摘 要:闡述了鋁合金板材羅平線的產生原因、檢測方法及操作步驟.通過拉伸試驗、彎曲試 驗分析了影響羅平線的因素.結果表明:鋁合金板材的各向異性、彎曲角度、表面狀態對羅平線 均有一定影響;嚴格控制熱軋的開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:TG１１５．５ 文獻標志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０２０)０２Ｇ００２１Ｇ０４

汽車車身輕量化一直是汽車工業的發展方向, 鋁合金汽車板由于密度小(２．７×１０３ kgm－３)、屈強 比高等優點備受關注,目前主要應用于德國寶馬公 司旗下的寶馬、德國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外高檔車 型[１].國內使用鋁合金汽車板的車型相對較少,且 鋁合金主要應用在發動機罩等工藝要求相對較低的 部位,使用量與國外相比也較低.汽車用鋁合金按 使用部位分為外板、內板、結構件;按表面質量分為 暴露件和非暴露件,其中暴露件對表面質量要求最 高.鋁合金材料在沖壓過程中表面會產生橘皮、起 皺等宏觀缺陷[２],羅平線缺陷的檢測需要對材料表 面進行輕微的打磨,打磨后表面會出現平行于軋制 方向的細長條紋,這些條紋又叫做滑移線.筆者結 合鋁合金板材生產流程對羅平線形成原因和測試方 法進行了詳細說明,并通過試驗分析了羅平線與力 學參數的關系.

１ 羅平線產生原因

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

羅平線的產生與熱軋加工過程中終軋的卷取溫 度、冷軋加工過程的壓下量、連退加工過程的最終退 火溫度有關.實際生產中,材料在連退時的退火溫 度和冷軋的壓下量是固定的,因此減少羅平線的常 用方法是調節熱軋的終軋卷取溫度.終軋卷取溫度 主要受開軋溫度、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 ℃,而生產汽車外板時熱軋的卷取溫度應大于３７０ ℃,這 樣可以極大地減少羅平線缺陷.

２ 試樣制備及試驗方法

試驗用６０１６鋁合金板材的化學成分(質量分 數)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].對厚 度為１．０ mm 的外板和內板分別取樣進行對比分 析,取樣位置見圖１.

將拉伸試樣加工成平行段為１２０mm×２０mm 的標準 A８０拉伸試樣,采用沃特拜５０kN 電子萬能 試驗機進行拉伸試驗,力傳感器精度為０．５級,縱向 引伸計精度為０．５級,橫向引伸計精度為０．５級.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 行 拉 伸 試 驗,屈 服 前 應 變 速 率 為 ０．０００２５s－１,屈服后應變速率為０．００６７s－１.

鋁合 金 板 材 彎 曲 試 驗 按 VDA ２３８Ｇ１００Ｇ２０１０ PlateBendingTestforMetallicMaterials進行制 樣和測試,工裝采用歐洲標準定制的采購設備.試 樣標距為１００mm,首先以０．００２５s－１ 的應變速率 預拉 伸 至 １０％,然 后 截 取 中 部 尺 寸 為 ６０ mm× ５０mm 的試樣進行彎曲試驗.

羅平線檢測試樣的打磨需要在平坦的工作臺面 上進行,操作步驟見圖２.首先在試樣下方墊上油 紙,方便測試后清理,將黑色油墨均勻涂抹在試樣表 面,等待１０~１５s的揮發時間.然后使用表面帶有 砂紙的海綿墊在試樣表面進行打磨,打磨時需要在 試樣表面施加輕微的壓力,一般沿其長度方向單向 打磨２~３次.最后采用德國馬爾量儀、德國施奈德TMSＧ１００表面測量分別進行粗糙度和波紋度檢驗.

人工檢測羅平線的評定結果一般分為 ４ 個等 級,１~２級為合格,３~４級為不合格,如圖３所示. １級表面要求無平行于軋制方向的豎行條紋;２級表 面允許平行于軋制方向的豎行條紋數量為１~５條;３ 級表面平行于軋制方向的豎行條紋數量超過５條;４ 級表面平行于軋制方向的豎行條紋數量超過５條且 豎行條紋間距小于３mm.

