T_CSAE 154-2020 超高强度汽车钢板极限尖冷弯性能试验方法.docx

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1、ICS43.020CCST40团体标准T/CSAE1542020超高强度汽车钢板极限尖冷弯性能试验方法Ultrahighstrengthautomobilesteelplate-Extremetipbendingtest2020-12-31发布2020-12-31实施中国汽车工程学会发布T/CSAE1542020目次前言.II1范围.12规范性引用文件.13术语和定义.14试验原理.35试验环境.46试验设备及工装.47试样.58试验程序.69数据处理.810报告要求.10附录A（资料性）示例数据.12附录B（资料性）极限尖冷弯角的EXCEL计算模板示例.13附录C（资料性）极限尖冷弯角试验报

2、告示例模板.14IT/CSAE1542020前言本文件按照GB/T1.12020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由汽车轻量化技术创新战略联盟提出。本文件主要起草单位：中国汽车工程研究院股份有限公司、中信金属股份有限公司、通用汽车中国科学研究院、东北大学、重庆长安汽车股份有限公司、马鞍山钢铁股份有限公司、北京理工大学重庆创新中心、吉利汽车有限公司、奇瑞汽车股份有限公司、安徽江淮汽车集团股份有限公司、观致汽车有限公司、北京汽车研究总院有限公司、河钢集团邯钢公司、涟源钢铁集团有限公司、鞍

3、钢蒂森克虏伯(重庆)汽车钢公司、武汉钢铁有限公司、宝钢股份中央研究院、本钢集团有限公司、东莞豪斯特热冲压技术有限公司、凌云工业股份有限公司、上海迅仿工程技术有限公司、同济大学、马钢（合肥）板材有限责任公司、河南速达电动汽车科技有限公司。本文件主要起草人：宋磊峰、路洪洲、王建锋、易红亮、赵岩、冯毅、马鸣图、刘波、杨琴、张武、韩志勇、崔磊、李军、李复活、万鑫铭、周佳、姜发同、祁学军、阚洪贵、孙垒、张龙柱、田飞、李晓少、蒙菁、胡宽辉、洪继要、王子健、胡淼、潘锋、黄宁宁、闵峻英、赵亮。本文件为首次发布。IIT/CSAE1542020超高强度汽车钢板极限尖冷弯性能试验方法1范围本文件规定了超高强度汽车钢

4、板极限尖冷弯性能测试术语的定义、试验设备、试验过程、数据处理及报告编制的方法。本文件适用于抗拉强度不低于780MPa的超高强度汽车钢板极限尖冷弯性能试验。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T232金属材料弯曲试验方法GB/T14452金属弯曲力学性能试验方法GB/T2975钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备GB/T16826电液伺服万能试验机SAE-ChinaJ2203汽车用冷轧钢板和钢带SAE-ChinaJ2204汽

5、车用冷轧热镀锌锌铁合金钢板和钢带SAE-ChinaJ2206汽车热冲压成形用超高强度钢板及钢带VDA238-1002017金属材料的板弯曲试验（Platebendingtestformetallicmaterials）3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1压头载荷bendingload；F冷弯过程中对试样加载的载荷，单位：kN。3.2压头位移punchdisplacement；S冷弯过程中压头位移量，单位：mm。3.3辊轮直径rollerdiameter；D用于支撑试样的可动辊轮的直径，单位：mm。1T/CSAE15420203.4辊轮间距rollerdistance；L用于支撑试样的

6、可动辊轮之间的间距，单位：mm。3.5试样厚度samplethickness；t0试样的实测厚度，单位：mm。3.6公称厚度nominalthickness；t钢板出厂的产品公称厚度，单位：mm。3.7预拉伸试样宽度samplewidthbeforestretching；w预拉伸前的试样宽度，单位：mm。3.8试样宽度samplewidthbeforebendingtest；b冷弯测试前试样宽度，单位：mm。3.9预拉伸试样长度samplelengthbeforestretching；lt预拉伸前的试样长度，单位：mm。3.10标距长度gaugelength；le预拉伸试样标距段长度，单位：m

7、m。3.11自由夹持长度freeclampinglength；lf预拉伸试样自由夹持段长度，单位：mm。3.12试样长度samplelength；l冷弯测试前试样长度，单位：mm。2T/CSAE15420203.13压头半径punchradius；r弯曲试验压头尖端的圆角半径，单位：mm。3.14计算极限尖冷弯角bendinganglebycalculates；c基于测试数据，按照峰值载荷-位移计算的极限尖冷弯角值，单位：。3.15机械测量极限尖冷弯角bendinganglebymeasurement；m采用机械工具（如量角器）的方式测得的极限尖冷弯角值，单位：。3.16光学测量极限尖冷弯角b

