孔加維,蘇振軍,曹曉恩,楊建寬,馬子洋

(河鋼集團(tuán)邯鋼公司技術(shù)中心，河北 邯鄲 056000)

酸洗板以?xún)?yōu)質(zhì)的熱軋鋼卷為原料，經(jīng)平整機(jī)組消除屈服平臺(tái)，改良板型，通過(guò)酸洗線(xiàn)去除表面氧化鐵皮，表面質(zhì)量介于熱軋板與冷軋板之間，是部分冷軋板的優(yōu)良替代品，既降低了工序成本，又提高了生產(chǎn)效率，受到國(guó)內(nèi)鋼廠的青睞[1-2]。目前產(chǎn)品主要用于汽車(chē)結(jié)構(gòu)、家電用壓縮機(jī)等沖壓件，市場(chǎng)需求量大，用途越來(lái)越廣泛[3]。某配套廠近期使用邯鋼熱軋酸洗板DD12沖壓冰箱壓縮機(jī)殼體時(shí)出現(xiàn)批量開(kāi)裂，開(kāi)裂率約25%，對(duì)客戶(hù)造成較大經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)此情況，對(duì)開(kāi)裂部位進(jìn)行取樣分析，尋找開(kāi)裂原因。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

壓縮機(jī)殼體生產(chǎn)工藝：落料--拉延--翻邊--旋切--沖孔，開(kāi)裂均在第4工序——旋切產(chǎn)生，開(kāi)裂形貌見(jiàn)圖1，裂口深度約3 mm。

圖1 開(kāi)裂件形貌

從開(kāi)裂料基板、正常料基板上分別取樣，通過(guò)直讀光譜儀、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、金相顯微鏡等設(shè)備進(jìn)行化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織等檢測(cè)，同時(shí)對(duì)裂口部位進(jìn)行掃描電鏡觀察。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 化學(xué)成分

由表1可知，開(kāi)裂料、正常料均滿(mǎn)足企標(biāo)要求，且兩者成分相近。

表1 開(kāi)裂料、正常料成分對(duì)比/%

2.2 力學(xué)性能

分別從開(kāi)裂料基板、正常料基板上截取加工制作成50 mm×25 mm標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，結(jié)果如表2所示。

表2 開(kāi)裂料、正常料力學(xué)性能對(duì)比

由表2可知，開(kāi)裂料、正常料力學(xué)性能均滿(mǎn)足企標(biāo)要求，與正常料性能相比，開(kāi)裂料強(qiáng)度偏高，延伸率偏低。

2.3 金相組織

分別從開(kāi)裂料基板、正常料基板上截取2 mm×2 mm金相試樣，砂紙打磨拋光后，經(jīng)4%硝酸酒精侵蝕，在金相顯微鏡下觀察其顯微組織，結(jié)果見(jiàn)圖2。

a.開(kāi)裂料 b.開(kāi)裂料局部組織放大 c.正常料

從圖2中可以看出，開(kāi)裂料與正常料組織主要為鐵素體及游離滲碳體，開(kāi)裂料晶粒較正常料細(xì)小。對(duì)開(kāi)裂料、正常料分別進(jìn)行晶粒截距測(cè)量，開(kāi)裂料平均晶粒截距12.48 μm，最小晶粒截距2.16 μm，最大晶粒截距19.28 μm；正常料平均晶粒截距14.32 μm，最小晶粒截距10.86 μm，最大晶粒截距15.75 μm。開(kāi)裂料混晶組織尤為明顯，晶粒明顯大小不一?；炀ЫM織使晶粒塑性加工程度不一致，導(dǎo)致鋼的塑形、韌性變壞，成形性變差，沖壓過(guò)程中易開(kāi)裂。

