摘 要:闡述了鋁合金板材羅平線的產(chǎn)生原因、檢測(cè)方法及操作步驟.通過(guò)拉伸試驗(yàn)、彎曲試 驗(yàn)分析了影響羅平線的因素.結(jié)果表明:鋁合金板材的各向異性、彎曲角度、表面狀態(tài)對(duì)羅平線 均有一定影響;嚴(yán)格控制熱軋的開(kāi)軋溫度和終軋卷曲溫度是保證鋁合金汽車板羅平線合格的有 效途徑.

中圖分類號(hào):TG１１５．５ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０２０)０２Ｇ００２１Ｇ０４

汽車車身輕量化一直是汽車工業(yè)的發(fā)展方向, 鋁合金汽車板由于密度小(２．７×１０３ kgm－３)、屈強(qiáng) 比高等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注,目前主要應(yīng)用于德國(guó)寶馬公 司旗下的寶馬、德國(guó)大眾公司旗下的奧迪、印度塔塔 汽車公司旗下的捷豹和路虎、美國(guó)福特公司旗下的 福特及日本本田公司旗下的本田汽車等國(guó)外高檔車 型[１].國(guó)內(nèi)使用鋁合金汽車板的車型相對(duì)較少,且 鋁合金主要應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)罩等工藝要求相對(duì)較低的 部位,使用量與國(guó)外相比也較低.汽車用鋁合金按 使用部位分為外板、內(nèi)板、結(jié)構(gòu)件;按表面質(zhì)量分為 暴露件和非暴露件,其中暴露件對(duì)表面質(zhì)量要求最 高.鋁合金材料在沖壓過(guò)程中表面會(huì)產(chǎn)生橘皮、起 皺等宏觀缺陷[２],羅平線缺陷的檢測(cè)需要對(duì)材料表 面進(jìn)行輕微的打磨,打磨后表面會(huì)出現(xiàn)平行于軋制 方向的細(xì)長(zhǎng)條紋,這些條紋又叫做滑移線.筆者結(jié) 合鋁合金板材生產(chǎn)流程對(duì)羅平線形成原因和測(cè)試方 法進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明,并通過(guò)試驗(yàn)分析了羅平線與力 學(xué)參數(shù)的關(guān)系.

１ 羅平線產(chǎn)生原因

鋁合金薄板在橫向拉伸時(shí),平行于軋制方向的 纖維組織在拉伸過(guò)程中產(chǎn)生的變形不足以讓組織在 橫向均勻的伸展,在鋁板表面就會(huì)形成凹凸不平的 峰谷最大落差為１０~３０μm,長(zhǎng)度為１~３cm 的細(xì) 長(zhǎng)條紋,這種細(xì)長(zhǎng)條紋被稱為羅平線[３Ｇ７].

羅平線的產(chǎn)生與熱軋加工過(guò)程中終軋的卷取溫 度、冷軋加工過(guò)程的壓下量、連退加工過(guò)程的最終退 火溫度有關(guān).實(shí)際生產(chǎn)中,材料在連退時(shí)的退火溫 度和冷軋的壓下量是固定的,因此減少羅平線的常 用方法是調(diào)節(jié)熱軋的終軋卷取溫度.終軋卷取溫度 主要受開(kāi)軋溫度、軋制速度、軋制壓下量、軋制力的 影響,一般工藝的熱軋卷取溫度為３３０~３４０ ℃,而生產(chǎn)汽車外板時(shí)熱軋的卷取溫度應(yīng)大于３７０ ℃,這 樣可以極大地減少羅平線缺陷.

２ 試樣制備及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)用６０１６鋁合金板材的化學(xué)成分(質(zhì)量分 數(shù))為１．１２％ Si,０．２１％ Fe,０．０１％ Cu,０．０７％ Mn, ０．４０％ Mg,０．０１％ Cr,０．０２％ Ti,余為 Al [３].對(duì)厚 度為１．０ mm 的外板和內(nèi)板分別取樣進(jìn)行對(duì)比分 析,取樣位置見(jiàn)圖１.

將拉伸試樣加工成平行段為１２０mm×２０mm 的標(biāo)準(zhǔn) A８０拉伸試樣,采用沃特拜５０kN 電子萬(wàn)能 試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn),力傳感器精度為０．５級(jí),縱向 引伸計(jì)精度為０．５級(jí),橫向引伸計(jì)精度為０．５級(jí).按 照 ISO ６８９２Ｇ１:２０１６ Metallic MaterialsＧTensile TestingＧPart １: Method of Test at Room Temperature,ISO１０２７５:２００７Metallic MaterialsＧ Sheet and StripＧDetermination of Tensile Strain Hardening Exponent,ISO １０１１３:２００６ Metallic MaterialsＧSheetand StripＧDeterminationof Plastic StrainRatio 進(jìn) 行 拉 伸 試 驗(yàn),屈 服 前 應(yīng) 變 速 率 為 ０．０００２５s－１,屈服后應(yīng)變速率為０．００６７s－１.

鋁合 金 板 材 彎 曲 試 驗(yàn) 按 VDA ２３８Ｇ１００Ｇ２０１０ PlateBendingTestforMetallicMaterials進(jìn)行制 樣和測(cè)試,工裝采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)定制的采購(gòu)設(shè)備.試 樣標(biāo)距為１００mm,首先以０．００２５s－１ 的應(yīng)變速率 預(yù)拉 伸 至 １０％,然 后 截 取 中 部 尺 寸 為 ６０ mm× ５０mm 的試樣進(jìn)行彎曲試驗(yàn).

