《汽车用先进高强钢 薄板和薄带 扩孔试验方法》

ICS

CCS

团体标准

T/CSAExx－20xx

汽车用先进高强钢薄板和薄带扩孔

试验方法

AdvancedhighstrengthsteelforAutomobile—Sheetandstrip—Holeexpanding

test

LED（报批稿）headlamp

在提交反馈意见时，请将您知道的该标准所涉必要专利信息连同支持性文件一并附上。

DraftingguidelinesforcommercialgradesstandardofChinesemedicinalmaterials

20xx-xx-xx发布20xx-xx-xx实施

发布

中国汽车工程学会

T/CSAExx—20xx

汽车用先进高强钢薄板和薄带扩孔试验方法

1范围

本文件规定了汽车用先进高强钢薄板和薄带扩孔试验方法的原理、试验设备、试样、试验程序、试

验结果计算和试验报告。

本文件适用于厚度1.2mm～4.0mm、宽度不小于90mm、抗拉强度不低于590MPa的汽车用先进

高强钢薄板和薄带极限扩孔率的测定，其它厚度和/或汽车用钢或金属材料可参照本文件执行。

2规范性引用文件

下列文件中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，标注日期的引用文件，

仅该日期对应版本适用于本文件；不注日期引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T24524—2021金属材料薄板和薄带扩孔试验方法

GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

极限扩孔率limitingholeexpansionratio

施加载荷使圆锥形扩孔凸模垂直插入试样的冲制圆孔进行扩孔试验，直至任一满足条件的裂纹状

态出现时，计算圆孔扩展量。

注：极限扩孔率用圆孔直径的扩展量与圆孔初始直径之比表示。

3.2

余隙度clearance

在试样上冲制圆孔时，冲制试样圆孔所用凹模与凸模之间的相对间隙。

注：余隙度用凹模和凸模之间的间隙与试样厚度之比表示。

3.3

贯穿裂纹through-thicknesscrack

贯穿试样全厚度的裂纹。

3.4

未贯穿裂纹microcrack

1

T/CSAExx—20xx

未贯穿试样全厚度的裂纹。

3.5

初始裂纹initialcrack

圆孔外径棱线边缘出现采用辅助工具可观测到的裂纹。

注：采用体视显微镜观测到长度小于等于0.1mm的裂纹，可判定为初始裂纹。

3.6

固定行程加载fixedstrokeloading

达到设定的固定行程时锤头停止运动的加载方法。

3.7

加载行程loadingstroke

锤头从开始运动或与试样圆孔开始接触到停止运动所移动的距离。

3.8

有效试样effectivespecimen

用于测定被测试材料极限扩孔率的扩孔试样。

4符号和说明

表1给出的符号和说明适用于本文件。

表1符号和说明

符号说明单位

c余隙度%

dd冲制试样圆孔用的凹模内径mm

dp冲制试样圆孔用的凸模直径mm

Dd扩孔装置的凹模内径mm

Douter基于初始裂纹标准测定的圆孔平均外直径mm

Dinner基于贯穿裂纹标准测定的圆孔平均内直径mm

Do冲制圆孔的初始直径mm

Dp扩孔装置的凸模圆柱直径mm

F压边力N

R扩孔装置凹模肩部的圆角半径mm

t试样厚度mm

极限扩孔率%

outer基于外径初始裂纹的极限扩孔率，见图2-c%

inner基于内径贯穿裂纹的极限扩孔率，见图2-d%

2

T/CSAExx—20xx

푈푝基于毛刺朝上外径初始裂纹的极限扩孔率，见图和

휆표푢푡푒푟&2-a2-d%

푈푝基于毛刺朝上内径贯穿裂纹的极限扩孔率，见图和

휆푖푛푛푒푟&2-a2-c%

퐷표푤푛

휆표푢푡푒푟基于毛刺朝下&外径初始裂纹的极限扩孔率,见图2-b和2-d%

퐷표푤푛

휆푖푛푛푒푟基于毛刺朝下&内径贯穿裂纹的极限扩孔率,见图2-b和2-c%

5试验原理

在试样上冲制圆孔（见图1），按照GB/T24524—2021规定执行，将规定形状和尺寸的圆锥形扩孔凸

模顶入试样的冲制圆孔进行扩孔试验，直至圆孔边缘出现贯穿裂纹或初始裂纹，停止凸模冲顶，测定极

限扩孔率（见图2）。

注1：为了试验便利性和满足7.7，推荐采用专用冲孔设备制孔，其它制孔方式可通过协商方式确定。

注2：对于抗拉强度低于590MPa的汽车用钢，推荐采用局部颈缩的裂纹标准。

标引序号说明：

1——试样；

2——冲制圆孔用凹模；

3——冲制圆孔用凸模。

图1冲孔示意图

3

T/CSAExx—20xx

4

a）试验前-毛刺朝上b）试验前-毛刺朝下

øDinner

øDouter

5.2

øD

inner5.1øD

outer

c）试验后-内径贯穿裂纹d）试验后-外径初始裂纹

标引序号说明：

1——试样；

2——凹模肩部；

3——凹模；

4——冲孔毛刺；

5——5.1贯穿裂纹；5.2初始裂纹；

6——凸模顶角；

7——凸模。

图2扩孔试验示意图

6试验设备

6.1试验机

4

T/CSAExx—20xx

6.1.1试验机应提供可靠的压边力保证试验过程中试样的固定，具有试样对中定位功能，试验机应具备

迅速灵敏的停机功能，确保当达到所设定的固定加载行程时可以立即停机。

6.1.2试验机扩孔模具的位移速率应可控，以保证试验的稳定进行。

6.1.3除专用扩孔试验机外，能够满足上述要求的深冲压试验机以及其他压缩试验机均可用于扩孔试

验。

6.2试验模具

6.2.1扩孔试验用凹模与凸模的尺寸与形状在6.2.2至6.2.5中给出（见图2）。

6.2.2扩孔试验用凸模应呈圆锥形，其顶角为60°±1°。凸模圆柱直径Dp应足够大，以保证试样圆孔边

缘出现贯穿裂纹。

6.2.3扩孔试验过程中应依据期望的极限扩孔率确定压边用凹模内径Dd，凹模内径Dd宜不小于40

mm。

注：针对汽车用先进高强钢，推荐采用固定的凹模内径Dd（如60mm）进行扩孔试验。

6.2.4扩孔试验用凹模肩部的圆角半径R应在2mm～20mm之间，推荐使用圆角半径R为5mm。

6.2.5扩孔试验用圆锥形凸模模具表面应光滑，且硬度应不小于55HRC。

7试样

7.1应在同一样坯上，每一种极限扩孔率指标取样不少于6个（详见8.2）。

7.2试样应平直，试样上的冲制圆孔中心与试样边缘的距离不小于45mm，两相邻圆孔中心之间的距

离不小于90mm（见图3）。

注：表3给出了符合上述要求的选择凹模内径尺寸的实例。

单位为毫米

≥45≥45≥90

≥45

图3试样尺寸示意图

7.3试样上的冲制圆孔用直径为10mm的凸模冲压形成（见图1）。

7.4冲制试样上的圆孔时，所选凹模须满足表2所示与凸模之间的余隙度。余隙度按式（1）计算。凹

模内径的选择应以0.10mm的增量递增或递减。

5

T/CSAExx—20xx

表2凸模与凹模的余隙度允许偏差

试样厚度t余隙度c

mm%

t＜2.0122

t≥2.0121

푑−푑

푐=푑푝×100.......................（1）

2푡

式中：

c——余隙度，％；

dd——为试样冲孔时凹模内径，单位为毫米（mm）；

dp——试样冲孔时凸模直径，单位为毫米（mm）；

t——试样厚度，单位为毫米（mm）。

表3选择凹模内径尺寸的实例（续）

单位为毫米

试样厚度t凹模内径dd

1.2≤t<1.510.30

1.5≤t<1.910.40

1.9≤t<2.310.50

2.3≤t<2.710.60

2.7≤t<3.110.70

3.1≤t<3.610.80

3.6≤t<4.010.90

4.0≤t<4.411.00

7.5冲孔模具尺寸的允许偏差应符合表4的规定。宜定期检查冲压模具的磨损情况，必要时，进行修复、

打磨或者更换。

注1：冲孔模具的磨损情况对极限扩孔率结果有影响。

注2：对于某些产品，冲孔速率对极限扩孔率结果有影响。

表4冲孔模具的允许偏差

尺寸允许偏差mm

+0.02

冲孔凸模直径dp(10mm)

-0.03

+0.03

冲孔凹模内径dd(见表3)

