一种用制耳倾向M值判别汽车板深冲性能的方法

摘要

一种用制耳倾向M值判别汽车板深冲性能的方法：制备边长<20mm的方形试样板；对试样板的织构进行测定：用X射线衍射仪测量试样的反极图，得到所有{hkl}晶面的强度，并根据公式计算{hkl}晶面的密度分数f(hkl)的值；根据公式计算{hkl}的制耳指数q(hkl)值；根据公式计算试样的制耳倾向M值：M值越小，表明深冲性能越好。本发明通过测量反极图来计算制耳倾向M值，因此无需特别制样，用X射线衍射仪对试样进行反极图测量即可，故能方便、快捷地反映汽车板深冲性能；由于织构与材料的深冲性能有着密切的关系，本发明通过测量织构来计算制耳倾向M值结果，所以结果可靠准确。

说明书

技术领域

本发明涉及一种表征汽车板深冲性能的方法，具体地属于一种用制耳倾向M值判别汽车板深冲性能的方法。

背景技术

汽车面板简称汽车板，要求具有良好的深冲性能。为了真实地反映出材料的成形性能，Lankford等提出了塑性应变比r值的概念，其定义为：在进行单向拉伸时，宽度方向上尺寸变化率与厚度方向上尺寸变化率之比值。r值越高，说明板宽方向的变形越大于板厚方向的变形。由于沿板宽方向的变形加大，因而在深冲时，就容易首先沿冲杯的边缘部位扩展变形，从而呈凹凸不平状，即形成所谓的“耳子”。具有良好的深冲性能的汽车板允许冲制形状复杂的工件，产品无制耳或制耳小，材料损耗少，是人们追求的目标。

材料的深冲性能通常用轧向、横向和与轧向成45°三个方向的塑性应变比r值的平均值r_mean和各向异性Δr来表征。影响r值测量结果的因素很多，其不确定度远大于其它力学性能参数的不确定度。因此人们一直在探索影响汽车板深冲性能的因素，进而寻求提高材料深冲性能及表征材料深冲性能的更好的方法。

通常是运用力学方法来测量材料的塑性应变比r，从而得到材料的深冲性能。由于采用力学方法进行塑性应变比r的测量对试样有一定的要求，即需要制备成力学设备所要求的标准试样，这样才能保证试验结果的准确性。因此常规力学方法表征材料的深冲性能存在一定不足：测试样品必需制备成测量塑性应变比r值的力学标准试样，如果试样不规则或者面积太小则会造成测量困难。

通过进行科技查新，在所查公开发表文献中，有关于一种表征汽车板深冲性能的方法的报道，冶金因素对热轧深冲无间隙原子（IF）钢板组织性能影响的研究；利用X-射线织构分析技术评估汽车板深冲性能。但是该报道中并未提出关于制耳倾向M值。因此关于本项目《一种表征汽车板深冲性能的方法》：（1）应用X射线衍射反极图织构分析技术来表征汽车板的深冲性能；（2）用于表征汽车板深冲性能的制耳倾向M值通过{hkl}晶面的制耳指数q(hkl)和密度分数f(hkl)来计算。在所查文献中，未见与其完全相同且采用该技术的报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，尤其解决了无法制备成力学标准试样汽车板的深冲性能的检测问题，提供一种无需制备力学标准试样，且能准确、快速判定汽车板深冲性能的用制耳倾向M值判别汽车板深冲性能的方法。

实现上述目的的措施：

一种用制耳倾向M值判别汽车板深冲性能的方法，其步骤：

1）制备试样板：用切割机切取边长<20mm的块状方形试样；

2）对试样板的织构进行测定：

a)利用X射线衍射仪测量试样的反极图，得到所有｛hkl｝晶面的强度；

b)按照以下公式，计算｛hkl｝晶面的密度分数f(hkl)的值：

$>f\left(\mathrm{hkl}\right)=\frac{s\left(\mathrm{hkl}\right)}{\mathrm{\Sigma s}\left(\mathrm{hkl}\right)}$>

式中：f(hkl)—表示密度分数

S｛hkl｝—表示一个晶面的强度

∑S｛hkl｝—表示所有晶面的强度之和；

3）根据以下公式计算{hkl}的制耳指数q(hkl)值：

q(hkl)＝2(m_max-m_min)/(m_max+m_min)

式中：m_max—表示各向异性系数的最大值

m_min—表示各向异性系数的最小值

m—表示各向异性系数；

各向异性系数m通过以下公式计算得出：

$>m={\alpha }_1^2{\alpha }_2^2+{\alpha }_2^2{\alpha }_3^2+{\alpha }_3^2{\alpha }_1^2$>

