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對兩種不同基板壓印接頭進行局部熱處理，研究局部熱處理對不同基板壓印接頭拉伸力學性能的影響。結果表明：局部熱處理能夠提高接頭強度、增大接頭拉伸位移及能量吸收值。局部熱處理使基板強度增大，接頭內鎖部分在從基板拉出時阻力變大，導致內鎖部分被撕裂的程度加大，也正是這個原因使得壓印接頭的綜合力學性能得到提升。
壓印連接技術是近年來得到迅速發展的一種機械連接技術，可以有效連接一些難于焊接甚至是不能焊接的新型薄板材料。在連接新型薄板材料方面，壓印連接技術具有無可替代的優勢和潛力。汽車結構輕量化的進程中，大量地應用了新型薄板材料，如鋁合金、鎂合金等，而壓印連接技術可以較好地實現這些材料的連接，在結構輕量化的進程中發揮巨大作用。
目前，國內外對壓印連接技術的研究還處于初期階段，主要側重于對壓印連接過程工藝的研究。Ippolito 等提出了用數值模擬與實驗方法優化壓印連接過程。何曉聰從工藝參數、動態工藝模擬、接頭強度、振動特性等方面綜述了兩層板壓印連接技術的發展狀況，并研究了采用變差系數法預測壓印接頭強度。周云郊等采用有限元模擬與實驗結合的方法研究了鋼-鋁異種板材壓印連接時幾何工藝參數的多目標優化。楊慧艷等[7]基于試驗和數值模擬的方法研究了鋁合金壓印連接過程和接頭性能。為了具體的模擬壓印過程，Hamel 等發展了有限元程序網格自動重劃技術。目前，幾乎所有關于增大接頭強度的研究均集中于工藝參數研究，熱處理網(http://rechuli.chvacuum.com/)認為還沒有學者研究采用某種工藝處理成形后的壓印接頭來提升其力學性能。
本文研究了局部熱處理對壓印接頭力學性能的影響。對鍍鋅鋼板(Zn-Coated)以及冷軋鋼板(SPCC)的壓印接頭進行局部熱處理，對比研究熱處理前后壓印接頭拉伸剪切強度變化。
1、試件制備
采用RIVCLINCH1106 P50 壓印連接設備制備試件，設定連接工作壓力為0.6MPa，根據材料性能選定壓印模具為矩形模具。試件搭接長度20mm，整體尺寸如圖1 所示。試件分為兩組，一組為鍍鋅鋼板，另一組為冷軋鋼板。綜合考慮壓印接頭的成形性，選用1.5mm 厚的鍍鋅鋼板及1.0mm 厚的冷軋鋼板。每組試件制備24 個。
圖1 試件示意圖
2、試驗安排
2.1、局部熱處理試驗
局部熱處理用氧乙炔焰對壓印接頭進行加熱。為保證壓印接頭材料不被氧化，氧氣與乙炔按1.1：1.2 的比例調配。用氧乙炔焰將壓印接頭加熱到1000℃左右，用手持式工業測溫儀測溫。加熱到指定溫度后迅速放入水中淬火。兩組試件各加熱12 個，其余12 個不加熱。局部熱處理完成之后將鍍鋅鋼板未熱處理與已熱處理的試件分別命名為A1 組與B1 組，將冷軋鋼板未熱處理與已熱處理的試件分別命名為A2組與B2 組。
2.2、拉伸剪切試驗
試件制備好并熱處理之后，共有4 組(A1、B1、A2 和B2)。將試件按組依次在MTSlandmark100 型電液伺服試驗機上對試件進行拉伸剪切試驗。試件兩端各夾持30mm，拉伸速率5 mm/min。為了防止拉伸過程產生扭矩，在試件夾持端根據試件厚度加上等厚的墊片。
3、結果及分析
3.1、接頭強度分析
拉伸剪切試驗得到各個試件的載荷峰值，每組試件剔除差異較大的4 個數據，剩余8 個試驗數據。經計算可得各組剩余的8 試驗數據方差分別為：A1組27.765，B1 組139.848，A2 組145.320，B2 組63.338。各組接頭的抗拉強度平均值如圖2 所示。比較A1 組與A2 組強度可知，在局部熱處理前，鍍鋅鋼板壓印接頭的抗拉強度比冷軋鋼板壓印接頭的抗拉強度高15.27%。比較A1 組與B1 組試驗數據可知，局部熱處理使鍍鋅鋼板壓印接頭的抗拉強度提高16.72%；比較A2 組與B2 組試驗數據可知，局部熱處理使冷軋鋼板壓印接頭的抗拉強度提高40.07%。由上可知，局部熱處理對冷軋鋼板壓印接頭的抗拉強度提升幅度較局部熱處理對鍍鋅鋼板壓印接頭的抗拉強度提升幅度大。最終冷軋鋼板壓印接頭的抗拉強度較鍍鋅鋼板壓印接頭的抗拉強度高4.11%。
