分享：铝合金汽车板罗平线的影响因素

摘 要:阐述了铝合金板材罗平线的产生原因、检测方法及操作步骤.通过拉伸试验、弯曲试 验分析了影响罗平线的因素.结果表明:铝合金板材的各向异性、弯曲角度、表面状态对罗平线 均有一定影响;严格控制热轧的开轧温度和终轧卷曲温度是保证铝合金汽车板罗平线合格的有 效途径.

中图分类号:TG１１５．５ 文献标志码:A 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０２０)０２Ｇ００２１Ｇ０４

汽车车身轻量化一直是汽车工业的发展方向, 铝合金汽车板由于密度小(２．７×１０３ kgm－３)、屈强 比高等优点备受关注,目前主要应用于德国宝马公 司旗下的宝马、德国大众公司旗下的奥迪、印度塔塔 汽车公司旗下的捷豹和路虎、美国福特公司旗下的 福特及日本本田公司旗下的本田汽车等国外高档车 型[１].国内使用铝合金汽车板的车型相对较少,且 铝合金主要应用在发动机罩等工艺要求相对较低的 部位,使用量与国外相比也较低.汽车用铝合金按 使用部位分为外板、内板、结构件;按表面质量分为 暴露件和非暴露件,其中暴露件对表面质量要求最 高.铝合金材料在冲压过程中表面会产生橘皮、起 皱等宏观缺陷[２],罗平线缺陷的检测需要对材料表 面进行轻微的打磨,打磨后表面会出现平行于轧制 方向的细长条纹,这些条纹又叫做滑移线.笔者结 合铝合金板材生产流程对罗平线形成原因和测试方 法进行了详细说明,并通过试验分析了罗平线与力 学参数的关系.

１ 罗平线产生原因

铝合金薄板在横向拉伸时,平行于轧制方向的 纤维组织在拉伸过程中产生的变形不足以让组织在 横向均匀的伸展,在铝板表面就会形成凹凸不平的 峰谷最大落差为１０~３０μm,长度为１~３cm 的细 长条纹,这种细长条纹被称为罗平线[３Ｇ７].

罗平线的产生与热轧加工过程中终轧的卷取温 度、冷轧加工过程的压下量、连退加工过程的最终退 火温度有关.实际生产中,材料在连退时的退火温 度和冷轧的压下量是固定的,因此减少罗平线的常 用方法是调节热轧的终轧卷取温度.终轧卷取温度 主要受开轧温度、轧制速度、轧制压下量、轧制力的 影响,一般工艺的热轧卷取温度为３３０~３４０ ℃,而生产汽车外板时热轧的卷取温度应大于３７０ ℃,这 样可以极大地减少罗平线缺陷.

２ 试样制备及试验方法

试验用６０１６铝合金板材的化学成分(质量分 数)为１．１２％ Si,０．２１％ Fe,０．０１％ Cu,０．０７％ Mn, ０．４０％ Mg,０．０１％ Cr,０．０２％ Ti,余为 Al [３].对厚 度为１．０ mm 的外板和内板分别取样进行对比分 析,取样位置见图１.

将拉伸试样加工成平行段为１２０mm×２０mm 的标准 A８０拉伸试样,采用沃特拜５０kN 电子万能 试验机进行拉伸试验,力传感器精度为０．５级,纵向 引伸计精度为０．５级,横向引伸计精度为０．５级.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 进 行 拉 伸 试 验,屈 服 前 应 变 速 率 为 ０．０００２５s－１,屈服后应变速率为０．００６７s－１.

铝合 金 板 材 弯 曲 试 验 按 VDA ２３８Ｇ１００Ｇ２０１０ PlateBendingTestforMetallicMaterials进行制 样和测试,工装采用欧洲标准定制的采购设备.试 样标距为１００mm,首先以０．００２５s－１ 的应变速率 预拉 伸 至 １０％,然 后 截 取 中 部 尺 寸 为 ６０ mm× ５０mm 的试样进行弯曲试验.

