锌层对深冲镀锌板r值的影响

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1994.01.009 第16卷第1期 北京科技大学学报 Vol.16 No.1 1994年2月 Joumal of University of Science and Technology Beijing Feb.1994 锌层对深冲镀锌板r值的影响* 唐荻钱健清姚健王先进 北京科技大学金属压力加工系，北京100083 摘要通过对镀锌板和棵钢板值的实测，并通过扫描电镜观察和理论分析，提出锌层在单向拉 伸过程中出现的横向裂纹是造成r值下降的主要原因， 关键词薄钢板，镀锌板，拉伸，裂缝/镀层，？值 中图分类号TG386.41 The Effect of Coat on the r Value of Galvanized Sheets Tang Di Qian Jianqing Yao Jian Wang Xianjin Department of mctal Forming,USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT It is known that the r-value of steel sheets is decreased due to galvanizing.In the paper,the influences of galvanizing coat on r-value has been investigated by tensile test, SEM examination and theoretical analysis.The research shows that the transversal cracks in the coat is the main cause of decreasing r-value. KEY WORDS steel sheets,galvanized sheet,stretching,cracks/coating,r-value 现代汽车用钢板的一个发展趋势就是广泛使用镀锌钢板，但是镀锌板用于汽车深冲件 时，镀层对镀锌板的成形性能有一定影响·由于镀锌层相对于基体钢板而言是相当薄的，对 大多数成形性指标影响很小，只是对，值的影响比较明显， 许多研究认为山，由于镀锌层的存在使得镀锌板的r值，较同样工艺生产的不镀锌板的r 值低0.1~02左右，其他参数则几乎没有变化.但对于镀锌钢板镀层影响r值的进一步理论 分析尚不多见.本文的工作对上述问题进行了初步实验和理论探讨. 1 实验及其结果 实验材料是3种镀锌钢板：普通镀锌板(CQ)、冲压镀锌板(DQ)和深冲压镀锌板(DDQ). 前两者为常规锌花，后者为小锌花·力学性能和基本成形性参数？值在L-100材料实验机 上测得·为保证镀锌板和裸板实验条件完全一致，所有试样均取双份，一份做镀锌板性能试 验；另一份经化学处理去除表面锌层后做裸板性能试验，其结果见表1. 1992-06-18收稿第一作者男38岁副教授顾土 ·国家自然科学基金资助项日

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 二 万功 锌层对深冲镀锌板 值 的影 响 ’ 唐 荻 钱健 清 姚 健 王 先进 北 京 科 技 大 学 金 属 压力 加 工 系 ， 北 京 以 阳 摘要 通 过对镀锌板和 裸 钢板 值 的 实测 ， 并 通 过 扫描 电镜观察和 理论分析 ， 提 出锌层在单 向拉 伸过程 中出现 的横 向裂纹是 造成 值下 降的主要 原 因 关键词 薄钢板 ， 镀锌板 拉 伸 ， 裂缝 镀层 ， 值 中图分类号 伟戈 双吐 工沈 蒯 ’ ， 价石 仪刃 一 枉笼 玲盼司 访 ， 万 万 一 泥 回 ‘ 招 ， 刀 吐 心份 姚 加 ℃ 一 】万 ， 双沮 ， ， 眼 ， 一 现代 汽车 用 钢 板 的一 个 发展趋 势 就 是 广 泛 使 用 镀 锌 钢 板 ， 但 是 镀 锌 板 用 于 汽 车 深 冲 件 时 ， 镀层 对镀 锌板 的成形性 能有 一定 影 响 由于 镀 锌 层相 对于 基 体钢板而 言是 相 当薄 的 ， 对 大 多数成 形性 指 标影 响很小 ， 只 是 对 值 的影 响 比较 明显 许多 研究 认 为 ’ ， 由于 镀 锌层 的存 在使得 镀 锌板 的 值 ， 较同样工艺生产的不镀 锌板 的 值低 一 左右 ， 其他 参数则 几 乎没有变化 但 对于 镀 锌钢 板镀层影 响 值 的进一 步理论 分 析 尚不 多见 本 文 的工 作 对上 述 问题进行 了 初 步 实验 和理论探讨 实验及其 结果 实验 材料 是 种 镀 锌 钢板 普 通镀 锌板 、 冲压镀 锌 板 习 和 深 冲 压 镀 锌板 前两 者 为 常规锌 花 ， 后 者 为小 锌 花 力 学性 能 和 基 本成形 性 参数 值在 一 朋 材料 实验 机 上 测 得 为保证镀 锌板 和 裸板 实验条 件 完 全一致 ， 所 有 试样 均取 双份 ， 一份做镀锌板性 能试 验 另 一 份 经化 学处理 去 除表 面锌层 后 做裸 板性 能试 验 ， 其结果 见表 卯 一 伪 一 收 稿 第 一作 者 男 岁 副教 授 硕 士 国 家 自然 科 学基 金 资助 项 目 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1994．01．009

