2GPa热成形钢电阻点焊接头的显微组织与力学性能_王轲.pdf

第4 1卷 第3期V o l.4 1 N o.3材 料 科 学 与 工 程 学 报J o u r n a l o fM a t e r i a l sS c i e n c e&E n g i n e e r i n g总第2 0 3期J u n.2 0 2 3文章编号:1 6 7 3-2 8 1 2(2 0 2 3)0 3-0 3 5 4-0 52G P a热成形钢电阻点焊接头的显微组织与力学性能王 轲1,2,姚再起2,刘永锋1,朱铁军1,袁 超2,罗浩瑄2,郭秋彦2(1.硅材料国家重点实验室,浙江省电池新材料及应用技术重点实验室,浙江大学材料科学与工程学院,浙江 杭州3 1 0 0 5 8;2.宁波吉利汽车研究开发有限公司,整车性能及测试中心,浙江 宁波3 1 5 3 3 6)【摘 要】以U s i b o r 2 0 0 0/U s i b o r 2 0 0 0/H S L A 2 6 0 G I焊接组合为研究对象,对2G P a热成形钢电阻点焊接头显微组织和力学性能进行了研究。结果表明,随着焊接时间的增加,熔核直径和热影响区宽度逐渐增加,熔核内部缺陷逐渐减小,但显微组织基本一致,由熔核区至母材,显微组织依次为马氏体、马氏体、马氏体、马氏体+铁素体、回火马氏体、马氏体。其中热影响区存在明显软化。拉伸实验表明,随着焊接时间的增加,接头剪切拉伸最大力逐渐增加,十字拉伸最大力基本不变。【关键词】2G P a热成形钢;电阻点焊;显微组织;力学性能中图分类号:T G 4 5 3.9 文献标志码:AD O I:1 0.1 4 1 3 6/j.c n k i.i s s n 1 6 7 3-2 8 1 2.2 0 2 3.0 3.0 0 2M i c r o s t r u c t u r ea n dM e c h a n i c a lP r o p e r t i e so f2G P aH o t-f o r m e dS t e e lR e s i s t a n c eS p o tW e l d e dJ o i n t sWA N GK e1,2,Y A OZ a i q i2,L I UY o n g f e n g1,Z H UT i e j u n1,Y U A NC h a o2,L U OH a o x u a n2,G U OQ i u y a n2(1.S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fS i l i c o nM a t e r i a l s,K e yL a b o r a t o r yo fA d v a n c e dM a t e r i a l sa n dA p p l i c a t i o n s f o rB a t t e r i e so fZ h e j i a n gP r o v i n c ea n dS c h o o l o fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,Z h e j i a n gU n i v e r s i t y,H a n g z h o u3 1 0 0 5 8,C h i n a;2.N i n g b oG e e l yA u t o m o b i l eR e s e a r c ha n dD e v e l o p m e n tC o.,L t d.,V e h i c l eP e r f o r m a n c ea n dT e s t i n gC e n t e r,N i n g b o3 1 5 3 3 6,C h i n a)【A b s t r a c t】T a k i n gU s i b o r 2 0 0 0/U s i b o r 2 0 0 0/H S L A 2 6 0 G Ia st h er e s e a r c ho b j e c t,t h ee f f e c t so fw e l d i n gt i m eo nt h em i c r o s t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f2G P ah o t-f o r m e ds t e e ls p o tr e s i s t a n c es p o tw e l d e dj o i n t sw e r e s t u d i e d.T h e r e s u l t s s h o wt h a tw i t ht h e i n c r e a s eo fw e l d i n g t i m e,t h ed i a m e t e ro fF Z(F u s i o nZ o n e)a n dt h e w i d t ho f HA Z(H e a t A f f e c t e d Z o n e)g r a d u a l l yi n c r e a s e,t h e m a c r o-c a v i t ys i z ei n F Z g r a d u a l l yd e c r e a s e s.B u t,t h e m i c r o s t r u c t u r eb a s i c a l l yr e m a i n su n c h a n g e d.F r o m F Zt o BM(B a s e M a t e r i a l),t h em i c r o s t r u c t u r e sa r es u c c e s s i v e l yM,M,M,M+F,t e m p e r e dMa n dM.T h e r e i sas o f t e n i n gz o n ea t t h eHA Z.T h et e n s i l et e s tr e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h e m a x i m u mf o r c eo fs h e a rt e n s i l ei n c r e a s e sg r a d u a l l y w i t ht h ei n c r e a s eo fw e l d i n gt i m e,w h i l e t h em a x i m u mf o r c eo f c r o s s t e n s i l eb a s i c a l l yr e m a i n su n c h a n g e d.