羅平線波紋度檢測試樣同彎曲試樣一樣進行相 同程度的預拉伸,將拓撲儀開機預熱３０~６０min,待 穩定后進行測試.使用工業酒精對試樣測試區域表 面的油污、臟污進行擦拭清理,然后將其放置到檢測 平臺上,檢測區域尺寸為３７．５mm×２８mm.啟動測 試軟件,調節曝光度,定義掃描區間,通過紅色干擾線 在試樣上的移動來確定測試區域內的最高點與最低 點,設置掃描的上下限確保覆蓋整個測試區域.對測 試區域進行不同曝光強度的掃描,所獲圖像需通過 TMSRepot軟件進行過濾處理生成新的圖像,最后計 算波紋度Sa 值.測試流程見圖４.VDA２３９Ｇ４００Ｇ ２０１７RopingTest規定Sa 值評定的臨界值為０．８μm, 大于０．８μm 為不合格,小于０．８mm 為合格.

３ 試驗結果與討論

３．１ 拉伸試驗

鋁合金試樣的拉伸試驗結果見表１.１~９號試 樣為內板,１０~１８號試樣為外板.n４Ｇ６為塑性應變在 ４％~６％之間測定的應變硬化指數,r８Ｇ１２為塑性應變 在８％~１２％之間測定的軋向的垂直各向異性指數, 兩 個 參 數 的 測 定 主 要 參 考 VDA ２３９Ｇ２００Ｇ２０１３ AluminumSheetMaterial,此標準是專門針對汽車鋁 薄板檢測制定的,具有較高的參考意義.結果表明內 外板性能差異主要在于各向異性,內板３個方向的 r８Ｇ１２值差異較大,而外板３個方向的r８Ｇ１２值差異小,且 外板試樣的羅平線檢測結果合格,因此３個方向的 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

鋁合金 內 外 板 的 彎 曲 試 驗 結 果 差 異 較 大,見 表２.外板試樣彎曲角小且羅平線較好,內板試樣彎 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 羅平線檢測試驗

鋁合金羅平線檢測結果見表３,其中１~３號試 樣為內板,４~６號試樣為外板,試樣表面均經毛化 處理(ETD).羅平線的相關檢測要求主要針對鋁 合金外板.采用設備和人工檢測羅平線的結果具有 一致性,但是人工檢測結果受人員主觀性影響較大, 建議采用設備進行檢測.

３ 結論

(１)鋁合金板材的各向異性、彎曲角大小、表面 狀態對羅平線均有一定影響,但關鍵影響因素為合 金的生產工藝及化學成分.

(２)羅平線的檢測結果與取樣方向和檢測方法 等有關,平行于軋向的試樣才會出現羅平線.手動 檢測羅平線成本較低,便于操作,但結果受檢測人員 主觀因素影響;采用設備檢測的結果比較客觀,再現 性、重復性較高.

(３)從生產工藝來看,應嚴格控制熱軋的開軋 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.

參考文獻:

[１] 林敦文,關紹康,盧廣璽,等．AlＧMgＧSi基合金車身板 材成形極限及數值應用[J]．機械工程材料,２００６,３０ (４):６４Ｇ６７．

[２] 馬鳴圖,梅華生,路洪洲,等．鋁合金板材拉伸后的表 面橘皮與其力學性能及表面粗糙度的關系[J]．機械 工程材料,２０１３,３７(８):５９Ｇ６２．

[３] HOSFORD W F H．The MechanicsofCrystalsand Textured Polycrystals [M ]． Oxford: Oxford UniversityPress,１９９３．

[４] KOCKS U F,TOME C N,WENK H R,etal． TextureandAnisotropy[M]．Cambridge:Cambridge UniversityPress,２０００．

[５] GEORGE E T,MACKENZIE D S．Handbook of Aluminum, Volume ７: Physical Metallurgy and Processes[M]．NewYork:MarcelDekkerInc,２００３．

[６] 馬鳴圖,畢祥玉,游江海,等．鋁合金汽車板性能及其 應用的研究進展[J]．機械工程材料,２０１０,３４(６):１Ｇ５．

[７] 羅五四,李玲,周存鋒,等．汽車用薄鋼板表面波紋度 試驗方 法 [J]．理 化 檢 驗 (物 理 分 冊),２０１５,５１(８): ５７０Ｇ５７４．

<文章來源 >材料與測試網 > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 56卷 > 2期 (pp:21-24)>