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 二 万功 锌层对深冲镀锌板 值 的影 响 ’ 唐 荻 钱健 清 姚 健 王 先进 北 京 科 技 大 学 金 属 压力 加 工 系 ， 北 京 以 阳 摘要 通 过对镀锌板和 裸 钢板 值 的 实测 ， 并 通 过 扫描 电镜观察和 理论分析 ， 提 出锌层在单 向拉 伸过程 中出现 的横 向裂纹是 造成 值下 降的主要 原 因 关键词 薄钢板 ， 镀锌板 拉 伸 ， 裂缝 镀层 ， 值 中图分类号 伟戈 双吐 工沈 蒯 ’ ， 价石 仪刃 一 枉笼 玲盼司 访 ， 万 万 一 泥 回 ‘ 招 ， 刀 吐 心份 姚 加 ℃ 一 】万 ， 双沮 ， ， 眼 ， 一 现代 汽车 用 钢 板 的一 个 发展趋 势 就 是 广 泛 使 用 镀 锌 钢 板 ， 但 是 镀 锌 板 用 于 汽 车 深 冲 件 时 ， 镀层 对镀 锌板 的成形性 能有 一定 影 响 由于 镀 锌 层相 对于 基 体钢板而 言是 相 当薄 的 ， 对 大 多数成 形性 指 标影 响很小 ， 只 是 对 值 的影 响 比较 明显 许多 研究 认 为 ’ ， 由于 镀 锌层 的存 在使得 镀 锌板 的 值 ， 较同样工艺生产的不镀 锌板 的 值低 一 左右 ， 其他 参数则 几 乎没有变化 但 对于 镀 锌钢 板镀层影 响 值 的进一 步理论 分 析 尚不 多见 本 文 的工 作 对上 述 问题进行 了 初 步 实验 和理论探讨 实验及其 结果 实验 材料 是 种 镀 锌 钢板 普 通镀 锌板 、 冲压镀 锌 板 习 和 深 冲 压 镀 锌板 前两 者 为 常规锌 花 ， 后 者 为小 锌 花 力 学性 能 和 基 本成形 性 参数 值在 一 朋 材料 实验 机 上 测 得 为保证镀 锌板 和 裸板 实验条 件 完 全一致 ， 所 有 试样 均取 双份 ， 一份做镀锌板性 能试 验 另 一 份 经化 学处理 去 除表 面锌层 后 做裸 板性 能试 验 ， 其结果 见表 卯 一 伪 一 收 稿 第 一作 者 男 岁 副教 授 硕 士 国 家 自然 科 学基 金 资助 项 目

