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1、汽车车身用钢板的抗碰撞性能1.前言近年来，为了提高汽车的抗碰撞性能，车身的质量在不断地增加。同时，为了降低油耗、减少有害气体的排放及减轻汽车的质量，要求汽车工业与冶金工业共同研发满足减重和改善抗碰撞性能两个互相矛盾要求的新材料。超轻钢制汽车车身-先进汽车概念（ULSAB-AVC项目的目标是在减轻自重、减少油耗和排放的前提下，通过使用先进的高强度钢材和最新的制造技术，提高车体的结构强度，满足2004年出台的更为严格的碰撞标准要求。表1列出新的ULSAB-AVC目和以前的ULSAB项目碰撞标准的比较。汽车碰撞时，车身承受高速的负荷，其抗碰撞性能受材料在高速应变情况下吸收能量的影响。各种材料在高速拉
2、伸（高应变速度）时的性能与静拉伸（低应变速度）时的性能是不同的。因此，采用高速拉伸试验方法来测定钢材的性能从而判断不同钢材在高速应变情况下吸收能量的性能。*1感接标准的比较ELSAB-AVC 项目ULSAB项目US-NCA?(56kWh正彼肽洲NCAP（旬重叠,偏移刚性型，抬km/h正曹播）AMS.前部50%偏移耕摘,55 klMi（硬壁）知磁搅TNCAP162km/h 恻楼撞）恻描剂 5口 km/h”27EC 刚性壁）后硬撞FMVSS 301 （权km/k.移动壁）后碰撞-US FMVSS 3。1（56 km/h,移动壁）1S雄碰撞/用演（与MSS216相似）大载荷U FMVSS 216 顶
3、蓝Ht施恻杆建捶（直径254mm恻 杵腌撞,321mA）不包括在ULSAB项目中 的评怙同时，为了解钢材在碰撞时吸收能量的情况，很多研究者又用模型进行模拟试验或用有限元方法来判断不同材料碰撞时能量吸收的情况2 .钢材在局速拉伸时的性能钢板在交货状态和经过应变再经烘烤处理后的性能是不同的，在静态拉伸和动态拉伸试验时所测得的强度也是不同的。对此JodyShaw等人用5种类型的钢板进行了试验2试验用钢的成分和性能列于表2。液2试验胴板的力学性帏铜板种类第板呼度/me酸层种类Km/MPq力学性修明服仲长nC：I0WM5%)Mtn/MPa270EC1F)工376GA而2825400.2320440W(C
4、-M)GA354455392.SOISO9n440R(HSrA1.373GA396471363.90.170110590V(DP)1392CA33g6023300.165JLO1.4J2GA480281名0J945.05种钢板交货状态和经2%,5%,10%勺预应变后再经烘烤处理后的屈服强度如图1（S&B表示应变和烘烤）。普通版5孤S/R 因T6激盘KIF JMh HSLA DP59OY纲材的奖宴3覆w-HfiH_sm=二三二一一 二一二二 _=s_=KI5种制板的性能比较从图1看出，钢板交货状态的性能与经一定量的预应变和烘烤后（近似成品零件）的性能有很大区别，HSLA钢种在10%应变和烘烤后，
5、其屈服强度比原始的屈服强度提高了约30%（从400MPa左右提高到约530MPa）,而双相钢DP500Y则提高了约100%（从350MPa提高到约700MPa）。这种加工硬化和烘烤硬化的特点，使制成零件在强度和碰撞时吸收能量方面具有优势OOOO做OOMOOOOOO8 7 6 5 4 3 2 1图口障态 动态II- C-Mr HSJ.A DP590Y F-R 种钢板静态和动态拉伸魂得的抗拉强度5种钢材动态拉伸与静态拉伸测得的抗拉强度如图2。动态拉伸时抗拉强度有所提高。从图1和图2看出，不同的钢板交货状态的强度性能（静态）与加工成零件在动态受力时的性能是完全不同的，因此可以推断，零件碰撞时吸收的能
6、量受零件加工过程中的变形量和碰撞时受力速度的影响。WolfgangBleck等人对软钢DC04高强度钢ZStE340,DP600,DP80。DP10003种双相钢和一种TRIP钢进行了不同应变速度的拉伸试验3,应变速度分别为5x1-3、1、100和约200s-15种速度（双相钢没有进行应变速度的试验）的试验，测定力学性能（强度和塑性），了解应变速度对它们的影响。试验用钢的化学成分、晶粒大小、相的体积分数和力学性能如表3。本文未列出应变速度对几种钢板强度和塑性的影响数据，只列出应变速度对各种钢吸收能的情况。采用应力开始下降前的应力一应变曲线下面积的积分作为吸收能量的数值，为了排除样品几何尺寸的影
7、响，总吸收能量的数值转换成单位质量的吸收能量值，结果如图3。从图3看出，在所有应变速度下,TRIP钢在高速变形时吸收的能量最高3 .用模拟汽车零件形状的样品进行撞击试验-L-0,005505 0 505044332 2 1 i kws1雯客袤3试鸵胭板的化学成分一相的体利分的和力学性能化学成分/%罂粒大米，馅的积的体”力学性能CStMnPSAlK他1帙素件卜氏体具氏冲崇体马氏用贝氏用奥氏所匐%的兔pcbi0Q500.032019注黑肉hown.04722.0_1_11|L_LIIS659249.2ZSiE34010.0860.092(1.410.0650.00g0.047-740|11372*
