拉深件;P—普通拉深件3)深拉深冷轧薄钢板的力学性能(表8—47)表8—47深拉深冷轧薄钢板的力学性能(GB/T5213—1985和GB/T710—1991)4)深拉深冷轧薄钢板的杯突试验冲压深度(表8—48)表8—48深拉深冷轧薄钢板的杯突试验冲压深度(GB/T5213—1985和GB/T710—1991)2.常用材料的力学性能(1)黑色金属材料的力学性能(表8—49)表8—49黑色金属材料的力学性能(2)钢在加热时的抗剪强度(表8—50) 表8—50 钢在加热状态的抗剪强度 (单位:MPa )(3) 普通碳素钢冷弯实验指标(8-51)表8—51普通碳素钢冷弯试验指标(GB700—1988)注:B—试样宽度二、有色金属有色金属的力学性能(表8—52)表8—52有色金属的力学性能三、非金属(1)非金属材料的极限抗剪强度(表8—53)表8—53非金属材料的极限抗剪强度(单位:MPa)(2)非金属材料加热时的抗剪强度(表8—54)表8—54非金属材料加热时的抗剪强度注:表列抗剪强度用于普通凸模冲裁时的计算值。
- 134 -微量元素对钢板冲压性能的影响以及汽车冲压件选材葛 辉(桂林大宇客车有限公司,广西 桂林 541003)【摘 要】文章详细介绍了微量元素对钢板冲压性能的影响以及汽车冲压件在选材时的注意事项,可供业内工程技术人员参考。
【关键词】板料冲压;微量元素;冲压件;选材 【中图分类号】TG386.4 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)11-0134-02(一)引言 板料冲压是一种低成本高效率的生产方法,在汽车工业中占有显著的地位,汽车冲压件所用的材料不仅要满足设计的技术要求,还应当满足冲压工艺要求。
汽车冲压件的工艺要求主要是:① 材料应具有良好的塑性尤其是优异的深冲性能;② 材料应具有良好的表面质量,特别是外部覆盖件应光洁、平整、无缺陷、无损伤,不允许成形后的零件表面出现滑移线;③ 材料应具有严格的厚度尺寸公差。
碳钢价格低廉,易于加工,是汽车工业应用最为广泛的金属材料,钢板冲压件在汽车零部件中的比例很大,而且形状越来越复杂。
在使用钢板制造各种形状及尺寸的构件时,一般会经过剪切、冲裁、弯曲、拉延和成形等工序,这些工序的完成都与材料塑性有着密不可分的关系。
(二)微量元素对钢板冲压性能的影响 碳钢中除了铁和碳两个基本组成元素之外,还包含了Si、Mn、S、P 等常存杂质元素,有时为了改善钢板的机械性能,往往人工添加一些合金元素,如Al、Ti、Nb 等,这些微量元素对钢板机械性能的影响不尽相同。
1.碳的影响 碳是钢中的一种最基本的元素,它对钢板强度尤其是抗拉强度的影响特别显著。
我们用公式来表示的钢板的屈服强度和抗拉强度分别为式(1)、式(2)中:h 为冷轧钢板的厚度。
式(1)、式(2)表明各元素对钢材强度的影响程度是不同的,从式(1)可以看出,碳对屈服强度σs 的影响仅次于Ti、P、V,从式(2)可以看出,碳对抗拉强度σb 的影响居首位。
含碳量增加,会增加钢材中Fe 3C 的数量,钢板的抗拉强度和屈服强度提高,塑性降低,使冲压性能恶化,特别是当Fe 3C 出现于晶界时,对冲压性能的不利影响更大,对冷轧钢板深冲性能的影响尤著。
各种元素对钢材的影响;你值得拥有元素1:H(氢)对钢铁性能的影响:H是一般钢中最有害的元素,钢中溶有氢会引起钢的氢脆、白点等缺陷。
氢与氧、氮一样,在固态钢中溶解度极小,在高温时溶入钢液,冷却时来不及逸出而积聚在组织中形成高压细微气孔,使钢的塑性、韧度和疲劳强度急剧降低,严重时会造成裂纹、脆断。
“氢脆”主要出现在马氏体钢中,在铁氧体钢中不十分突出,一般与硬度和含碳量一起增加。
另一方面,H能提高钢的磁导率,但也会使矫顽力和铁损增加(加H后矫顽力可增大0.5~2倍)。
元素2:B(硼)对钢铁性能的影响:B在钢中的主要作用是增加钢的淬透性,从而节约其他较稀贵的金属,与镍、铬、钼等。
