电镀锌冲压钢板表面橘皮缺陷产生原因.pdf

36D0l:10.11973/lhjy-wl202309010质量控制与失效分析2023年第59 卷卷1 9PTCA(PARTAPHYS.TEST.)理化检验-物理分册电镀锌冲压钢板表面橘皮缺陷产生原因王春梅，刘盼盼，何鹏瞧（1.谱尼测试集团江苏有限公司，苏州2 1 50 0 0；2.一汽铸造有限公司，长春1 30 0 0 0；3.中国第一汽车集团有限公司，长春1 30 0 0 0）摘要：采用金相检验、硬度测试、力学性能测试等方法对电镀锌冲压钢板表面产生橘皮缺陷的原因进行分析。结果表明：电镀锌钢板的组织为铁素体十珠光体，缺陷试样表面的晶粒尺寸异常粗大，使表面的硬度升高，力学性能下降，最终导致冲压钢板表面产生橘皮缺陷。采用控制轧制温度的方法可以细化晶粒，从而提高晶粒间的变形协调性，促使其发生均匀塑性变形，避免冲压钢板产生橘皮缺陷。关键词：电镀锌冲压钢板；橘皮缺陷；晶粒；力学性能中图分类号：TB31；T G 1 1 5.2文献标志码：B文章编号：1 0 0 1-40 1 2(2 0 2 3)0 9-0 0 36-0 3Cause of orange peel defects on the surface of electrogalvanizedstamping steel plateWANG Chunmei,LIU Panpan,HE Pengqiao(1.PONY Testing International Group Jiangsu Co.,Ltd.,Suzhou 215000,China;2.FAW Foundry Co.,Ltd.,Changchun 130000,China;3.China FAW Group Corporation,Changchun 130000,China)Abstract:The cause of orange peel defects on the surface of electrogalvanized stamping steel plate wereanalyzed by metallographic examination,hardness test and mechanical property test.The results show that themicrostructure of electrogalvanized steel plate was ferrite+pearlite,the grain size on the surface of the defectivesample was abnormally coarse,which increased the surface hardness and decreased the mechanical properties,ultimately led to orange peel defects on the surface of the stamped steel plate.The method of controlling rollingtemperature could refine the grains,improve the deformation coordination between grains,promote uniform plasticdeformation and avoid orange peel defects in stamped steel plates.Keywords:electrogalvanized stamped steel plate;orange peel defect;grain size;mechanical property电镀锌冲压钢板为经过连续电镀锌生产线的冷轧板，在经过脱脂、酸洗、电镀等处理后，在其表面镀上锌层。电镀锌冲压钢板不仅具有一般冷轧钢板的力学性能和类似的加工性能，还具有良好的耐腐蚀性和装饰性外观。电镀锌系列低碳冲压钢板广泛用于计算机类、通信类和消费类等电子产品的外壳和内部冲压件中，其冲压成型性能直接影响产品的质量和客户的使用体验。橘皮是冲压产品经常出现的收稿日期：2 0 2 2-1 0-1 2作者简介：王春梅（1 9 8 1 一），女，硕士，工程师，主要从事检验检测、质量管理、材料学与应用技术研究工作通信作者：刘盼盼，441 36 7 2 9 缺陷之一，橘皮轻则影响制品表面质量，重则导致材料的性能恶化。笔者采用一系列理化检验方法分析了电镀锌冲压钢板橘皮缺陷的产生原因，以避免该类问题再次发生。1理化检验1.1宏观观察橘皮缺陷钢板的宏观形貌如图1 所示。