式中：α₁—表示｛hkl｝晶面相对于轧向的方向余弦

α₂—表示｛hkl｝晶面相对于横向的方向余弦

α₃—表示｛hkl｝晶面相对于法向的方向余弦

α₁、α₂、α₃的值当｛hkl｝确定后，其为已知；

4）根据以下公式计算试样的制耳倾向M值：

M＝Σq(hkl)f(hkl)

式中：q(hkl)—表示｛hkl｝晶面的制耳指数

f(hkl)—表示｛hkl｝晶面的密度分数；

根据制耳倾向M值判别其试验板的深冲性能，M值越小，表明深冲性能越好。

本发明与现有技术相比，本发明通过测量反极图来计算制耳倾向M值，因此无需特别制样，用X射线衍射仪对试样进行反极图测量即可，故能方便、快捷地反映汽车板深冲性能；由于织构与材料的深冲性能有着密切的关系，本发明通过测量织构来计算制耳倾向M值结果，所以结果可靠准确。

附图说明

图1为本发明实施例1的X射线衍射仪测量的反极图；

图2为本发明实施例1的制耳系数M值与塑性应变比r的关系图；

图3为本发明实施例2的X射线衍射仪测量的反极图；

图4为本发明实施例3的X射线衍射仪测量的反极图；

图5为本发明实施例4的X射线衍射仪测量的反极图；

注：各晶面{hkl}下面数字为该晶面的强度值。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

以下各实施例中的各向异性系数m，由于α₁、α₂、α₃的值当｛hkl｝确定后，其为已知，故不再具体写出，仅列出各向异性系数的最大值m_max和各向异性系数的最小值m_min。

实施例1

表1为本实施例各{hkl}晶面的制耳指数和密度分数；

取用于汽车面板材料厚度为1mm的IF钢（无间隙原子钢）试样进行深冲性能的判别。

其步骤：

1）制备试样板：用切割机切取边长15mm的块状方形试样；

2）对试样板的织构进行测定：即

a)利用X射线衍射仪测量试样的反极图即图1，得到所有的{hkl}晶面的强度，图1中晶面{hkl}下面的数值即该晶面的强度S{hkl}；

b)按照以下公式，计算{hkl}晶面的密度分数f(hkl)的值，该数值具体见表1：

$>f\left(\mathrm{hkl}\right)=\frac{s\left(\mathrm{hkl}\right)}{\mathrm{\Sigma s}\left(\mathrm{hkl}\right)}$>

3）根据以下公式计算{hkl}的制耳指数q(hkl)值：计算得到m_max和m_min，该数值具体见表1，并将每组对应的m_max和m_min值代入下式，

q(hkl)＝2(m_max-m_min)/(m_max+m_min)

计算出各个{hkl}晶面的制耳指数q(hkl)，见表1；

注：q(hkl)制耳指数对于不同晶面均为固定值，故也适用于以下各实施例；

4）根据以下公式计算试样的制耳倾向M值：通过反极图即图1计算得到的密度分数f(hkl)和制耳指数q(hkl)值，并分别代入下式：

M＝Σq(hkl)f(hkl)，计算得到M=0.131；

为了证明本发明采用制耳倾向M值表征汽车板的深冲性能的准确性及可靠性，本实施例按照试验用汽车板规格，截取10个试样板，重复步骤1～步骤4，计算出其制耳系数M值，并用画图软件画出制耳系数M值与塑性应变比r（用力学方法测定）的关系图即图2；在本试验中两者的关系式为：Y=0.213-0.037X，其中Y代表制耳倾向M值，X代表塑性应变比r值。由图2可知，两者存在较好的线性关系。因此可用制耳系数M表征汽车板的深冲性能，M值越小即r值越大，表明深冲性能越好。

根据制耳倾向M值判别，其试验板的深冲性能，当M值<0.145时（即塑性应变比r>1.8），表明深冲性能优良。

表1本实施例各{hkl}晶面的制耳指数和密度分数

本实施例经计算M=0.131，（用力学测量的r值=2.17）两者表征的趋势一致，均说明深冲性能优良。这就说明采用制耳倾向M值完全能够表征汽车板的深冲性能。

实施例2

取用于汽车面板材料厚度为1.5mm的DP钢（双相钢）试样进行深冲性能的判别。

其步骤：

1）制备试样板：用切割机切取边长15mm的块状方形试样；

2）对试样板的织构进行测定：即

a)利用X射线衍射仪测量试样的反极图即图3，得到所有的{hkl}晶面的强度，试样反极图即图3，图3中晶面{hkl}下面的数值即该晶面的强度S{hkl}；

b)按照以下公式，计算{hkl}晶面的密度分数f(hkl)的值，该数值具体见表2：

$>f\left(\mathrm{hkl}\right)=\frac{s\left(\mathrm{hkl}\right)}{\mathrm{\Sigma s}\left(\mathrm{hkl}\right)};$>