为了这一目的,其含量一般规定在0.001%~0.005%范围内。
它可以代替1.6%的镍、0.3%的铬或0.2%的钼,以硼代钼应注意,因钼能防止或降低回火脆性,而硼却略有促进回火脆性的倾向,所以不能用硼将钼完全代替。
中碳碳素钢中加硼,由于提高了淬透性,可使厚20mm以上的钢材调质后性能大为改善,因此,可用40B和40MnB钢代替40Cr,可用20Mn2TiB钢代替20CrMnTi渗碳钢。
但由于硼的作用随钢中碳的含量的增加而减弱,甚至消失,在选用含硼渗碳钢时,必须考虑到零件渗碳后,渗碳层的淬透性将低于芯部的淬透性的这一特点。
弹簧钢一般要求完全淬透,通常弹簧面积不大,采用含硼钢有利。
对高硅弹簧钢硼的作用波动较大,不便采用。
硼和氮及氧有强的亲和力,沸腾钢中加入0.007%的硼,可以消除钢的时效现象。
元素3:C(碳)对钢铁性能的影响:C是仅次于铁的主要元素,它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和焊接性能等。
当钢中含碳量在0.8%以下时,随着含碳量的增加,钢材的强度和硬度提高,而塑性和韧性降低;但当含碳量在1.0%以上时,随着含碳量的增加,钢材的强度反而下降。
随着含碳量的增加,钢材的焊接性能变差(含碳量大于0.3%的钢材,可焊性显著下降),冷脆性和时效敏感性增大,耐大气锈蚀性下降。
钢材中各微量元素的作用钢材中有各种微量的元素,在为了提高钢材的某一方面的物理性能或者化学性能的时候就会提高一些有益微量元素的含量或者减少一些有害微量元素的含量。
有益的微量元素有碳元素、铬元素、锰元素、钼元素、镍元素、硅元素、钨元素和钒元素等,微量的有害元素主要是指磷元素和硫元素。
这些微量元素在钢材中起到了强度、韧性、耐磨性、耐震性、耐腐蚀性等关键作用。
首先碳元素在钢材中的作用是至关重要的。
如果说钢材是建筑行业的骨,那么碳元素就是钢材中的骨。
碳元素主要作用就是加钢材的硬度。
碳的含量越高,钢材的硬度就越高,钢材中碳的含量和钢材钢材的硬度是正比关系。
但是任何事情都是一把双刃剑,在碳的含量越高时,钢材的硬度会越来越高,但是钢材的塑性和韧性却会越来越差,钢材中碳元素的含量和钢材的塑性、韧性成反比。
所以我们要好好利用碳元素,让钢材的硬度提高和塑性和韧性提高之间做出优化曲线,进行选择。
铬元素能提高钢的钢材的淬透性和耐磨性。
淬透性就是指的是提高钢材在淬火和元素渗透的过程,耐磨性指的是钢材在不断反复摩擦过程中不容易损坏。
铬元素还能够改善钢材的抗腐蚀性和抗氧化性,铬元素含量越高的情况下,在热处理或者焊接等加温情况下可能控制氧化皮的产生,而且在钢材遇到酸与碱的情况下,可以缓解酸碱的腐蚀能力。
锰元素能够提高钢的强度,使钢材能够承受扭矩和压力、剪切力。
并且和铬元素一样能够提高钢材的淬透性,在钢材中有一种含锰量很高的合金钢,它具有十分好的耐磨性能和强度、硬度等其他的物理性能。
我们常常把它叫做高锰钢。
钼元素可以明显的提高钢材的淬透性,这一个功能和铬、锰元素的功能一样。
但是钼元素还可能防止钢材的回火脆性,这样使得需要进行回火处理的钢材含钼元素的重要性。
而且钼元素还有一个非常重要的作用就是能够提高钢材的剩磁性和娇顽性能。
钼元素是耐热钢不可或缺的元素。
镍元素也可以钢材的淬透性,还可以增加钢的强度和韧性。
当镍元素的含量显著提高时,钢材的抗腐蚀能力。
钢材中各元素对性能性的影响钢材中各元素对性能性的影响1、碳(C):钢中含碳量增加,屈服点和抗拉强度升高,但塑性和冲击性降低,当碳量0.23%超过时,钢的焊接性能变坏,因此用于焊接的低合金结构钢,含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力,在露天料场的高碳钢就易锈蚀;此外,碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅(Si):在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂,所以镇静钢含有0.15-0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限,屈服点和抗拉强度,故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入 1.0-1.2%的硅,强度可提高15-20%。
