HC300/500DP在汽车车门外板应用验证

冀 鹏

（众泰汽车工程研究院材料工程部，浙江 杭州 310000）

引言

随着汽车工业的发展，为了节能减排，适应严格的排放标准，减轻车身重量已成为必然趋势。汽车的轻量化技术已经成为世界汽车发展的潮流，汽车轻量化技术的发展必定会成为汽车技术研发的主要方向[1]。现阶段各主机厂乘用车车门外板用钢材基本以传统的烘烤硬化钢为主，强度级别有180MPa级、220MPa级，厚度规格主要为0.75mm、0.7mm、0.65mm。根据德国蒂森克虏伯对汽车车门外板用材趋势分析，外板厚度可进一步减薄至0.6mm，同时强度级别提高至300MPa级。本文以我司某车型左后门外板为例，通过对比0.6mm HC300/500DP与0.7mm HC180B在重量、成本、原材料烘烤硬化性、成形性、抗凹性等方面性能差异，验证0.6mm HC300/500DP在车门外板应用可行性。

1 应用优势

以我司某车型左后门外板为例，对比说明两种材料车门外板的重量和成本。钢板价格参考某钢厂2017年6月的板料含税价，因外板为HC300/500DP的车门进行了局部补强，需考虑补强胶片的重量和成本，补强胶片供应商为天津某公司，厚度1.5mm，形状为边长80mm的矩形，密度1.45g·cm-3，价格65元/kg，单件成本仅考虑材料费用，如表1所示。

表1 原材料价格、重量、单件成本对比

由表1可知，外板为HC300/500DP的材料经局部补强后，相比HC180B单件减重0.70kg，减幅约13.7%，减重效果非常可观。HC300/500DP原材料价格比HC180B贵，但成本却降低 0.24元/件，主要是由于单件重量减轻使总成本下降的缘故。

2 性能对比

2.1 材料烘烤硬化性

车门外板要求原材料具有一定的烘烤硬化性，电泳烘烤后材料屈服强度增加，有助于提高外板的局部凹痕抗力。分别测试两种材料的烘烤硬化值（BH2），试样采用 GB/T 228.1-2010规定的P6试样，测试结果如表2所示。HC300/500DP的烘烤硬化值大于HC180B，具有更优异的烘烤硬化性，这是由HC300/500DP的化学成分和显微组织共同决定。烘烤硬化机理主要是与柯氏气团形成、马氏体回火、残余奥氏体分解和碳化物析出共同作用的结果。预变形后，材料内部存在大量位错，140℃烘烤过程中，有柯氏气团形成，并且铁素体、马氏体中会析出碳化物[2]。HC300/500DP

表2 两种材料的烘烤硬化值 单位：MPa

含碳量远大于 HC180B，且前者的显微组织为铁素体和岛状马氏体，使HC300/500DP的烘烤硬化值较高。

2.2 冲压成形及包边性能

图1 两种外板材料车门总成间隙检测

在车间分别对两种材料各10台份进行冲压试制，结果显示，所有外板制件均合格，门把手、窗框边部等拉延较深的部位无开裂、隐裂等问题。面板经打磨后未出现拉伸应变痕、高点等影响外观质量的缺陷。使用包边模进行内外板包边，经检查，包边效果良好，无起皱凸出、未折边等问题。通过检具检测车门总成的间隙、面差，检测结果如图1、图2所示：

图2 两种外板材料车门总成面差检测

HC300/500DP相较于HC180B，在强度提高、塑性下降的情况下，成形性能良好，包边后，外板回弹小，各检测点间隙、面差满足技术规范要求。这主要是由双相钢的显微组织特征决定。冷轧双相钢的显微组织由岛状马氏体颗粒散布于铁素体基体组成，马氏体提供了双相钢的强度特性，而铁素体基地则使双相钢具有良好的塑性[3]。在冲压拉延过程中，连续的铁素体基体为双相钢提供了足够的塑性变形能力。