2.4 斷口形貌

研究表明[4-5]，低碳鋼的沖壓開(kāi)裂主要與非金屬夾雜物、P含量高等相關(guān)，夾雜物破壞了鋼板基體的連續(xù)性，降低了鋼板的承載能力，從而導(dǎo)致鋼板在沖壓后出現(xiàn)開(kāi)裂。為研究開(kāi)裂是否由夾雜物引起，對(duì)開(kāi)裂部位取樣，經(jīng)過(guò)超聲波清洗后，在掃描電鏡下觀察斷口處是否含有非金屬夾雜物。從圖3斷口形貌可以看出，斷口為韌性斷裂，具有典型韌窩斷裂特征，未見(jiàn)非金屬夾雜物，由此可判定非金屬夾雜物不是導(dǎo)致此次開(kāi)裂的原因。

圖3 高倍下斷口微觀形貌

3 沖壓工藝調(diào)查

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)沖壓工藝進(jìn)行調(diào)查，針對(duì)性檢查第4工序——旋切，切刀、凹模等模具狀態(tài)均正常，但發(fā)現(xiàn)切下邊料寬窄不均勻，邊料寬度平均約3 mm，最寬處約5 mm，最窄處為0，開(kāi)裂處均對(duì)應(yīng)邊料寬窄交界位置。查看拉延、翻邊工序，發(fā)現(xiàn)拉延工序模具左右壓邊力不一致，右側(cè)壓邊力比左側(cè)壓邊力大，料片走料不均導(dǎo)致拉延時(shí)左右不對(duì)稱(chēng)，遺傳到旋切序旋切后邊料寬窄不一。

4 分析與討論

從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，混晶組織加工塑形不協(xié)調(diào)及拉延模具左右壓邊力不一致是導(dǎo)致沖壓開(kāi)裂的原因。當(dāng)存在混晶組織的材料受沖壓變形時(shí)，各部分晶粒變形抗力不一致，較大的晶粒屈服極限低，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)機(jī)制率先開(kāi)動(dòng)并開(kāi)始遷移，而較小晶粒屈服極限高，未出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)機(jī)制尚未啟動(dòng)，此時(shí)率先遷移的位錯(cuò)到達(dá)大小晶粒晶界處時(shí)受阻導(dǎo)致應(yīng)力集中，在晶界產(chǎn)生微小裂紋。拉延模具左右兩側(cè)壓邊力不一致，右側(cè)壓邊力大，拉延時(shí)走料少；左側(cè)壓邊力小，拉延時(shí)走料多，導(dǎo)致料片左右兩側(cè)走料不均。翻邊后左右兩側(cè)邊部高度不一致，切刀旋切時(shí)邊料寬窄交界處受力不均勻，交界處易造成二次應(yīng)力集中，加劇微裂紋擴(kuò)展，宏觀上表現(xiàn)為開(kāi)裂現(xiàn)象。帶鋼精軋末道次軋制溫度低，兩相區(qū)軋制是混晶組織產(chǎn)生的主要原因，對(duì)于薄規(guī)格帶鋼，帶鋼邊部、帶尾等，軋制過(guò)程中溫降大，精軋末道次軋制溫度低于Ar3相變點(diǎn)，導(dǎo)致兩相區(qū)軋制，先共析鐵素體與奧氏體轉(zhuǎn)變的鐵素體由于界面能不平衡而生長(zhǎng)速度不同，最終晶粒呈現(xiàn)大小不一，形成混晶組織。

針對(duì)此次開(kāi)裂問(wèn)題，可以從混晶組織及沖壓工藝兩方面改善：(1)提高精軋入口溫度，避免帶鋼邊部、尾部精軋末道次軋制溫度低于Ar3相變點(diǎn)，避免兩相區(qū)軋制；(2)增加中間坯厚度，減少溫降；(3)降低C、Mn等元素含量，提高Ar3相變點(diǎn)溫度；(4)均衡拉延模具壓邊力，避免在邊料寬窄交界處造成應(yīng)力集中。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)邯鋼酸洗板DD12沖壓開(kāi)裂分析，混晶組織及沖壓工藝不當(dāng)是造成沖壓開(kāi)裂的主要原因。

(2)提高帶鋼精軋入口溫度可有效改善帶鋼混晶組織，能有效解決沖壓開(kāi)裂問(wèn)題。