由图1 可知：钢板边缘拐角处有明显的橘皮缺陷，橘皮缺陷沿钢板冲压方向呈之字台阶相连特征，表面凹凸不平1.2化学成分分析在缺陷钢板上取样，对试样进行化学成分分析，结果如表1 所示37理化检验物理分册王春梅镀锌冲压钢板表面橘皮缺陷产生原因表1缺陷试样的化学成分分析结果%质量分数项目CMnPSA1实测值0.060.250.0160.010.031.3金相检验使用线切割机在缺陷钢板处取样，同时在同批次正常钢板的相同部位取样。对缺陷试样和正常试样分别进行冷镶、磨制、抛光、腐蚀处理，然后置于光学显微镜下观察，结果如图2，3所示。由图2，3可知：缺陷试样和正常试样的组织均为铁素体十珠光体2 ；缺陷试样沿轧制方向表面的晶粒尺寸（直径，下同）为350 m6 2 0 m，表层铁素体晶粒粗大3；正常试样的晶粒均匀细致，晶粒尺寸为20 m50 m。T0021010036503a)整体b)局部图1橘皮缺陷钢板的宏观形貌500um100uma)低倍b)高倍图2缺陷试样的显微组织形貌500m100uma)低倍b)高倍图3正常试样的显微组织形貌1.4力学性能测试硬度为金属材料重要的力学性能指标之一，在设计、分析、鉴定材料性能时其都是一项重要的评价手段4。使用显微硬度计分别测试正常试样和缺陷试样表层、心部与内部的硬度，测试结果如表2 所示。测试选择加载9.8 N的试验力，在测定区域内以均等的间隔取3个位置进行测量，取平均值为最终测量结果。由表2 可知：正常试样的硬度均匀，硬表2正常试样和缺陷试样的硬度测试结果HV正常试样缺陷试样项目表层心部内部表层心部内部实测值130.9129.3131.2153.9131.2129.8度为1 2 9.31 31.2 HV；缺陷试样外表层硬度为153.9HV，明显高于心部与内部的硬度。异常长大的铁素体晶粒硬度高于正常组织，其测试结果与金38理化检验物理分册王春梅镀锌冲压钢板表面橘皮缺陷产生原因相检验结果吻合。采用线切割机在缺陷试样和正常试样上分别取5个标准拉伸试样，利用电子万能试验机对试样进行力学性能测试，结果如表3及图4所示。由表3及图4可知：正常试样的抗拉强度和弹性模量明显高于缺陷试样的抗拉强度和弹性模量；正常试样的屈服强度和断后伸长率分别比缺陷试样的屈服强度和断后伸长率高2.5%和3%；正常试样和缺陷试样的应力-应变曲线均属于平直型，无明显的屈服现象，具有明显的弹性直线段5，这符合电镀锌高强度钢的特征。表3正常试样和缺陷试样的力学性能测试结果抗拉强屈服强断后伸弹性模项目度/MPa度/MPa长率/%量/MPa正常试样实测值324.4219.4341.69105缺陷试样实测值309.7213.9331.60105363352297288231224165160999633320182226026101426101418222630位移/mm位移/mma)正常试样b)缺陷试样图4正常试样和缺陷试样的应力-应变曲线2综合分析冲压性能较好的冲压件和橘皮缺陷冲压件横截面的显微组织均为铁素体十珠光体，缺陷试样表面的晶粒尺寸为350 m6 2 0 m，表层晶粒粗大。正常试样的晶粒则均匀细致，晶粒尺寸为2 0 m50m。冲压钢板表面晶粒过大导致钢板表面产生橘皮缺陷。在冲压变形时，粗大的晶粒因各向异性而使其变形程度不同，部分粗大的晶粒凸现于表面，呈凹凸不平的表面形貌6 。在生产过程中，正常冲压钢板的理想晶粒度为6 级以上，当晶粒度降低至3级或4级时，晶粒明显粗大，冲压后易产生橘皮缺陷，造成产品不合格或影响产品的表面质量。正常试样的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和弹性模量明显高于缺陷试样的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和弹性模量。结合金相检验结果，正常试样的晶粒细小、均匀，晶粒间结合强度较高，其各项力学性能指标均优于缺陷试样。抗拉强度是金属材料由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，反映了金属材料在静拉伸条件下的最大承载能力。正常试样抗拉强度为32 4.4MPa，缺陷试样的抗拉强度为30 9.7 MPa，可见在静拉伸条件下，正常试样的最大承载能力明显高于缺陷试样的最大承载能力。弹性模量衡量了材料产生弹性变形的难易程度。缺陷试样的弹性模量较正常试样弹性模量低5.3%，说明缺陷试样的刚度较小，即在一定应力作用下，缺陷试样的弹性变形程度较大。从宏观角度来说，正常试样抵抗弹性变形能力大于缺陷试样；从微观角度来说，正常试样晶粒细小、均匀，晶粒间结合强度大于缺陷试样。屈服强度体现了材料抗塑性变形的能力。正常试样晶粒细小、均匀，晶粒间结合强度较强，抗微量塑性变形的能力强。缺陷试样晶粒较大且不均匀，晶粒间结合强度较低，较容易发生塑性变形。断后伸长率衡量了金属材料的韧性，断后伸长率越大，表明材料在受到冲击时会产生一定的伸长，不会立即发生脆断。