普通低碳钢-汽车车身结构与设计，应力-应变曲线及应用

1.普通低碳钢的成形性能

普通低碳钢是指碳的质量分数在0.1%以下的碳素钢，其力学性能由测试所得的应力—应变曲线表示。如图7-1所示是低碳钢的应力—应变曲线，展现了各种力学性能指标。图中，σp为比例极限，σe为弹性极限，σs为屈服强度，σb为抗拉强度，σk为断裂强度。一般取疲劳极限σ-1=σb/2。

图7-1 低碳钢的应力—应变曲线

弹性变形的上限就是材料屈服的开始。一般零件最大许用应力必须比屈服强度适当低一些。弹性模量E是材料刚度的度量（单位为MPa）。到了屈服强度就是塑性变形的开始，应变增大加快；塑性变形的最高点即抗拉强度，在这之前有一段硬化区。抗拉强度和断后伸长率既反映了变形能力，也是能量吸收能力的一个度量（如撞击能量的吸收）。此外，材料特性还与变形速度有关。

冷冲压钢板是以金属的塑性变形为基础的加工方法，材料的冲压成形性能主要是指可塑性。伸长率是衡量塑性变形能力的指标。

晶粒均匀细化，原子间隙固溶，合金元素原子和基体金属原子置换固溶，钢中珠光体、贝氏体和马氏体相变，基体中出现弥散相等，都能提高材料的强度，并影响拉深件表面质量。一般来说，塑性和强度是互相矛盾而此消彼长的，可以通过选用冷加工、热处理及合金化等方法来寻求强度和塑性的合理匹配。

一般情况下，不同结构的冲压件对材料的要求是不同的，如对于变形工序（如压弯、拉深、成形、翻边等），一般要求较低的屈服强度σs，目的是减少材料在冲压后的回弹。对于冲裁工序，为了获得良好的剪裁截面，反而希望σs稍高一些。对于变形复杂的工序（如拉深，或拉深与翻边成形复合工序），则对材料性能有更多、更严格的指标要求。概括地讲，应以几项力学性能指标的综合来代表钢板的冲压成形性能，即伸长率δ、屈服强度σs、屈强比σs/σb等。对于某些高级冷轧钢板，还有应变硬化能力指数n和抗变薄能力系数r。总之，降低σs、σs/σb，提高δ、n和r是提高钢板冲压成形性能的趋势。此外，钢板的厚度公差、钢板表面质量也是影响冷冲压成形性的不可忽视因素。

汽车冷冲压用钢板分为冷轧钢板和热轧钢板。热轧钢板是在温度高于800%时轧制而成的，它的可加工性不如冷轧钢板，板材厚度一般为1.2～6.0 mm。板厚为1.2～1.4 mm的热轧钢板主要用于车身下部构件、内护板、车门内板等，大于1.6mm的钢板用于结构加强板和铰链等。

冷轧钢板开始也是热轧的，然后在酸洗槽中去氧化皮，在常温下由轧机轧制而成。冷轧钢板比热轧钢板冲压加工性能好，可以保证严格的厚度公差，且表面美观，在汽车上应用较多。(www.xing528.com)

冷轧钢板按冲压级别，可分为最复杂拉深级（ZF）、很复杂拉深级（H F）、复杂拉深级（F）、最深拉深级（Z）、深拉深级（s）和普通拉深级（P），冲压成形性逐次降低。按强度级别划分，可分为一般强度级钢板和高强度级钢板。

车身用冲压钢板多为一般强度级的低碳钢冷轧钢板，板厚一般为0.6～1.0mm。因为它具有很高的伸长率，最高可达45%以上，所以具有良好的冲压加工性能，而且焊接性、涂装性都很好。为了提高车身轻量化水平和安全性，高强度钢在车身中的应用量正逐步增加。

2.车身冲压件的成形分类及钢板型号的选择

我国汽车行业根据汽车冲压件外形特征、应变大小和特点、对材料的不同性能要求以及生产各种汽车冲压件长期积累的实际经验，将冲压成形工艺划分为深拉深成形、胀形—深拉深成形、浅拉深成形、弯曲成形和翻边成形五大类，并将成形类别与钢板性能指标相对应。

例如：用厚度为1.0 mm的08A1 HF冷轧钢板冲压的一般车门内板，是深拉深成形的典型零件。从外形看，车门内板基本属于盒形深拉深件，但因壁部布满很多凸起和弯曲部分，门窗处常有内翻边，使整个零件形状复杂化。车门内板的开裂率与钢板性能指标的关系主要是r、n值和伸长率δ。r值高，则可增加零件拉深时的抗变薄能力，有利于深拉深成形；n值高，则有利于凸起和压筋处的变形均匀化；伸长率δ高，有利于单向拉伸变形，如直壁单拉变形。

3.表面镀锌钢板

为了防止腐蚀，提高车身材料的抗高温、抗氧化能力，对钢板进行表面处理非常重要。在各类环境中，钢的腐蚀率为锌的3～30倍，说明锌具有适应性很强的耐蚀性。大量应用镀锌钢板，对提高轿车的使用寿命是很有利的。因此，镀锌钢板是当前重要的车身用材。目前，镀锌钢板目前多用于容易腐蚀的车身零件，如挡泥板（轮罩）、地板等车身底部结构及车顶、车门板。有些轿车车身中几乎全部的重要冲压件都采用镀锌钢板。

镀锌钢板具有优异的防腐性，表面美观，但焊接性和涂装性不如未经镀层处理的钢板好。涂层超过40g/m2后，就不易保证其成形性和焊接性。同时，由于润滑性，深拉深时的加工更加困难。通过不同的镀层方法（电镀锌方法或热镀锌方法，合金电镀方法或合金化热镀方法）会得到不同的镀锌钢板性能。其中，合金电镀锌钢板具有各项性能均为优或良的综合性能，可大量应用。