Vol.16 No.I 唐获等：锌层对深冲度锌板，值的影响 .41. m表示锌层和基板的相应参数、即σ，。和。为镀锌板锌层的纵向、横向应力与塑性应变 比；0m、0m,和rm为基板的纵向、横向应力及塑性应变比.取拉伸试样的微分单元体如图2 所示，则根据塑性应变关系【)有： 8=(e/a)[o2-r/(1+r)o] (1) 8=(8/o)[(o,+o2)/(1+r)] (2) 根据塑性应变比的定义，由式(1)、式(2)得到： r==2-ro,/0+r）=0r-1+r)o2 (3) 6(o1+02)/(1+r)01+02 由于镀锌板是由锌层和基板两部分组成，所以同样应该有 r=E/Ec=Em:/Emy (4) 式中￡。6，锌层的横向和厚向应变：cm&,基板的横向和厚向应变。 由(4)、(3)式可得： =-a+r)=-+） (5) 0m,-0m 0m,+0m 分析公式(5)，镀锌板整体的，值是由基板：m值和一附加项决定的.根据实测参数（表2） r<ra,分析知om,>0m,可以得到. (2rm+1)0m,/(om,+0m,)>0 (6) 由(6)式知，0m,>0.同样还可得： 冬=w” (7) Gc. 在单向拉伸状态下，基板和锌层受同样的拉力，在锌层未破裂时，8。，=￡m,设两种材料 料均满足σ=Ae”关系，则有： (0,/A,):=(cm,/Am) 或者： C=(Aml An)ge 令 Am/Ae"I"=A.nmIne=n 则 Om:=Adel (8) 但是试样的横向不受力，应有oe,h,十cm,hm,=0 (9) 试中：h。一锌层厚度；hm一基板厚度. 即0m,=-(he/hm)0e,该式表明o,与0m,反号，0，<0.则在0c,>0c,0e,<0的情况下， 由式(7)可得：r>r。· 由以上讨论可知，一般条件下镀锌板r值的变化有r<r<rm,即镀锌板的r值的总比基 板的rm值小，比锌层的r值大， 如果定义基板与镀锌板r值差为δ，该值就表示了镀锌板r值的下降幅度，有 d,=rm-r=rm-(em,/em,）=(2rm+1)0m:/(om,+0m:) (10) 对(10)式取导数 dδ，/dom,=m,(2rm+1)/(om,+om,)2 显然，在单向拉伸状态下dδ，/dom,>0 表明δ，为单调递增函数，δ，随0m,的增加而增加.当0m,=0时，δ，=0则镀锌板r值与

唐荻等 锌 层 对深冲度 锌板 值 的影 响 表示 锌 层 和 基 板 的相 应参数 ， 即 气 、 气 和 为镀锌板 锌 层 的 纵 向 、 横 向应力 与 塑 性 应 变 比 。 、 和 为基 板 的纵 向 、 横 向应力及 塑性 应变 比 取 拉 伸 试 样 的 微 分 单 元 体 如 图 所示 ， 则 根 据 塑性 应 变 关 系 有 几 。 ， ， 【 。 一 』 乌 。 。 【 。 根 据塑性 应变 比的定 义 ， 由式 、 式 得 到 “ 一 一 一 － 二 二 一一二一一一又下万万 一二 二 － 与 一十 叮 一 一 叮 由于 镀锌 板是 由锌层 和基 板 两部 分组成 ， 所 以 同样应该有 气 乓 ， “ “ 式 中 气 、 气 锌层 的横 向和 厚 向应 变 气 、 气 ， 基板 的横 向和 厚 向应变 由 、 式 可得 “ “ 一 。 “ ￡ ， 一 口 ， 叮 分 析公式 ， 镀 锌 板整体的 值是 由基 板 值和一 附加项 决 定 的 根 据 实测 参数 表 ， ， 分析知 ’ ， 气 ， 由 式 知 ， 可以得到 。 同样 还 可得 二 生 二 人一 气 。 。 ， 二 一 在 单 向拉 伸状态下 ， 基板 和 锌层 受 同样 的拉力 ， 在 锌层 未破 裂 时 ， 。 ，二 。 ， 设 两种 材料 料 均 满 足 。 二 。 ” 关 系 ， 则有 ” 一 ” 或 者 一 、 肠 · ‘ ” · 令 滩 月 ” 二 ‘ ” 一 通 ， 。 。 。 则 。 一 。 但是 试样 的横 向不 受 力 ， 应有 。 为、 试 中 。 一 锌层 厚度 一基 板 厚度 即 二 一 。 。 。 ， 该 式 表 明 氏 与 反 号 ， 则 在 ， ‘ ， 叭 的 情 况 下 ， 由式 可得 二 由以 上讨论可 知 ， 一般条 件下 镀 锌板 值 的变化有 即镀 锌板 的 值 的 总 比 基 板 的 值小 ， 比锌层 的 。 值 大 如果定 义基板 与镀 锌 板 值 差 为 ， 该值就 表示 了镀 锌板 值 的下 降 幅度 ， 有 占 一 一 “ “ 。 “ 叮 对 式取 导数 占 。 ， ， ’ 显然 ， 在单 向拉 伸 状态下 占 表 明 占 为单调递增 函 数 ， 占 ， 随 。 的增 加 而 增 加 · 当 气 时 ， 占 。 则 镀 锌 板 值 与