8、endinganglebymeasurement；0采用光学测量设备（全场应变测量系统DigitalImageCorrelation，以下简称“DIC”）测得的极限尖冷弯角值，单位：。3.17加载角loadingangle；试验过程中试样轧向与压头加载端棱边线之间的夹角，单位：，其值范围为090。4试验原理弯曲试验采用匹配弯曲加载工装的力学性能测试设备，对试样持续施加弯曲载荷，直至载荷经历峰值后显著降低，降至10%峰值载荷或出现可见裂纹时终止试验，获得全加载过程弯曲载荷与压头位移之间的变化曲线，通过计算或仪器测量得到试样的极限尖冷弯角，试验原理如图1所示。图1极限尖冷弯测试原理31尖角角度81

9、2边宽度2mm0.1mm3尖角半径r0.4mm0.1mm4边高度9mm5压头高度55mmT/CSAE15420205试验环境一般情况下，弯曲试验在室温、1个标准大气压下进行。如需进行低温试验，推荐最低试验温度为-40摄氏度。建议试验在专用环境箱中进行，将工装和试样同时冷却，冷却到温后保温时间推荐35分钟。6试验设备及工装6.1试验设备6.1.1弯曲试验应在配备工装的万能试验机或压力机上完成，设备精确度应小于等于1级（加载力示值相对误差1%）。6.1.2试验设备加载速率范围内应保证加载力的平稳输出，无振动和冲击现象。6.1.3试验设备应配备力和位移的数据采集、记录和显示系统。6.1.4试验设备应

10、具有限位、过载自动保护、试样断裂自动停机等功能。6.1.5试验设备应定期按照国家计量检定规程进行校检。6.2试验工装6.2.1弯曲试验工装应包括支撑底座、支撑辊轮、压头等部件，各部件均应进行调质热处理，表面硬度达到（5055）HRC的水平。6.2.2支撑底座、支撑辊轮和压头的表面粗糙度Ra应不大于0.8m。6.2.3两支撑辊轮的直径差应不大于5%D，一般情况下公称直径D=30mm。6.2.4两支撑辊轮轴线长度应不小于压头加载线长度和试样宽度b。6.2.5两支撑辊轮间距L的大小可调整，推荐最小调整刻度为0.5mm。6.2.6压头端面示意图及参数如表1所示，压头加载边长度应大于试样宽度b，推荐值为

11、70mm。6.2.7对支撑辊轮和压头，应进行必要的表面防锈处理，处理后工装组件的表面硬度及其粗糙度仍满足6.2.1、6.2.2点的要求。表1压头尺寸规格选择示例4T/CSAE15420207试样7.1一般要求7.1.1试验使用方形横截面的板材试样。样坯的切取位置和方向应按照相关产品标准进行，并在报告中注明。7.1.2本文件推荐试样规格：长度l宽度b=60mm60mm，若受取样限制，应保证试样为方形试样，且试样宽度b不小于20t0(试样板厚)。7.1.3试样应尽量在同一零件或同一批次板材上获取，若在不同零件或不同批次板材上取样，应在报告中注明。7.1.4如为具体规定，应按照GB/T2975的要求

12、进行样品制备，推荐采用线切割或激光切割方式取样，若采取其他加工方式，应去除由于剪切或火焰切割而影响材料性能的部分。7.1.5试样取样的尺寸及形状公差参照GB/T14452要求执行，对其它不作硬性规定。7.1.6试样沿宽度方向的两端面应进行去毛刺和45倒角处理，推荐倒角宽度小于0.5mm。7.1.7试样表面和边缘不能出现明显的可见裂纹、凹坑等缺陷，试样表面粗糙度Ra应不大于（6.312.5）m。7.1.8板材试样平面度应不大于0.15t（公称板厚）。7.2热成形试样7.2.1对热成形试样表面有氧化皮的情况，应采用砂纸打磨或喷砂等方式去除氧化皮，表面粗糙度达到6.1.6的要求后进行试验。7.2.2