罗平线检测试样的打磨需要在平坦的工作台面 上进行,操作步骤见图２.首先在试样下方垫上油 纸,方便测试后清理,将黑色油墨均匀涂抹在试样表 面,等待１０~１５s的挥发时间.然后使用表面带有 砂纸的海绵垫在试样表面进行打磨,打磨时需要在 试样表面施加轻微的压力,一般沿其长度方向单向 打磨２~３次.最后采用德国马尔量仪、德国施奈德TMSＧ１００表面测量分别进行粗糙度和波纹度检验.

人工检测罗平线的评定结果一般分为 ４ 个等 级,１~２级为合格,３~４级为不合格,如图３所示. １级表面要求无平行于轧制方向的竖行条纹;２级表 面允许平行于轧制方向的竖行条纹数量为１~５条;３ 级表面平行于轧制方向的竖行条纹数量超过５条;４ 级表面平行于轧制方向的竖行条纹数量超过５条且 竖行条纹间距小于３mm.

罗平线波纹度检测试样同弯曲试样一样进行相 同程度的预拉伸,将拓扑仪开机预热３０~６０min,待 稳定后进行测试.使用工业酒精对试样测试区域表 面的油污、脏污进行擦拭清理,然后将其放置到检测 平台上,检测区域尺寸为３７．５mm×２８mm.启动测 试软件,调节曝光度,定义扫描区间,通过红色干扰线 在试样上的移动来确定测试区域内的最高点与最低 点,设置扫描的上下限确保覆盖整个测试区域.对测 试区域进行不同曝光强度的扫描,所获图像需通过 TMSRepot软件进行过滤处理生成新的图像,最后计 算波纹度Sa 值.测试流程见图４.VDA２３９Ｇ４００Ｇ ２０１７RopingTest规定Sa 值评定的临界值为０．８μm, 大于０．８μm 为不合格,小于０．８mm 为合格.

３ 试验结果与讨论

３．１ 拉伸试验

铝合金试样的拉伸试验结果见表１.１~９号试 样为内板,１０~１８号试样为外板.n４Ｇ６为塑性应变在 ４％~６％之间测定的应变硬化指数,r８Ｇ１２为塑性应变 在８％~１２％之间测定的轧向的垂直各向异性指数, 两 个 参 数 的 测 定 主 要 参 考 VDA ２３９Ｇ２００Ｇ２０１３ AluminumSheetMaterial,此标准是专门针对汽车铝 薄板检测制定的,具有较高的参考意义.结果表明内 外板性能差异主要在于各向异性,内板３个方向的 r８Ｇ１２值差异较大,而外板３个方向的r８Ｇ１２值差异小,且 外板试样的罗平线检测结果合格,因此３个方向的 r８Ｇ１２值差异程度可能是影响罗平线的因素之一.

３．２ 弯曲试验

铝合金 内 外 板 的 弯 曲 试 验 结 果 差 异 较 大,见 表２.外板试样弯曲角小且罗平线较好,内板试样弯 曲角大但罗平线较差,因此弯曲角度可能是罗平线 的影响因素之一.

３．３ 罗平线检测试验

铝合金罗平线检测结果见表３,其中１~３号试 样为内板,４~６号试样为外板,试样表面均经毛化 处理(ETD).罗平线的相关检测要求主要针对铝 合金外板.采用设备和人工检测罗平线的结果具有 一致性,但是人工检测结果受人员主观性影响较大, 建议采用设备进行检测.

３ 结论

(１)铝合金板材的各向异性、弯曲角大小、表面 状态对罗平线均有一定影响,但关键影响因素为合 金的生产工艺及化学成分.

(２)罗平线的检测结果与取样方向和检测方法 等有关,平行于轧向的试样才会出现罗平线.手动 检测罗平线成本较低,便于操作,但结果受检测人员 主观因素影响;采用设备检测的结果比较客观,再现 性、重复性较高.

(３)从生产工艺来看,应严格控制热轧的开轧 温度和终轧卷曲温度、冷轧的压下量以及连退的退 火温度,以保证铝合金外板的罗平线缺陷合格.

参考文献:

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<文章来源 >材料与测试网 > 期刊论文 > 理化检验－物理分册 > 56卷 > 2期 (pp:21-24)>