羅平線檢測(cè)試樣的打磨需要在平坦的工作臺(tái)面 上進(jìn)行,操作步驟見(jiàn)圖２.首先在試樣下方墊上油 紙,方便測(cè)試后清理,將黑色油墨均勻涂抹在試樣表 面,等待１０~１５s的揮發(fā)時(shí)間.然后使用表面帶有 砂紙的海綿墊在試樣表面進(jìn)行打磨,打磨時(shí)需要在 試樣表面施加輕微的壓力,一般沿其長(zhǎng)度方向單向 打磨２~３次.最后采用德國(guó)馬爾量?jī)x、德國(guó)施奈德TMSＧ１００表面測(cè)量分別進(jìn)行粗糙度和波紋度檢驗(yàn).

人工檢測(cè)羅平線的評(píng)定結(jié)果一般分為 ４ 個(gè)等 級(jí),１~２級(jí)為合格,３~４級(jí)為不合格,如圖３所示. １級(jí)表面要求無(wú)平行于軋制方向的豎行條紋;２級(jí)表 面允許平行于軋制方向的豎行條紋數(shù)量為１~５條;３ 級(jí)表面平行于軋制方向的豎行條紋數(shù)量超過(guò)５條;４ 級(jí)表面平行于軋制方向的豎行條紋數(shù)量超過(guò)５條且 豎行條紋間距小于３mm.

羅平線波紋度檢測(cè)試樣同彎曲試樣一樣進(jìn)行相 同程度的預(yù)拉伸,將拓?fù)鋬x開(kāi)機(jī)預(yù)熱３０~６０min,待 穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)試.使用工業(yè)酒精對(duì)試樣測(cè)試區(qū)域表 面的油污、臟污進(jìn)行擦拭清理,然后將其放置到檢測(cè) 平臺(tái)上,檢測(cè)區(qū)域尺寸為３７．５mm×２８mm.啟動(dòng)測(cè) 試軟件,調(diào)節(jié)曝光度,定義掃描區(qū)間,通過(guò)紅色干擾線 在試樣上的移動(dòng)來(lái)確定測(cè)試區(qū)域內(nèi)的最高點(diǎn)與最低 點(diǎn),設(shè)置掃描的上下限確保覆蓋整個(gè)測(cè)試區(qū)域.對(duì)測(cè) 試區(qū)域進(jìn)行不同曝光強(qiáng)度的掃描,所獲圖像需通過(guò) TMSRepot軟件進(jìn)行過(guò)濾處理生成新的圖像,最后計(jì) 算波紋度Sa 值.測(cè)試流程見(jiàn)圖４.VDA２３９Ｇ４００Ｇ ２０１７RopingTest規(guī)定Sa 值評(píng)定的臨界值為０．８μm, 大于０．８μm 為不合格,小于０．８mm 為合格.

３ 試驗(yàn)結(jié)果與討論

３．１ 拉伸試驗(yàn)

鋁合金試樣的拉伸試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表１.１~９號(hào)試 樣為內(nèi)板,１０~１８號(hào)試樣為外板.n４Ｇ６為塑性應(yīng)變?cè)?４％~６％之間測(cè)定的應(yīng)變硬化指數(shù),r８Ｇ１２為塑性應(yīng)變 在８％~１２％之間測(cè)定的軋向的垂直各向異性指數(shù), 兩 個(gè) 參 數(shù) 的 測(cè) 定 主 要 參 考 VDA ２３９Ｇ２００Ｇ２０１３ AluminumSheetMaterial,此標(biāo)準(zhǔn)是專門(mén)針對(duì)汽車鋁 薄板檢測(cè)制定的,具有較高的參考意義.結(jié)果表明內(nèi) 外板性能差異主要在于各向異性,內(nèi)板３個(gè)方向的 r８Ｇ１２值差異較大,而外板３個(gè)方向的r８Ｇ１２值差異小,且 外板試樣的羅平線檢測(cè)結(jié)果合格,因此３個(gè)方向的 r８Ｇ１２值差異程度可能是影響羅平線的因素之一.

３．２ 彎曲試驗(yàn)

鋁合金 內(nèi) 外 板 的 彎 曲 試 驗(yàn) 結(jié) 果 差 異 較 大,見(jiàn) 表２.外板試樣彎曲角小且羅平線較好,內(nèi)板試樣彎 曲角大但羅平線較差,因此彎曲角度可能是羅平線 的影響因素之一.

３．３ 羅平線檢測(cè)試驗(yàn)

鋁合金羅平線檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表３,其中１~３號(hào)試 樣為內(nèi)板,４~６號(hào)試樣為外板,試樣表面均經(jīng)毛化 處理(ETD).羅平線的相關(guān)檢測(cè)要求主要針對(duì)鋁 合金外板.采用設(shè)備和人工檢測(cè)羅平線的結(jié)果具有 一致性,但是人工檢測(cè)結(jié)果受人員主觀性影響較大, 建議采用設(shè)備進(jìn)行檢測(cè).

３ 結(jié)論

(１)鋁合金板材的各向異性、彎曲角大小、表面 狀態(tài)對(duì)羅平線均有一定影響,但關(guān)鍵影響因素為合 金的生產(chǎn)工藝及化學(xué)成分.

(２)羅平線的檢測(cè)結(jié)果與取樣方向和檢測(cè)方法 等有關(guān),平行于軋向的試樣才會(huì)出現(xiàn)羅平線.手動(dòng) 檢測(cè)羅平線成本較低,便于操作,但結(jié)果受檢測(cè)人員 主觀因素影響;采用設(shè)備檢測(cè)的結(jié)果比較客觀,再現(xiàn) 性、重復(fù)性較高.

(３)從生產(chǎn)工藝來(lái)看,應(yīng)嚴(yán)格控制熱軋的開(kāi)軋 溫度和終軋卷曲溫度、冷軋的壓下量以及連退的退 火溫度,以保證鋁合金外板的羅平線缺陷合格.

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