硅和钼、钨、铬等结合,有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用,可制造耐热钢。
含硅1-4%的低碳钢,具有极高的导磁率,用于电器工业做矽钢片。
硅量增加,会降低钢的焊接性能。
3、锰(Mn):在炼钢过程中,锰是良好的脱氧剂和脱硫剂,一般钢中含锰0.30-0.50%,在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”,较一般钢量的钢不但有足够的韧性,且有较高的强度和硬度,提高钢的淬性,改善钢的热加工性能,如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11-14%的钢有极高的耐磨性,用于挖土机铲斗,球磨机衬板等。
锰量增高,减弱钢的抗腐蚀能力,降低焊接性能。
4、磷(P):在一般情况下,磷是钢中有害元素,增加钢的冷脆性,使焊接性能变坏,降低塑性,使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%,优质钢要求更低些。
5、硫(S):硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性,降低钢的延展性和韧性,在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利,降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%,优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫,可以改善切削加工性,通常称易切削钢。
6、铬(Cr):在结构钢和工具钢中,铬能显著提高强度、硬度和耐磨性,但同时降低塑性和韧性。
591351714804微量元素对钢材性能的影响《砷的冶金物理化学属性及其对钢热轧过程的影响》徐芗明宝山钢铁股份有限公司特殊钢分公司制造管理部砷对钢的危害体现在以下几个方面:1.砷易在钢的界面处产生偏聚,导致回火脆现象;2.在热加工时砷使钢材产生表面热脆裂纹等缺陷;3.砷对钢的硬度有不利影响;4当钢中砷含量大于0.02%时,会导致成分严重偏析,改变晶粒组织结构,破坏金属的连续性;5砷使钢的冷脆性能增加,延伸率,断面收缩率及冲击韧性降低,并使钢的焊接性能变差,一般用途低碳钢中的成分应控制在小于0.02%~0.045%作者对实验钢砷的面扫描图像分析,发现砷在试样表层中分布明显不均匀,在试样表层的氧化物内,砷明显低于基体,这表明实验钢在加热过程中,铁变氧化成氧化物,而砷不被氧化,而砷扩散到未氧化的基体中去,使基体中砷的含量增加,从而使基体和氧化物中,砷分布明显不均匀,因此,当钢坯在高温氧化性气氛下长时间加热时,发生严重氧化的钢表层中砷向铁素体基体富集,从而引起钢表层的热塑性降低。
含砷在氧化性气氛加热的过程中,砷不断被排列到氧化层下的金属中,当砷含量超出在铁中的溶解极限时,就会在氧化层和金属界面间形成溶融的液相,在热加工拉应力作用下,这些液相则会湿润晶界而产生表面热脆裂纹。
综合砷元素的特点及热轧缺陷检验结果,对热连轧的裂纹原因分析如下:1由于砷元素容易偏析于晶界,降低了晶界表面能,弱化了晶界,增大了沿晶界脆性断裂的倾向,降低了钢的脆性断裂抗力。
2当钢坯在高温,氧化性气氛下长时间加热时,发生严重氧化的钢表层中砷向铁素体基体富集,从而引起钢表层的热塑性降低。