8、446OF60GQ14S01960.74_J0.0520.0030,0d5=5.54.1-7624-|验48口“4DPSOO(J.(56,021.3SI0.0120.0020.0C91小4.44.0：4a二一二1471M237DP10Q0d180.5191.570.01410.004X).045；2,82031695951104716.3TRIP0.03219,0-；1.54I40，】2432172031,9图&6种钢板在5种应变速度下吸收能信情况用高速拉伸试验测定的钢材强度和塑性指标及根据应力-应变曲线下的面积计算的能量消耗指标，虽然在一定程度上可以判断钢板制成零件后在碰撞时吸收能量的情况，
9、但是数据仍不够准。为了更确切地评价汽车车身零件碰撞的吸收能情况JodyShaw等人用表2所列的5种钢板制成封闭帽形槽样品进行落锤试验，了解各种钢板吸收能量的情况。封闭帽形槽样品形状及尺寸如图4。帽形槽样品用弯曲成形和冲压拉深成形2种方法制造，以考虑加工硬化程度不同对撞击时吸收能量的影响落锤装置如图5。冲击有效行程限定为150mm后，落锤质量由挡块承载。落锤试验对下列2种情况进行研究：a一个200kg的重锤从11m高度下落冲击帽形槽样品，速度为50km/h；b.一个400kg重锤从2.5m的高度下落冲击帽形槽样品，速度为25km/h。200kg的重锤从Hm高度下落的能量是400kg的重锤从2.5
10、m的高度下落的能量的2倍。尽管如此，这些重锤的下落能量可以将所有试样的150 mm的长度压溃，对各种钢板吸收能量的情况如图6。落惬班亚200 kft-ll 400 k百，2 5 atA 一帽膨将样品冲潼 限制在150 mmin和图S落链试验装置|KUDOS DWDKKIDURSOIBm 脖0 产g 心#厘 网呵 I IF(27OE) lcn(44aJF51HSU(44JdP5WY(Dld 59OR(F-B)I图65种状板吸收耗1对比图6中，“ D”表示帽形槽样品用弯曲法加工;B”表示帽形槽样品用冲压拉深成形加工；25表示冲撞速度为25km/h;50表示冲撞速度为50km/h从图6看出，5种钢板
11、中，双相钢板的吸收能量最高，铁素体-贝氏体钢次之，C-Mn(440W)钢和低合金高强度(HSLA440更次之，而IF钢最差。材料的强度对吸收能量有明显的影响，落锤试验中吸收能量与屈服强度、静态和动态抗拉强度的关系分别如7图1r屈服强度府图7屈服强度与吸收罪的关系国9动态抗拉强度与吸收能量的关系由图7图9看出，用屈服强度难以预测能量吸收，用抗拉强度预测能量吸收更合理些，而用动态抗拉强度预测不同钢种的相对能量吸收能力最佳。强度相同时，由于钢种不同，吸收能量情况也有差别。4。YoshifamiOjima等人用4种TRIP钢(RA)、2种DP钢(DP)和2种析出硬化钢(PH)模拟汽车零件前侧梁(fro
12、nt-sidemember)形状的方形柱状样品也进行碰撞试验，以了解钢板吸收能量的情况。钢板成分和性能如表豪4It学成分融力学性雏（kOMPaia料就IIB植Si,Xf.g*r工片广铁片误场*/HPiX/*Bfl,50仇0.0,o.,H,S4E则Mg0,口0.力 J,2 3429匐3 7 WD 2i I口 a Q07Q.IEQJ冷 1J100090MSm4D433F0,Q5LDO IJ5O.&IOaOG2454而银5262154,6 J.I242s66324.4 O.11GG0,09O,OT1.430.0(20QCXK5015M536HOJOU4I*0.01 Z0.OT5g4袅4修356172
13、1.90.0776649Z4,64.1Q8方形柱状样品如图10。碰撞试验装置如图11圉】珑墟试验遗惘4种TRIP钢的残余奥氏体含量不同，在不同的拉伸应变量后其数量的变化（说明其稳定性）也不同（图12）。A钢残余奥氏体数量多，D钢的少，但是应变后其残余的量多，说明残余奥氏体转变成马氏体白量少，即稳定性较高，B和C钢残余奥氏体数量多，但是变形后，其残存的量少，说明其稳定性差。应变地理余 奥氏体也 （体树百分铜A 11钢R 10*钢（：12a纲D4拉伸应变12拉伸应变与残余奥氏体体积变化的美系碰撞试验后，方柱形样品有规律的起皱，没有发现断裂和焊点剥离（如图13）。测量的行程位移和负荷的关系如图14,计算行程为150mm的吸收能量（相当于汽车实际碰撞时的吸收能量），吸收能量用负荷-位移下的面积积分求得僮移14方柱形样品碰撞试验后的负荷与吸收雒10TRIP钢CDP钢口析出硬化钢。固溶强化铜IF钢PI、京鬓与洋抗拉强度R/MPa图15抗拉强度与吸收能量的关系图16屈脓强度与吸收能量的关系TRIP钢DP钢。析出硬化钢TRIP钢，DP常。析出硬化钢(密一20)超y