2.3 外板抗凹性

抗凹性评价指标主要为：抗凹刚度、局部凹痕抗力、起伏载荷。抗凹刚度是试件抵抗凹陷挠曲的弹性变形能力；局部凹痕抗力是试件抵抗局部凹陷的塑性变形能力；起伏载荷是试件在外载荷达到一定程度时，抵抗弹性变形的能力突然丧失，发生失稳现象[4]。由于试验设备有限，仅对抗凹刚度、起伏载荷进行了测试，局部凹痕抗力采用计算机仿真模拟计算。

2.3.1 抗凹刚度和起伏载荷

分别将两种外板材料不同的车门总成，经电泳烘烤后，进行抗凹刚度、起伏载荷（加载60N是否有凹陷失稳现象）测试。测试点为主观评价薄弱点，即A、B两点，如图3所示。共进行两次测试，第一次测试车门总成仅电泳烘烤后不作任何处理；第二次测试，在外板材料为HC300/500DP的车门内侧A、B两点处加贴补强胶片，测试结果如表3、4所示。

图3 抗凹刚度、起伏载荷测试点

表3 外板抗凹刚度测试结果 单位：N·mm-1

表4 起伏载荷测试结果

由以上可知，第一次测试，外板材料为 HC300/500DP的车门总成，A、B两点抗凹部刚度下降严重，分别降低约29%、37%，静载荷未达到60N已出现凹陷失稳现象；经局部补强后，两点抗凹刚度均超过原设计车门且无失稳。抗凹刚度、起伏载荷均与试件的厚度、几何形状有关，与材料的屈服强度无关[5]。第一次测试时，外板材料为HC300/500DP的车门，由于厚度减薄导致抗凹刚度下降，未达到规定载荷即出现凹陷失稳，尽管HC300/500DP的屈服强度、烘烤硬化值高于HC180B，但屈服强度对抗凹刚度、起伏载荷无影响；第二次测试，在外板材料为HC300/500DP的车门内侧A、B两点处加贴补强胶片，电泳烘烤后，补强胶片附着在车门内侧，作用类似于使A、B两点处厚度增加，抗凹刚度大幅增加，不低于原设计车门，加载60N时无失稳现象。

2.3.2 局部凹痕抗力

采用计算机仿真模拟计算两种不同材料车门外板的局部凹痕抗力，计算点依然为A、B两点，评估指标为一定外载荷下产生的凹陷深度[4]。模拟软件采用 Abaqus v6.12，通过逐次增量加载试验方式计算，增量为50N，计算规定外载荷（350N）下产生的凹陷深度，计算结果如表5所示。

由表5可知，外板材料为HC300/500DP的车门外板经逐量加载至350N，在不补强的情况下，A、B两点产生的永久凹陷远低于外板材料为HC180B的车门。局部凹痕抗力除与材料厚度、零部件几何形状有关外，还与材料的屈服强度有关[5]。外板材料应用HC300/500DP后，虽然厚度减薄，会导致局部凹痕抗力下降，但材料的屈服强度提高，两者综合作用后，HC300/500DP材料的局部凹痕抗力优于HC180B，经局部补强后，局部凹痕抗力进一步提高。

表5 规定载荷下的凹陷深度计算结果 单位：mm

3 结论

0.6mmHC300/500DP应用于车门外板，相比原设计的0.7mmHC180B，可大幅度减轻车门外板重量，相应的单件成本也有一定程度降低。HC300/500DP材料烘烤硬化性能优异，成形性能良好，内外板包边后无明显回弹，车门总成间隙和面差均满足技术规范要求，外板抗凹刚度、起伏载荷经局部补强后，不低于原设计材料，局部凹痕抗力进一步提高。因此0.6mm HC300/500DP材料经补强优化设计后，可以应用于车门外板。

参考文献

[1] 鲁春燕.汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径[J].轻型汽车技术,2007（6）∶22-24.

[2] 曹彦朋,李维娟,聂丽丽,等.冷轧双相钢的烘烤硬化性能[J].机械工程材料,2014,38（4）∶50-53.

[3] 康永林,邝霜,等.汽车用冷轧双相钢的生产工艺及组织性能特征[J].鞍钢技术,2008,4∶2-6.

[4] 俞宁峰,汪承璞,李川海.汽车钢板抗凹性试验方法及其应用[J].锻压技术,2004,1∶51-53.