3同时砷与铁素体固溶,脆化了铁素体组织,钢坯经加热后恶化了钢的基体组织强度,降低了钢的延性。
改善含砷钢热塑性的轧制对策为改善含砷钢的塑性,依据以上分析裂纹产生的机理,对原轧制工艺进行了优化和调整,设计了如下工艺:1降低加热温度,缩小各加热段上,下加热温差控制范围,加热温度按下限控制,使加热温度更均匀。
C、Mn、Si、S、P、Cr、Mo这几种元素含量在钢中的作用和对性能的影响-新版.pdfC、Mn、Si、S、P、Cr、Mo这几种元素含量在钢中的作用和对性能的影响1、铬(Cr)铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。
可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆;含量超过12%时。
使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。
还增加钢的热强性,铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。
铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。
降低伸长率和断面收缩率。
当铬含量超过15%时,强度和硬度将下降,伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。
含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。
铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。
使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能,在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物,从而提高材料表面的耐磨性。
含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。
铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性。
有良好的回火稳定性。
在电热合金中,铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。
(1) 对钢的显做组织及热处理的作用A、铬与铁形成连续固溶体,缩小奥氏体相区城。
铬与碳形成多种碳化物,与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等.铬与铁可形成金属间化合物σ相(FeCr)B、铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少C、减缓奥氏体的分解速度,显著提高钢的淬透性.但亦增加钢的回火脆性倾向(2)对钢的力学性能的作用A、提高钢的强度和硬度.时加入其他合金元素时,效果较显著B、显著提高钢的脆性转变温度C、在含铬量高的Fe-Cr合金中,若有σ相析出,冲击韧性急剧下降(3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用A、提高钢的耐磨性,经研磨,易获得较高的表面光洁度B、降低钢的电导率,降低电阻温度系数C、提高钢的矫顽力和剩余磁感.广泛用于制造永磁钢D、铬促使钢的表面形成钝化膜,当有一定含量的铭时,显著提高钢的耐腐蚀性能(特别是硝酸)。
