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高張力鋼點銲銲點的三次元疲勞龜裂進展觀察

高張力鋼點銲銲點的三次元疲勞龜裂進展觀察. References : 種子島 亮太 * , 曙 紘之 , 加藤昌彥 , 宮垣亞希 , 菅田淳 , “3-Department Observation of Fatigue Crack Propagation on Spot Welded Joints Using High Strength Steel” , The Japan society of Mechanical Engineers, Vol.10-0131, pp.1317-1324, 2010. 指導教授：郭聰源 教授

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高張力鋼點銲銲點的三次元疲勞龜裂進展觀察

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  1. 高張力鋼點銲銲點的三次元疲勞龜裂進展觀察 References:種子島 亮太*,曙 紘之 ,加藤昌彥,宮垣亞希,菅田淳, “3-DepartmentObservation of Fatigue Crack Propagation on Spot Welded Joints Using High Strength Steel” , The Japan society of Mechanical Engineers, Vol.10-0131, pp.1317-1324, 2010. 指導教授：郭聰源 教授 報 告 者：江驊晟 報告日期：101/11/30

  2. 大綱 一、研究動機 二、實驗流程 三、實驗結果 四、結論

  3. 一、研究動機 • 近年各大車廠都在致力於開發出夠輕且高剛性、高強度的車體材料。 • 一台車體的點銲數約為4000~5000點，為了省能源與減少成本，必須將其生產方式改進。 • 為了使車體的主材料高強度化，高張力鋼板的導入是必須去研究。

  4. 二、實驗流程(1/3) • 實驗材料：高張力鋼板 SPFC590Y(板厚t=0.8mm) 抗拉強度490MPa以上稱為高張力鋼板 • 高張力鋼板 抗拉強度590MPa與抗拉強度780MPa為目前高張力鋼板的主流 抗拉強度超過1GPa以上稱之為超高張力鋼板 表1.SPFC590Y化學組成

  5. 二、實驗流程(2/3) • 在兩片高張力鋼的重疊部位進行點銲(直徑=4.8mm) ，然後進行拉伸實驗 圖1.試件形狀和尺寸示意圖

  6. 二、實驗流程(3/3) • 由拉伸試驗機來量測拉伸試驗和疲勞試驗 • 試驗的機器必須能夠使試件平行移動，防止試件 移動時，銲點部位產生彎曲應力 表2.實驗參數表 圖2.油壓式拉伸試驗機 * 應力比:在疲勞測試中，於一個載荷週期內，最小應力和最大應力的比率

  7. 三、實驗結果(1/7) 母材 • 圖3可看出有3種組織 銲核 HAZ • 母材到銲核邊緣的晶粒有粗大化的現象 圖3.橫截面顯微組織觀察圖 • HAZ與銲核的接合處有抵抗溶接的產生 • 銲核硬度約為母材的1.7倍 • 銲核在冷卻時會產生麻田散鐵 圖4.硬度分布圖

  8. 四、實驗結果(2/7) • 試驗材料的拉伸強度為480MPa 圖5.應力位移曲線圖 • 高應力(拉伸應力):(a)點 (b)點 • 低應力(拉伸應力):(a)點 (c)點 (d)點 圖6.銲點斷裂示意圖

  9. 四、實驗結果(3/7) • 最終斷裂時，銲點部位會呈現大翻轉的變形 圖7.試件斷裂示意圖

  10. 四、實驗結果(4/7) • (I)區:在銲點周圍的斷裂高度約為板厚的一半且以銲點端部之荷重軸方向優先斷裂 • (II)區:斷裂高度與(I)領域相同且在(b)’圖可得知斷裂時的變化很激烈 • (III)區:從(c)圖知道這個區域是有磨耗的而且試件的殘餘面積減少、變形量變 大，是因為滑動造成斷裂所造成的結果 • (IV)區:從(d)圖可得知會產生許多小凹痕 圖8.斷裂面觀察圖

  11. 四、實驗結果(5/7) • 三次元疲勞斷裂觀察可以觀察出試件內部的斷裂情況 1:先將斷裂試件的銲點部位切出鑲埋拋光研磨+蝕刻處理 使用光學顯微鏡觀察 • 步驟 2:在荷重軸的垂直方向研磨0.2mm第2步驟重複25次 使用3次元製作軟體製作出三次元圖形 剪應力=100MPa • 選用條件 同應力之斷裂壽命Nf(最長壽命=12343cycles) • 由圖9得知試件的大斷裂 是由一條小裂縫的尖端開始 (a) (b) 圖9.(a)疲勞裂紋(b)示意圖

  12. 四、實驗結果(6/7) • N/Nf為60%銲點之斷裂厚度為0.2 mm • N/Nf為50%無法確認銲點是否斷裂 • 斷裂的起始地方為銲點端部 • 當N/Nf的比值↑斷裂的厚度越大 圖10.3D疲勞裂紋斷裂形態圖 *N為斷裂時之循環數 *Nf為剪應力100MPa之斷裂壽命

  13. 四、實驗結果(7/7) • 若高應力的話，疲勞斷裂的發生會非常慢 • 試件斷裂的原因是由於龜裂所造成的 圖11.應變計示意圖

  14. 五、結論 試件的疲勞強度為30MPa，比母材與銲點的強度低 較高的應力會將銲點給破壞，較低的應力會往母材方向破壞 由龜裂來推定斷裂壽命的百分比是比較高的 以試件全部的壽命來說，疲勞龜裂和負荷應力的大小影響不大

  15. Thanks for your attention

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