-0.02

7.6在试样冲孔过程中，冲孔凸模与冲孔凹模保持同轴，且冲孔凸模轴心垂直试样表面。

7.7试样冲孔后，要求剪切边的光亮带上边缘平整，光亮带与撕裂带分界线光滑平直或不存在二次挤

压，撕裂带不应出现明显的宏观裂纹，毛刺带下边缘平整。剪切边质量的判定示例见附录C.1。

8试验程序

6

T/CSAExx—20xx

8.1试验一般在室温10℃～35℃范围内进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为23℃±5℃。

8.2在相关方同意的情况下，测定其中一种或几种极限扩孔率指标。对于抗拉强度大于等于980MPa

的先进高强钢，按冲孔后静置0小时、24小时、48小时和72小时，依次测定选定的极限扩孔率。试验

过程中扩孔试样的编码规则见附录A.1。

注1：在相关方同意的情况下，也可以只测定冲孔后静置72小时的极限扩孔率。

注2：针对第三代先进高强钢，可延长冲孔后静置时间，直到极限扩孔率收敛或不再下降为止。

8.3将冲制圆孔的试样平放在扩孔模具上，使试样的冲制圆孔中心与圆锥形扩孔凸模的轴线保持一致

且试样平面垂直于扩孔凸模的轴线（见图2-a或2-b）。

8.4对试样施加足够大的压边力夹紧试样，保证试验过程中试样材料在夹紧区域不发生变形流动。

示例，对于150mm×150mm的试样，压边力应不小于50kN。

若夹紧区域发生变形流动，则试验应无效，并应重新进行试验。

8.5施加压力使圆锥形扩孔凸模以一定的速率垂直插入试样的冲制圆孔进行扩孔（见图2-a或2-b），

圆锥形扩孔凸模推进速率应不大于1mm/s。

8.6取一个冲孔试样，试验过程中应保证孔的边缘一直处于肉眼监视中；并且在第一次出现未贯穿裂

纹时，立即减慢扩孔凸模的推进速率，使从出现为贯穿裂纹到停止凸模运动的时间内，尽量减少加载行

程的增加量；从扩孔载荷-加载行程曲线上读取扩孔试验终止时的加载行程，即为参考加载行程。

注：此步骤有利于减少试样数量，提高测试效率。

8.7设定一个小于参考加载行程的加载行程，进行固定行程加载的扩孔试验。若试样扩孔后的圆孔裂

纹状态是“有”（“无”），则以递减（递增）增量重新设定加载行程进行扩孔试验，直到试样扩孔后

的圆孔裂纹状态是“无”（“有”），将相邻的裂纹“有”和裂纹“无”的两个试样对应的加载行程分

别记为S0和S1，两者的行程差（绝对值）要求小于等于0.4mm。

注1：针对圆孔裂纹状态，要求采用体视显微镜进行辅助判定。

注2：针对汽车用先进高强钢，推荐行程差等于0.2mm。

注3：此步骤若能顺利实施，则表明材质是稳定的，否则，说明材质存在波动。

8.8设定加载行程等于S0和S1之和的一半，进行固定行程加载的扩孔试验，确定扩孔后的试样

为有效试样。有效试样的确定示例见附录B.1。

注：针对有效试样的圆孔裂纹状态可不做判定，默认为临界裂纹状态。

8.9使用游标卡尺或其它技术，测量与裂纹标准对应的有效试样的圆孔内径或外径，精确到0.05mm，

测量过程中，应避开裂纹所在的位置，在两个相互垂直的方向分别测量圆孔内径或外径。

9试验结果计算

9.1按9.2～9.3的规定与公式计算极限扩孔率。

9.2利用8.9中测量的两个相互垂直的圆孔外径或内径，确定有效试样的圆孔平均外径或内径。

9.3按式（2）和/或式（3）计算有效试样的极限扩孔率，数值修约按照GB/T8170规定执行。

퐷표푢푡푒푟−퐷0

표푢푡푒푟=×100.....................................（2）

퐷0

7

T/CSAExx—20xx

퐷푖푛푛푒푟−퐷0

푖푛푛푒푟=×100....................................（3）

퐷0

式中：

outer——基于外径初始裂纹的极限扩孔率，％；

inner——基于内径贯穿裂纹的极限扩孔率，％；

Do——冲制圆孔的初始直径（一般情况下，Do＝10mm）；

Douter——扩孔后的圆孔平均外径，单位为毫米（mm）；

Dinner——扩孔后的圆孔平均内径，单位为毫米（mm）。

注：在式（2）或式（3）的基础上，可进一步表征毛刺朝上和毛刺朝下的极限扩孔率（见表1），以及冲孔后不同

静置时间的极限扩孔率。

10试验报告

试验报告应包括下列内容:

a)本文件编号；

b)试样的标识；

c)试样的厚度；

d)试样的涂层类型；

e)极限扩孔率及其数据记录信息，见表D.1和表D.2；

f)钢卷宽度方向极限扩孔率的变化范围(可在需方要求时提供)；

g)任何与本文件偏离的内容(需经相关方同意)。

注：扩孔试验其它相关信息记录见表E.1。

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T/CSAExx—20xx

附录A

（规范性）

扩孔试样的编码规则

由于存在多种极限扩孔率指标，易造成混淆，为了方便扩孔试样的管理，在试验过程中，需要对试

样进行编码，其规则如下：

1.编码组成：自定义码-毛刺朝向-裂纹标准-顺序代码；

2.编码规则：

2.1自定义码：材料代码；

2.2毛刺朝向：0—毛刺朝上，1—毛刺朝下；

2.3裂纹标准：0—内径&贯穿裂纹，1—外径&初始裂纹；

2.4顺序代码：两位阿拉伯数字。

示例：比如材料DP780，自定义代码为A，毛刺朝上、内径&贯穿裂纹、第一个试样，编码为：A-0-0-01。若考虑静

置时间，可在材料代码上增加时间标识，如冲孔后静置24小时，则以上编码可修改为：A24-0-0-01。

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T/CSAExx—20xx

附录B

（资料性）

有效试样的确定示例

以材料DP780为例，采用毛刺朝上&内径贯穿裂纹，对有效试样确定的过程进行说明：

第一步，取一个试样，采用传统的肉眼判定贯穿裂纹终止试验，从扩孔载荷-加载行程曲线上读取

的最大加载行程是7.53mm，则以减小固定加载行程继续进行扩孔试验。

第二步，取一个试样，编码为V1-0-0-01，设定固定加载行程为7.0mm，进行扩孔试验，试验后的

贯穿裂纹状态是“无&N”，则以0.2mm递增固定加载行程继续进行扩孔试验。

第三步，取一个试样，编码为V1-0-0-02，设定固定加载行程为7.2mm，进行扩孔试验，试验后的

贯穿裂纹状态是“有&Y”，则取两个固定加载行程的平均值继续进行扩孔试验。

第四步，取一个试样，编码为V1-0-0-03，设定固定加载行程为7.1mm，进行扩孔试验，得到临界

贯穿裂纹状态，将此扩孔试样确定为有效试样。

从此示例可以看出，裂纹有（Y）、裂纹无（N）和中间状态（OK），测量的扩孔率差值不超过1%，

中间状态实际上就是三者的平均值。

表B.1有效试样的确定过程

步骤扩孔后试样圆孔边缘状态裂纹局部状态

第一步

第二步

第四步

第三步

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T/CSAExx—20xx

附录C

（资料性）

冲孔后剪切边质量主观判定示例

表C.1剪切边质量的判定示例

剪切边质量状态评价极限扩孔率%

剪切边光亮带上光亮带与撕撕裂带毛刺带下毛刺朝毛刺朝

剪切边实物照片

代码边缘是否裂带分界线有无宏边缘是否下&贯穿上&贯

平整是否平滑观裂纹平整裂纹穿裂纹

A是是无是27.8%18.2%

B是是有是24.1%17.0%

C否是有是21.6%16.6%

D否否无否16.4%10.4%

E是是无否24.0%14.4%

F否是有是22.0%15.6%

注：推荐冲孔质量状态为A。

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T/CSAExx—20xx

附录D

（规范性）

极限扩孔率测定数据记录模板

表D.1材料极限扩孔率数据记录内容

有效极限扩孔率指标输入&输出数据（mm）裂纹状态（实物照片）

极限扩

试样毛刺方裂纹类内径或

固定行程行程增量有OK无孔率%

编码向型外径

表D.2不同静置时间极限扩孔率的数据记录内容

有效极限扩孔率指标静置时内径裂纹状态（实物照片）

固定极限扩

试样毛刺方裂纹类间（小或外

行程有OK无孔率%

编码向型时）