若有铬的碳化物析出时,使钢的耐腐蚀性能下降E、提高钢的抗氧化性能F、铬钢中易形成树枝状偏析,降低钢的塑性G、由于铬使钢的热导率下降,热加工时要缓慢升温,锻、轧后要缓冷(4)在钢中的应用A、合金结构钢中主要利用铬提高淬透性,并可在渗碳表面形成含铬碳化物以提高耐磨性B、弹簧钢中利用铬和共他合金元素一起提供的综合性能C、轴承钢中主要利用铬的特殊碳化物对耐磨性的贡献及研磨后表面光沽度高的优点D、工具钢和高速钢中主要利用铬提高耐磨性的作用,并具有一定的回火稳定性和韧性E、不锈钢、耐热钢中铬常与锰、氮、镍等联合便用,当需形成奥氏体钢时,稳定铁素体的铬与稳定奥氏体的锰、镍之间须有一定比例,如Cr18Ni9等F、我国铬资源较少.应尽量节省铬的使用2、钼(Mo)钼在钢中能提高淬透性和热强性。
冲压材料性能要求冲压材料是指通过冲压工艺将金属板材压制成所需形状的材料。
冲压材料性能的要求主要涉及到机械性能、化学成分、硬度和表面质量等方面。
下面将详细介绍冲压材料性能要求的主要内容。
1.机械性能冲压材料的机械性能主要包括强度、塑性和韧性等指标。
材料的强度要足够高,能够承受冲压过程中的各种应力,以及在使用过程中的负荷。
材料的塑性和韧性要足够好,能够在冲压过程中发生塑性变形,并且能够抵抗断裂。
2.化学成分冲压材料的化学成分要符合相关标准和要求。
材料的化学成分包括主要元素和杂质元素。
主要元素的含量要稳定,保证材料的均匀性和一致性。
杂质元素的含量要控制在合理的范围内,以防止对材料性能的不利影响。
3.硬度冲压材料的硬度是指材料在外力作用下抵抗形变和磨损能力的大小。
硬度直接影响到冲压材料的耐磨性和耐疲劳性。
对于不同的冲压工艺和应用要求,冲压材料的硬度要做出相应的调整,以确保材料能够在冲压过程中,保持形状稳定和表面质量。
4.表面质量冲压材料的表面质量是指材料表面的光洁度、平整度和无缺陷程度等指标。
冲压材料在冲压过程中,容易受到划伤、凹陷和氧化等表面缺陷的影响。
因此,冲压材料的表面质量要求要高,要求表面光滑、平整且无明显缺陷。
5.热处理性能冲压材料的热处理性能是指材料经过热处理后的组织结构和性能变化情况。
热处理可以改变材料的硬度、强度、韧性等性能,使其适应不同冲压工艺和需要。
因此,冲压材料的热处理性能也是一个重要的性能要求。
综上所述,冲压材料的性能要求主要包括机械性能、化学成分、硬度和表面质量等方面。
这些性能要求是为了确保冲压材料能够满足冲压工艺和使用要求,保证冲压零件的质量和性能。
只有选择合适的冲压材料,并对其性能进行全面的控制和调整,才能保证冲压工艺的成功进行以及冲压零件的良好使用。
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【关键词】板料冲压;微量元素;冲压件;选材 【中图分类号】TG386.4 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)11-0134-02(一)引言 板料冲压是一种低成本高效率的生产方法,在汽车工业中占有显著的地位,汽车冲压件所用的材料不仅要满足设计的技术要求,还应当满足冲压工艺要求。
汽车冲压件的工艺要求主要是:① 材料应具有良好的塑性尤其是优异的深冲性能;② 材料应具有良好的表面质量,特别是外部覆盖件应光洁、平整、无缺陷、无损伤,不允许成形后的零件表面出现滑移线;③ 材料应具有严格的厚度尺寸公差。
碳钢价格低廉,易于加工,是汽车工业应用最为广泛的金属材料,钢板冲压件在汽车零部件中的比例很大,而且形状越来越复杂。
在使用钢板制造各种形状及尺寸的构件时,一般会经过剪切、冲裁、弯曲、拉延和成形等工序,这些工序的完成都与材料塑性有着密不可分的关系。
(二)微量元素对钢板冲压性能的影响 碳钢中除了铁和碳两个基本组成元素之外,还包含了Si、Mn、S、P 等常存杂质元素,有时为了改善钢板的机械性能,往往人工添加一些合金元素,如Al、Ti、Nb 等,这些微量元素对钢板机械性能的影响不尽相同。
1.碳的影响 碳是钢中的一种最基本的元素,它对钢板强度尤其是抗拉强度的影响特别显著。
我们用公式来表示的钢板的屈服强度和抗拉强度分别为式(1)、式(2)中:h 为冷轧钢板的厚度。