3）根据以下公式计算{hkl}的制耳指数q(hkl)值：计算得到m_max和m_min，该数值具体见表2，并将每组对应的m_max和m_min值代入下式，

q(hkl)＝2(m_max-m_min)/(m_max+m_min)

计算出各个{hkl}晶面的制耳指数q(hkl)，见表2；

4）根据以下公式计算试样的制耳倾向M值：将通过反极图即图3计算得到的q(hkl)和f(hkl)值，并分别代入下式：

M＝Σq(hkl)f(hkl)，计算得到M=0.130；

本实施例M=0.130（用力学测量的r值=2.20），两者表征的趋势一致，均说明深冲性能优良。这就说明采用制耳倾向M值完全能够表征汽车板的深冲性能。

表2本实施例各{hkl}晶面的制耳指数和密度分数

实施例3

表3为本实施例各{hkl}晶面的制耳指数和密度分数；

取用于汽车面板材料厚度为0.8mm的DP钢（双相钢）试样进行深冲性能的判别。

其步骤：

1）制备试样板：用切割机切取边长15mm的块状方形试样；

2）对试样板的织构进行测定：即

a)利用X射线衍射仪测量试样的反极图即图4，得到所有的{hkl}晶面的强度，试样反极图即图4，图4中晶面{hkl}下面的数值即该晶面的强度S{hkl}；

b)按照以下公式，计算{hkl}晶面的密度分数f(hkl)的值，该数值具体见表3：

$>f\left(\mathrm{hkl}\right)=\frac{s\left(\mathrm{hkl}\right)}{\mathrm{\Sigma s}\left(\mathrm{hkl}\right)};$>

3）根据以下公式计算{hkl}的制耳指数q(hkl)值：计算得到m_max和m_min，该数值具体见表3，并将每组对应的m_max和m_min值代入下式，

q(hkl)＝2(m_max-m_min)/(m_max+m_min)

计算出各个{hkl}晶面的制耳指数q(hkl)，见表3；

4）根据以下公式计算试样的制耳倾向M值：将通过反极图即图4计算得到的q(hkl)和f(hkl)值，并分别代入下式：

M＝Σq(hkl)f(hkl)，计算得到M=0.152；

本实施例M=0.152（用力学测量的r值=1.63），两者表征的趋势一致，均说明深冲性能一般。这就说明采用制耳倾向M值完全能够表征汽车板的深冲性能。

表3本实施例各{hkl}晶面的制耳指数和密度分数

实施例4

表4为本实施例各{hkl}晶面的制耳指数和密度分数；

取用于汽车面板材料厚度为0.5mm的HSLA钢（高强度低合金钢）试样进行深冲性能的判别。

其步骤：

1）制备试样板：用切割机切取边长15mm的块状方形试样；

2）对试样板的织构进行测定：即

a)利用X射线衍射仪测量试样的反极图即图5，得到所有的{hkl}晶面的强度，试样反极图即图5，图5中晶面{hkl}下面的数值即该晶面的强度S{hkl}；

b)按照以下公式，计算{hkl}晶面的密度分数f(hkl)的值，该数值具体见表4：

$>f\left(\mathrm{hkl}\right)=\frac{s\left(\mathrm{hkl}\right)}{\mathrm{\Sigma s}\left(\mathrm{hkl}\right)};$>

3）根据以下公式计算{hkl}的制耳指数q(hkl)值：计算得到m_max和m_min，该数值具体见表4，并将每组对应的m_max和m_min值代入下式，

q(hkl)＝2(m_max-m_min)/(m_max+m_min)

计算出各个{hkl}晶面的制耳指数q(hkl)，见表4；

　4）根据以下公式计算试样的制耳倾向M值：将通过反极图即图5计算得到的q(hkl)和f(hkl)值，并分别代入下式：

M＝Σq(hkl)f(hkl)，计算得到M=0.155；

本实施例M=0.155（用力学测量的r值=1.53），两者表征的趋势一致，均说明深冲性能一般。这就说明采用制耳倾向M值完全能够表征汽车板的深冲性能。

表4本实施例各{hkl}晶面的制耳指数和密度分数