【K e yw o r d s】2G P ah o t-f o r m e ds t e e l;R e s i s t a n c es p o tw e l d i n g;M i c r o s t r u c t u r e;M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s收稿日期:2 0 2 3-0 2-0 7;修订日期:2 0 2 3-0 4-1 0基金项目:国家重点研发计划资助项目(2 0 2 0 Y F B 1 7 0 9 4 0 4)作者简介:王轲,男,博士,工程师,研究方向:汽车用新材料新技术开发与应用推广。通信作者:刘永锋,教授,博士生导师。E-m a i l:m s e l y f z j u.e d u.c n。1 引 言 目前,汽车工业正面临着日益严苛的燃油消耗、温室气体排放和乘员安全性法规等要求1。汽车轻量化作为解决汽车燃油消耗和废气排放最有效的手段之一,备受关注。研究表明:整车质量每降低1 0%,能源消耗量可减少6%8%,行驶里程对应增加6%9%2。作为轻量化手段的一种,热成形钢在减薄降重的同时兼顾了安全性3,被广泛用于制造汽车安全结构件。乘员舱作为关键安全区域普遍采用热成形钢以控制侵入量,前后碰撞吸能区也使用热成形零件辅助能量疏导。电阻点焊(r e s i s t a n c es p o tw e l d i n g,R SW)利用电阻热效应使被连接金属局部熔化,然后冷却结晶使分子或原子形成结合力,由于其成本低廉、操作简便、易自动化等特点,是目前在车身制造中应用最广泛的汽车连接技术4。焊点质量决定连接的断裂强度,直接影响车身安全性能5,因此R SW技术的研究对汽车安全性能具有重要意义。目前热成形钢的最大抗拉强度可达到18 0 020 0 0 MP a,统称为2G P a热成形钢,但其对应的R SW研究相对滞后。新材料的应用对R SW技术产生了更大需求,必须通过研究R SW提升焊点质量,才能充分体现2G P a热成形钢的安全性能优势6。目前大多数研究针对焊接电流对点焊质量的影响,而焊接时间的影响还有待完善7。本研究以某车型碰撞吸能区,前纵梁中后段与地板的搭接位置为研究对象,通过保持焊接电流,电极压力和保压时间不变,改 变 焊 接 时 间,焊 接 了 不 同 的U s i b o r 2 0 0 0/U s i b o r 2 0 0 0/H S L A 2 6 0 G I组合试样,分析了不同焊接时间对2G P a热成形钢R SW接头的金相组织和力学性能的影响。2 实验材料与方法2.1 实验材料 实验使用2G P a热成形钢为安赛乐米塔尔公司 的U s i b o r 2 0 0 0铝硅镀层热成形钢,厚度为2.0mm,H S L A 2 6 0 G I则 是 镀 锌 的 低 合 金 钢 板,厚 度 为0.8mm。热成形钢在焊接前经过热处理,组织已完成马氏体转变,如图1所示,U s i b o r 2 0 0 0的显微组织为针状马氏体,而H S L A 2 6 0 G I的显微组织为铁素体和珠光体双相组织。图1 U s i b o r 2 0 0 0(a)和H S L A 2 6 0 G I(b)母材金相组织F i g.1 M i c r o s t r u c t u r eo fb a s em e t a l so fU s i b o r 2 0 0 0(a)a n dH S L A 2 6 0 G I(b)表1为两种材料的主要化学成分和力学性能,热处理后热成形钢的抗拉强度已达到18 6 4MP a。通过化学成分可以计算材料的碳当量(C a r b o nE q u i v a l e n t,C E),用于评价钢的点焊性能,具体计算公式如下:C E%=C+M n6+(C r+M o+V)5+(N i+C u)1 5(1)计算得到U s i b o r 2 0 0 0的碳当量为0.5 4,鉴于其具有较高的碳当量以及超高强度,R S W存在一定的挑战性。2.2 焊接工艺与试验方法 R SW在M e d w e l d 5 0 0 0 s/R o m a n-T D C-6 0 9 1电阻点焊试验机上进行,使用的焊接试片规格为1 4 0mm4 0mm。R SW试样搭接方式见图2,焊接工艺参数如表2所示,采用由预热、焊接和回火构成的三段式焊 表1 U s i b o r 2 0 0 0和H S L A 2 6 0 G I的化学成分和力学性能T a b l e1 C h e m i c a l c o m p o s i t i o n sa n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fU s i b o r 2 0 0 0a n dH S L A 2 6 0 G IG r a d eC h e m i c a l c o m p o s i t i o n/w t%M e c h a n i c a l p r o p e r t i e sCS iM nC rM oN iY i e l ds t r e n g t h/MP aT e n s i l es t r e n g t h/MP aE l