13、对来样为冷轧退火态板材的情况，推荐采用固体平板模具淬火法进行样品制备，加热过程建议采用保护气氛，淬火后微观组织组织达到企业技术要求。7.2.3如需考虑烘烤硬化处理工艺的影响，建议在热处理炉中，对来样进行170保温20min的模拟处理工艺。7.2.4对试样表面有脱碳层的情况，可根据实际技术要求确定保留或去除，并在报告中注明。试样表面有镀层的情况，建议保留镀层进行试验。7.2.5对来样为热成形零部件的情况，取样位置和方向由协议双方协商确定。7.2.6热成形板料技术要求推荐参照SAE-ChinaJ2206标准。7.3冷成形试样7.3.1如需考虑烘烤硬化处理工艺的影响，建议在热处理炉中，对来样进行17

14、0保温20min的模拟处理工艺。7.3.2板料技术要求推荐参照SAE-ChinaJ2206标准。7.3.3对来样为零部件的情况，在零件上直接取样，取样位置和方向由协议双方协商确定。7.3.4对来料为板材的情况，推荐预拉伸处理，预拉伸试样推荐为矩形试样，且应确保试样某一边与轧制方向平行。预变形板材推荐采用以下尺寸规格，如表2所示。若选用其它规格，可根据板厚、设备压力等参数自主选择，应确保试样宽度b不低于20t0。预拉伸变形示意图如图2所示。5序号名称推荐尺寸mm备注1试样宽度（w）（20-25）t0t0-实测板厚2标距段长度（le）（60-75）t0可切取3件弯曲试样3自由夹持段长度（lf）（6

15、0-75）t0+604试样长度（lt）（60-75）t0+1605预拉伸应变速率/s-10.0025s-1准静态6应变量/%协商确定，建议不大于5%。T/CSAE1542020表2预拉伸参数推荐表图2预拉伸变形示意图8试验程序8.1开启电源开启设备电源，确认设备处于正常状态。8.2弯曲工装安装8.2.1安装辊轮底座，设定辊轮间距L为2t00.5（mm），辊轮间距值公差为+0.1mm/-0.0mm。8.2.2底座安装位置通过刻度对中，保证辊轮轴心线至压头加载棱边的水平距离应相等，偏差不大于0.5%(L+D)/2。8.2.3安装支撑辊轮，辊轮安装后应能够自由转动，且辊轮轴线与支撑底座之间不能产生相

16、对位移。8.2.4压头安装，应确保压头两端不超出支撑辊轮两端所在的平面范围，应确保压头加载棱边线与辊轮轴线平行。8.3工装刚度测试。启动压头向下移动直至与支撑辊轮接触，继续驱动压头向下运动，直至达到峰值加载力3000N时结束。当实际加载力达到设定值30%、60%和100%时，采用游标卡尺或其它专业测量工具测量支撑辊轮间距L，并与加载前的间距值进行对比，当上述三种情况下辊轮间距L增加量均小于0.1mm时，则认为工装整体刚度合格。为方便操作，也可采用专用测量仪器，通过检测两端辊轮最大间距（初始间距为2D+L）的变化量来评估设备刚度（图3）。6T/CSAE1542020图3系统刚度测试示意图8.4试

17、样处理8.4.1试样表面存在油污或锈迹等情况时，应采用棉纱和砂纸进行清除。8.4.2收集试样的脱碳层厚度、镀层厚度等信息，并记录。采用螺旋测微仪或游标卡尺测量试样厚度，测量位置不少于3处，并进行记录。8.4.3采用记号笔标识试样轧向，并画出弯曲加载线（中线）。8.5试样放置。8.5.1将试样置于两端支撑辊轮上，使试样轧向与压头加载棱边之间呈垂直或平行状态。8.5.2启动压头向下运动，使试样加载线与压头棱边完全重合。8.5.3试样加载方向一般情况下为两种，轧向与棱边垂直（=90）或平行（=0）（图4），若为特殊方向取样试样（=090），加载位向关系由试验双方协商确定。图4典型加载位向关系示例8.