…42 北京科技大学学报 1994年No.1 基板rm值一致如果om,≠0且0m,>0,δ，就存在，于是镀锌板的r值就要下降. 根据(9)、(10)又有 δ，=(2rm+l)hecc,/(om,hm+heoe,)2 (11) 对(I)式求导，并代入m,=Ao可得δ，有极限值的条件为dδ，/do,=0,即 dδ，/dc,=(2rm+1)hchmAO&/(Ahno+h,cs,)'=0 (12) 显然，当o。,=0时，有d6,/do。,=0,表明当镀锌层的纵向应力0，=0时，δ，有极值， 而σ。，=0的条件当单向拉伸时锌层表面产生横裂，使拉应力松弛时，能近似满足· 对(11)式分析还可知，减小h,即减小镀层的厚度，也有利于减小”值下降的程度· 由以上讨论，在单向拉伸状态下，镀锌层表面产生横向裂纹，导致锌层内纵向应力松 弛，此时a,趋于零，因此使锌层内横向应力。增加，引起δ，增加，镀锌板r值下降，较小 的hc,即较薄的锌层有助于缓解这一问题， 3结论 (1)镀锌板的r值，一般情况下总是小于基板的Tm值，大于锌层的值，原因是由于 横向应力的存在， (2)当锌层横裂时，。接近于零，此时0。，增加，引起镀锌板r值下降；，=0时，0 最大，镀锌板？值下降也最多·较薄的锌层有助于改善镀锌板r值下降· (3)采取必要的生产工艺措施延缓锌层开裂，有助于改善镀锌板的，值， 参考文献 1 Lake J S,Will D J.The Influence of the internation Between the Coating and the Sheet Steel Base on the Formability of Aluminium-Zinc Coated Steel.In:Congress of 15th IDDRG,Michgan,1988.31~41 2胡世光，陈鹤峥.板料冷压成形原理，北京：国防工业出版社，1989.10~27

北 京 科 技 大 学 学 报 更砰 年 基板 值一 致如 果 二 笋 且 。 ， 占 ， 就存在 ， 于 是镀锌板 的 值就要 下 降 · 根 据 、 又 有 ‘ 。 ‘ 。 ’ 对 式 求 导 ， 并 代人 ‘ 二 哎 ， 可得 占 ， 有极 限值 的条件 为 占 ， 久 一 ， ‘ 久 一 。 。 。 ’ 一 。 且 显然 ， 当 一 时 ， 有 占 气 一 ， 表 明 当镀 锌 层 的 纵 向应 力 氏一 时 ， 咨 有 极 值 ， 而 二 的条件 当单 向拉 伸 时锌层 表 面产 生横 裂 ， 使拉 应力 松弛 时 ， 能近 似满 足 · 对 式分 析还 可 知 ， 减 小 ， 即减 小 镀层 的厚度 ， 也有 利 于减 小 值 下 降 的程 度 由 以 上讨论 ， 在单 向拉 伸状态 下 ， 镀 锌 层 表 面 产 生 横 向裂 纹 ， 导 致 锌 层 内纵 向应 力 松 弛 ， 此 时 久 趋于 零 ， 因此使锌 层 内横 向 应力 ’ 增 加 ， 引起 占 ， 增 加 ， 镀 锌板 值下 降 ， 较小 的 ， 即较薄 的锌层有 助于 缓解 这 一 问题 结 论 镀锌板 的 值 ， 一 般情 况下 总是小 于基板 的 值 ， 大 于 锌 层 的 值 ， 原 因 是 由于 横 向应力 的存在 当锌层横裂 时 ， 接 近于零 ， 此 时 增 加 ， 引 起 镀 锌 板 值 下 降 时 ， 、 最大 ， 镀 锌板 值下 降也最多 较薄 的锌 层有 助于 改 善镀锌板 值下 降 采 取 必要 的生产工 艺措施 延 缓 锌层 开裂 ， 有 助 于 改 善镀锌 板 的 值 参 考 文 献 ， 厂 胡 此 谊沈 七 血 沈 枉笼 压巧℃ 。 此 刃以 切旧 一 〕 回 肋 吧骆 ， 邵 ， 一 胡 世光 ， 陈鹤峥 板料 冷压成形 原理 北京 国 防工 业 出版社