正常试样的硬度均匀，缺陷试样外表层的硬度明显高于其心部与内部的硬度，异常长大的铁素体晶粒显微硬度高于正常组织。3结论与建议冲压钢板表面晶粒异常长大，使得晶粒间结合强度变差，异常长大晶粒附近容易发生断裂或变形，从而使材料的抗拉强度和弹性模量显著降低，最终导致该钢板表面产生橘皮缺陷。建议控制终轧温度和卷曲温度，达到细化晶粒的效果，提高晶粒间的变形协调性，促使材料发生均匀塑性变形，从而消除冲压钢板表面的橘皮缺陷。（下转第42 页）42（上接第38 页）冯明明：铝型材挤压模具开裂原因理化检验-物理分册其进行回火处理。为了避免模具硬度降低，保证其韧性，再回火温度应比模具淬火后的二次回火温度低2 0。将电火花加工后的模具及时进行回火处理后，电火花加工表面的残余拉应力可以得到有效去除，进而提高模具的耐疲劳性能。3.2合理选择电加工参数电火花加工模具的过程中，选择合理电加工参数对模具表面质量很重要。粗加工时，即采用较大峰值的电流，电流可设置为6 1 5A，以尽快地去除加工余量，提高生产效率，同时电极损耗较小，但是加工表面的粗糙度很大，表面质量很差，变质层很厚；精加工时，即采用较小脉宽和较小峰值电流，电流可设置为2 5.5A，虽然降低了生产效率，电极损耗也随之增大，但加工表面粗糙度小，表面质量好，同时获得了较薄的白亮层和热影响区。因此，在电火花加工成型过程中，优化粗、中、精加工段的电加工参数和3个档次的加工余量的分配，是去除表面缺陷的一种有效方法。3.3打磨和抛光电火花加工后，对加工面进行机械研磨或抛光处理，可改善电火花加工面的表面质量，去除变质层，降低表面粗糙度，提高模具的耐疲劳性能，延长其使用寿命。4结论该H13钢制备的铝合金挤压模具出现开裂的主要原因是：应力集中的变径孔拐角位置存在厚度较大的白亮层，且有微裂纹，微裂纹延伸至热影响区，破坏了材料的连续性，降低了模具的耐疲劳性能。在挤压力和热应力的作用下，裂纹不断扩展，最终导致模具发生开裂。建议模具生产单位在进行模具表面电加工处理参考文献：1李萧，杨平，林瑞民，等.低碳冲压钢板橘皮缺陷的成因J.北京科技大学学报，2 0 1 0，32（5）：58 9-59 4.2王承剑，胡学文，彭欢，等.卷取温度对CSP铁素体轧制低碳钢组织性能的影响J.锻压技术，2 0 2 2，47(9):158-162.3程鹏飞.SPCC表层粗晶缺陷原因分析和改进J.甘时，采用多次放电加工，最后阶段采用低电流、高频率放电，使电加工表面变质层控制在合理的范围内。加工完成后及时回火去应力，并对电加工变质层进行打磨，消除表面拉应力，延长模具的使用寿命。参考文献：1孟鑫沛，金林奎，林权，等.8 40 7 钢压铸模工作面麻点失效分析J.金属热处理，2 0 2 1，46（1 2）：2 8 9-2 9 3.2于彬，姜方，赵虎，等.铜合金连续挤压模具疲劳裂纹的失效分析.热加工工艺，2 0 2 2，51（1 3）：1 6 0-1 6 2.3陈少华，张杨，谢伟，等.铝型材挤压模具失效分析J.失效分析与预防，2 0 2 1，1 6（6）：40 2-40 7.4金林奎，黄持伟，欧海龙，等.8 40 7 钢汽车模型模具开裂原因分析J.理化检验（物理分册），2 0 1 8，54（1）：50-54.5郭联金，金林奎，李会玲，等.S136钢模具早期开裂原因分析J.理化检验（物理分册），2 0 1 9，55（3）：2 0 4-208.6程永强.铝型材挤压模具开裂失效分析J.金属加工（热加工）,2 0 1 8(1 0)：1 1-1 3.7陈再枝，蓝德年.模具钢手册M.北京：冶金工业出版社，2 0 0 2.8刘晋春，陆纪培.特种加工MI.北京：机械工业出版社,1 9 8 7.9夏劲武.高温合金GH4169电解加工和电火花加工表面质量研究D.南京：南京航空航天大学，2 0 0 7.10刘小阳.电火花加工白亮层致模具破裂J.金属热处理，2 0 0 7,32(增刊1)：340-342.11刘泽坤.40 Cr钢螺栓断裂分析J.理化检验（物理分册），2 0 0 3,39(3）：1 6 0-1 6 1.12王丽娟，张国福，宋天民，等。泵轴失效分析.金属热处理，2 0 0 6,31(1)：8 7-9 1.13董伟雄，刘吉普.自卸车拐轴断裂原因分析J.机械研究与应用，2 0 0 6，1 9（1）：33-35.肃冶金，2 0 1 8，40（1）：31-32.4张进峰，周正存.钢回火碳扩散行为的表征方法J.科学技术与工程，2 0 2 2，2 2(1 8）：7 7 35-7 7 45.5吴慧锋.金属材料0.2%规定非比例延伸强度试验方法分析J.柴油机设计与制造，2 0 1 1,1 7（3）：36-39.6王立辉，李建新，孙力，等.HC34OLA钢冲压“橘皮”缺陷成因及措施J.中国冶金，2 0 2 0，30（3）：6 4-6 8.