式(1)、式(2)表明各元素对钢材强度的影响程度是不同的,从式(1)可以看出,碳对屈服强度σs 的影响仅次于Ti、P、V,从式(2)可以看出,碳对抗拉强度σb 的影响居首位。
含碳量增加,会增加钢材中Fe 3C 的数量,钢板的抗拉强度和屈服强度提高,塑性降低,使冲压性能恶化,特别是当Fe 3C 出现于晶界时,对冲压性能的不利影响更大,对冷轧钢板深冲性能的影响尤著。
因此,在汽车冲压件选材时,难冲件所用的冷轧钢板,往往是低碳钢(C≤0.12%或C≤0.08%),甚至是超低碳IF 钢(C≤0.008%)。
2.硅的影响 硅在钢中是一种有益的元素,在炼钢过程中用作还原剂和脱氧剂,所以钢中常含有0.20%~0.30%的硅。
硅是固溶强化元素,它的原子半径较大,硅固溶到铁素体中可使铁素体产生畸变,从而可以有效地提高铁素体的强度,硅还可以促进钢在回火时的碳化物析出,促进沉淀强化。
硅的置换固溶强化效果较大,但对韧性危害作用也大,高硅的含量会增加钢的轧制抗力,促进钢的脱碳和石墨化以及白点的产生。
硅溶于铁素体中,强化铁素体的作用很大,增加强度,降低塑性,含硅量越低越好,深冲压钢板不能用硅脱氧。
一般汽车用冷轧钢板,硅含量应控制在0.03%以下,对于冷轧双相钢板,多用硅和锰强化。
3.锰的影响锰在钢中也是一种有益的元素,锰是良好的脱氧剂和脱硫剂,钢中通常含有0.30%~0.50%的锰。
锰对冷轧钢板的r 值有不利影响,易形成MnS 夹杂,故锰含量应控制在0.35%以下,对超深冲冷轧钢板,Mn≤0.20%。
但锰有防止钢过氧化和避免冷轧钢板边部产生龟裂的有利作用。
锰对冲压性能的直接影响不大,锰和硫形成MnS 夹杂物,其数量和形态对冲压性能有一定影响。
16Mn 钢中MnS 夹杂,在轧制温度下具有好的塑性,轧制时沿着轧向伸长,形成细长条MnS 夹杂。
冲压成形时,这种夹杂物与金属界面分离而形成显微空洞,成为零件冲压开裂的起始点。
4.磷的影响磷为置换固溶强化元素,其强化能力很强,约为硅、锰的7~10倍,是生产高强度冷轧钢板的最佳元素。
超深冲级的高强度钢板在汽车车身上大量应用,均采用加磷来强化。
含磷高强度冷轧钢板有以下特点:(1)当磷原子进入铁原子晶格内,与铁原子置换形成固溶体。
因磷和铁原子的半径不同,在磷原子周围产生弹性变形而使钢强化。
(2)含磷高强【收稿日期】2009-07-02 【作者简介】葛辉(1970 -),女,广西桂林人,桂林大宇客车有限公司工程师,研究方向为钣金加工工艺。
- 135 -度钢板呈现出良好的强-塑性平衡。
含磷高强度冷轧钢板随着强度的增加,伸长率下降甚微。
一般认为,伸长率是冷轧钢板塑性的良好反应,对于具有各类成形(拉深、胀形和弯曲等)联合成形工艺的汽车冲压用冷轧钢板更为重要。
(3)磷具有改善冷轧钢板塑性应变比γ值的作用。
γ值越高,表征薄板厚度方向较平面方向具有更大的变形抗力,冲压成形时厚度不易变薄,从而提高了深冲性能。
另外,磷对冷轧钢板性能也有不利影响:①磷在钢中容易偏析。
②磷有较明显的冷脆倾向。
钢中的碳含量越高,磷引起的冷脆性越大。
③由于磷的偏析作用,含磷冷轧钢板的力学性能较分散;受强度的制约,成形性能有一定的局限性;回弹和侧壁扭曲均比低碳钢板要大。
影响含磷冷轧钢板的弹性回复的主要因素是屈服强度,同时屈服强度还决定起皱的弹塑性性质。
对于高屈服强度的高强度钢板,失稳为弹性;对于低屈服强度的冷轧钢板,失稳为塑性。
随着屈服强度增加,回弹加大,侧壁扭曲增加,而且零件的起皱高度也在增加。
磷显著地增加强度和脆性,并有偏析倾向,易于形成带状组织,这些都对冲压性能不利。
5.硫的影响硫在钢中是一种有害杂质,它降低钢的延展性及韧性,所以在优质钢中其含量控制在0.045%以下,就是在普通钢中也不得大于0.055%。
硫对冲压用冷轧钢板,是一种有害无益的元素,尽可能降低到最小含量。
硫易形成硫化物,硫化物的数量、形状和分布对冲压性能有很大影响,数量多、且呈细长条状分布的硫化物对冲压性能不利。