圖2 抗拉強度均值
3.2、接頭拉伸位移分析
接頭拉伸失效位移是接頭性能另一個重要指標。MTS 拉伸試驗機設定拉伸強度達到峰值后下降95%時判定接頭失效，按這個判定標準得到各個有效接頭對應的拉伸位移，求得各組試件拉伸位移均值如圖3 所示。可以看出，在局部熱處理前接頭的拉伸位移基本一樣，鍍鋅鋼板壓印接頭(A1)與冷軋鋼板壓印接頭(A2)的拉伸位移均值分別為2.54mm 和2.58mm。局部熱處理對兩種基板壓印接頭的拉伸失效位移均有提高作用，其中鍍鋅鋼板壓印接頭經局部熱處理拉伸位移(B1)達到4.77mm，提高87.8%;冷軋鋼板壓印接頭經局部熱處理(B2)拉伸失效位移達到3.86mm，提高49.6%。
圖3 拉伸失效位移均值
3.3、接頭能量吸收能力分析
圖4 載荷-位移曲線
通過試驗可以得到載荷-位移曲線，如圖4 所示。求取載荷-位移曲線與坐標軸所圍成區域的面積即可得壓印接頭的能量吸收能力，好的能量吸收能力顯示出接頭具有良好的吸震能力。求取各組試件能量吸收量的均值，如圖5 所示。可以看出，在局部熱處理之前鍍鋅鋼板壓印接頭(A1)的能量吸收能力優于冷軋鋼板壓印接頭(A2)的能量吸收能力，前者比后者高32.0%。在局部熱處理之后，壓印接頭能量吸收能力大幅度提升;其中，鍍鋅鋼板壓印接頭局部熱處理之后(B1)能量吸收能力提升71.4%，冷軋鋼板壓印接頭局部熱處理之后(B2)能量吸收能力提升65.7%。局部熱處理之后鍍鋅鋼板壓印接頭(B1)的能量吸收能力依然比冷軋鋼板壓印接頭(B2)高36.5%。綜上可知，鍍鋅鋼板壓印接頭的能量吸收能力無論是在局部熱處理前還在局部熱處理之后都要優于冷軋鋼板，且局部熱處理對鍍鋅鋼板壓印接頭的能量吸收能力提升作用更明顯。
圖5 能量吸收值
3.4、接頭失效分析
目前對兩層板壓印連接的研究表明，壓印接頭的失效模式有上板頸部斷裂失效與內鎖拉脫失效。上板頸部斷裂失效是在拉伸剪切載荷的作用下，隨拉伸位移的增加，拉伸載荷逐漸增大，達到最大值時，上板在頸部厚度最小的位置發生斷裂造成接頭失效;內鎖拉脫失效主要是由于基板的強度較大，接頭中上板在下板中鑲嵌量不夠充分，上板頸部強度大于上板在下板中的自鎖強度，接頭在拉伸剪切載荷作用下，上板在下板中的自鎖結構先失效，導致上下板分離而失效。
本次試驗4 組接頭的失效形式如圖6 所示，均為內鎖拉脫失效。雖然拉脫形式一樣，但拉脫時內鎖部分被撕裂的程度不一樣，如圖6 橢圓區域所示。從圖6 可以看出，鍍鋅鋼板與冷軋鋼板的壓印接頭在局部熱處理之后拉脫時內鎖部分被撕裂的程度變大；而且可以看出冷軋鋼板壓印接頭局部熱處理對內鎖部分撕裂增大的程度較鍍鋅鋼板要大。這種現象很好地反映出試驗結果，局部熱處理使基板強度得到提高，壓印接頭在拉脫過程中內鎖結構擠壓下板時基板的變形困難，摩擦增大，最終使得接頭強度得到提升;上板被撕裂的程度增大，導致失效位移加大；而強度提升以及失效位移加大使得接頭的能量吸收能力得到提高。
圖6 接頭失效形式
4、結論
(1) 局部熱處理對鍍鋅鋼板以及冷軋鋼板壓印接頭的拉伸強度有提高作用，冷軋鋼板壓印接頭強度提升幅度大；對兩種基板壓印接頭失效位移有增大作用，且鍍鋅鋼板壓印接頭失效位移增大的幅度大;對兩種基板壓印接頭能量吸收能力有提高作用，且鍍鋅鋼板壓印接頭能量吸收能力提高幅度大。
(2) 局部熱處理使的鍍鋅鋼板與冷軋鋼板壓印接頭在拉脫失效時內鎖部分撕裂的程度加大，且冷軋鋼板壓印接頭內鎖部分撕裂增加的幅度大。
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