18、6预加载。调整好试样与工装之间的相对位置后，对试样施加30N的预加载力。8.7弯曲加载7T/CSAE15420208.7.1设置压头准静态加载速率，推荐加载速率为（1020）mm/min。8.7.2启动设备对试样进行连续弯曲加载，实时采集加载载荷与位移数据，同步生成载荷力-位移曲线；若采用非接触式光学测量仪器，通过时间同步建立载荷、位移与应变、弯曲角的关系曲线。当试样弯曲载荷力-位移曲线上载荷力降低至10%峰值载荷或者出现可见裂纹，即可停止试验。8.8试验终止。手动或自动驱动压头使其与试样分离，并取走试样，按照上述流程8.18.7重复下一次试验。9数据处理9.1结果判定9.1.1当出现以下情况

19、时，试验结果为有效：如图5a），载荷-位移曲线应包括初始加载、峰值、载荷降低至10%峰值载荷的各变形阶段，其曲线平滑无异常波动。9.1.2当出现以下情况时，试验结果为无效：未按本文件相关流程技术要求（如未按要求进行试样准备、工装装配或相关试验参数设置等）进行试验时，结果无效；如图5b），载荷-位移曲线出现锯齿状波动时，结果无效；如图5c），载荷-位移曲线不完整，结果无效。a）有效曲线示例b）无效曲线示例：曲线波动c）无效曲线示例：曲线不完整图5载荷-位移曲线案例8T/CSAE15420209.2计算极限尖冷弯角c首先直接从曲线上获得峰值载荷力对应的压头位移量。结合工装及试样参数，利用式(1)(

20、5)计算求得极限尖冷弯角c（如图6所示，具体算法详见附录B）。acpc+W(S-c)图6极限尖冷弯角c测量示意图sin=.(1)2p2+(S-c)2cosac2=Wp+c(S-c)p2+(S-c)2.(2)W=p2+(S-c)2-c2.(3)c=D2+t0+r.(4)+p=DL22.(5)9.3机械测量极限尖冷弯角m试验结束后使压头回复至初始位置，从工装上取下试样，采用专业角度测量工具测试得到极限尖冷弯角m（如图7所示）。9T/CSAE1542020试样量角器图7机械测量极限尖冷弯角测试过程示例9.4光学测量极限尖冷弯角09.4.1采用DIC技术实时拍摄试样弯曲变形的全过程，基于试样动态弯曲变

21、形图像和散斑变化图像，得到全冷弯过程的应变-冷弯角与时间曲线。9.4.2通过DIC开放式接口与万能试验机之间的配合使用，与载荷-时间曲线进行同步化，获得载荷-弯曲角曲线，峰值载荷力对应的弯曲角即为极限尖冷弯角0（如图8所示）。图8光学测量极限尖冷弯角o测试过程案例9.5弯曲角度取值正常情况下，单一材料重复试验次数推荐为35次，弯曲角度取试验结果算术平均值。10报告要求按照本文件试验得出的报告应包括以下必要性内容：a)标准名称及编号；b)来料信息：材料牌号、标称厚度、状态（轧制方式、热处理方式、表面镀层、脱碳层等信息）；c)试样标识：试样尺寸、板厚、数量、预处理方式；d)试验设备：试验机、工装；

22、e)试验条件：温度、加载速率、辊轮间距、加载角；10T/CSAE1542020f)试验参数：加载速率、辊轮间距、加载角、试验方向；g)试验结果：载荷-位移曲线，冷弯角。11T/CSAE1542020AA附录A（资料性）示例数据图A.1汽车用钢板极限尖冷弯角表征示意图a）全曲线示例b）不同钢种试验结果对比图A.2汽车用钢板极限尖冷弯角测试全曲线及不同钢板试验结果示例图A.3加载角表征示例12基本参数支撑辊轮直径（mm）板材实际厚度（mm）压头半径（mm）压头行程（mm）辊轮间距（mm）符号DtorSL=2t+0.5数值固定参数输入参数固定参数输入参数固定参数计算变量DLp=+22Dc=+t0+r

23、2222W=p+(S-c)-c数值acpc+W(S-c)ac=2arcsin22p+(S-c)Wp+c(S-c)ac=2arccos22p+(S-c)数值备注对极限尖冷弯角，可选用上述任意一种公式计算求得。T/CSAE1542020BB附录B（资料性）极限尖冷弯角的EXCEL计算模板示例13来料牌号型号规格送样单位试验类别生产单位来料批次送样地点送样日期来料数量送样者试验项目试验标准试样信息设备信息试验条件试验参数试验过程试验结果编号试样厚度t0（mm）峰值载荷F（kN/N）峰值载荷对应位移S（mm）极限尖冷弯角c（）1#2#3#均值备注提供全弯曲试验曲线图例，前后外观试样照片及其他试验要求的结果。T/CSAE1542020CC附录C（资料性）极限尖冷弯角试验报告示例模板批准：审核：主检：14_