6.铝的影响把铝加入钢中主要有三个作用:①作为强脱氧剂或最终脱氧剂,使之成为铝镇静钢;②铝和钢中氮形成AlN,显著降低钢板的“应变时效”倾向;③铝是冷轧钢板获得薄饼形晶粒的必要条件,而博饼形晶粒有利于深冲性能。
钢中铝的最佳含量为其质量分数Al ϖ=(0.03~0.05)%。
7.钛和铌的影响钛有脱氧、细化晶粒和改变硫化物夹杂形态的作用。
钛能使钢的内部组织致密,提高钢的强度。
在超低碳钢(C≤0.005%、N≤0.004%)中加入适量的钛和铌,使钢中C、N 原子被固定成碳氮化合物〔Ti(C,N)、Nb(C,N)〕来保证钢板的深冲性能。
钢中添加铌的一个主要作用优点是可使钢在成分和产品规格范围较宽的情况下获得优良的力学性能。
含铌钢微合金强化的主要机制有固溶强化、晶粒细化、析出强化。
铌的首要作用是细晶强化。
铌是强碳氮化物形成元素,在钢中与碳、氮结合可形成NbC~NbC0.87、Nb(CN)、NbN 等中间相。
在再结晶过程中,因NbC、NbN、Nb(CN)对位错的钉扎和阻止亚晶界的迁移使得再结晶时间大大延长,且随析出量的增加而增大。
铌的另一个重要作用是析出强化,Nb 的碳氮化物析出相作为障碍物与可动位错的交互作用是造成析出强化的本质。
在铌含微量时,铌的强化能力大于钛。
为节约合金元素,降低钢的生产成本,目前国内外大量应用热轧含铌钢板生产汽车纵梁和横梁等。
因为钛优先与氮化合并与硫形成钛硫化合物,增加了钛在钢中的含量。
要获得同级强度的钢板,铌含量仅为钛含量的1/3左右。
但钢中含硫量较高时,钛钢优于铌钢,因为钛能够改变钢中硫化物夹杂的形态。
(三)结束语钢材中微量元素的种类和含量极大地影响着钢材的性能,充分关注因这些元素存在而引起的钢板冲压性能的变化,合理选材,对汽车冲压件的成形是至关重要的。
【参考文献】[1] 王新华.汽车冲压技术[M].北京:北京理工大学出版社,1999.[2] 张晓明.实用连铸连轧技术[M].北京:化学工业出版社,2008.[3] 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册[M].北京:人民交通出版社,2001.[4] 史美堂.金属材料及热处理[M].上海:上海科学技术出版社,1980.(上接第200页)万元,2007年867万元,2003~2007年五年期间共上缴国家税金2046万元,为增加国家和广西地方的财政收入做出贡献。
四年投入固定资产681.2万元,提高了我院技术装备水平和劳动生产力,实现了自我积累、自我完善、自我更新、自我发展的良性循环。
几年来,国有资产保值增值率达168%,确保了企业发展后劲。
并用创收盈余建立了科研奖励基金,重奖获得科研成果奖的科技人员。
事业发展基金有一定的积累,购置、更新了较多的科研仪器设备,改善了科技人员的工作、生活条件,科技人员的收入也有较大的提高,从2003年全院人均收入2.9万元增加到5.6万元,正确处理了国家、集体、个人三者利益关系,所以说科技经济承包责任制是可行的。
2008年在南宁市开展纳税信用等级评定中,经南宁市国家税务局、南宁市地方税务局、自治区地方税务局直属税务分局联合评定,我院及广西建科院监理公司在自治区税务局直属税务分局管理的数千家企业中胜出,两个单位同时被自治区税务局直属税务分局评为“纳税信用等级A 级企业”授予了“A 级纳税信用等级证书”和“A 级纳税信用等级单位”牌匾。
这是一个难得的殊荣,是社会对我们的高度肯定,提高了我院的信用形象和企业的社会信誉。
同时,广西科建建筑工程有限公司2006年也被评为“南宁市西乡塘区二○○六年度经济工作纳税突出贡献企业”。
(六)结语综上所述,科技经济承包责任制确实是深化科技体制改革的一个切实有效的改革措施,它推动了我院改革的步伐,增强了我院发展后劲,加快了成果转化速度,使我院建设成具有开放、竞争、自我发展机制、科工贸一体化的行业科技开发服务中心,科研水平、科研后劲发展能力、经济效益大幅度提高,所以说科技经济承包责任制不失为提高科研经济效益的有效途径。