Tomasz Wójcicki ETI rok 3 grupa 2
Tomasz Wójcicki ETI rok 3 grupa 2
Stale DP
Stale IF
Stale BH
Stale TRIP
Stale a motoryzacja
DP – Dual Phase – stale dwufazowe
IF – Interstitial Free - stale wolne od
atomów międzywęzłowych
BH – Bake Hardenable – stale utwardzane
poprzez wypalanie lakieru
TRIP - Transformation Induced Plasticity –
stale umacniane poprzez przemianę
fazową
W mikrostrukturze stali dwufazowej dominują
dwie fazy, a mianowicie stanowiący osnowę
ferryt, oraz twardy martenzyt.
Mogą występować w tej stali również małe
zawartości austenitu, bainitu oraz perlitu.
Mikrostrukturę stali DP tworzy 80-85% ferrytu, 10-
20% martenzytu oraz niewielka ilość austenitu
szczątkowego
Austenit występuje łącznie z martenzytem;
tworząc tzw.: wyspy martenzytyczno-
austenityczne, lub składnik martenzytyczno-
austenityczny (M-A)
Austenit w stalach DP jest niestabilny,
dlatego podczas odkształcenia przemienia
się w martenzyt, co opóźnia tworzenie się
szyjki podczas próby rozciągania i dzięki
temu zwiększa ciągliwość
Wraz ze wzrostem zawartości C, Mn, Si, P,
V wytrzymałość stali rośnie
Stale te stosowane są do wytrzymałości na
rozciąganie 600 MPa
Stale dwufazowe oprócz dużej wytrzymałości na
rozciąganie charakteryzują się barkiem wyraźnej
granicy plastyczności, małą umowną granicą
plastyczności, dużą szybkością umocnienia
podczas odkształcenia oraz dużym wydłużeniem
równomiernym i całkowitym, a także znacznym
umocnieniem podczas utwardzania lakieru,
wynoszącym nawet 100Mpa.
Wpływ zawartości
martenzytu i
temperatury wyżarzania
w zakresie dwufazowym
na granicę plastyczności
i wytrzymałość na
rozciąganie stali o
mikrostrukturze
dwufazowej i składzie
chemicznym; 0,063% C i
1,29% Mn; czas
wyżarzania - 10 min
Stal wolna od atomów międzywęzłowych,
nazywana również supergłębokołoczną.
Atomy C i N są związane w trwałe związki.
Aby skutecznie usunąć atomy C i N z
ferrytu, do stali odtlenionej próżniowo
należy dodać Al oraz Ti i Nb.
W próbie rozciągania nie wykazuje
wyraźnej granicy plastyczności.
C
N
Si
Mn
S
P
Ti
Nb
B
Al
0.003%
0.003%
0.01-0.6% 0.1-0.2% 0.005%
0.07%
0.01%
0.02%
0.003%
0.03%
wydłużenie % : >50%
przyrost granicy plastyczności podczas utwardzania lakieru:
0-40 MPa
R
m
: 350-450 MPa
R
e
: 200-250 MPa
Korzystnie na własności użytkowe stali IF wpływa:
niska temperatura nagrzewania do walcowania ok. 1000
o
C,
niska temperatura końca walcowania (bliska Ar
3
),
wysoka temperatura zwijania po walcowaniu na gorąco ok.
700
o
C,
małe zawartości pierwiastków C <0,0050%, Nb <0,025%,
dodatek Ti z małym naddatkiem,
odkształcenie na zimno ok. 90%
wysoka temperatura wyżarzania rekrystalizującego ok. 850
o
C
Stale BH są utwardzane w procesie wypalania
lakieru na gotowej karoserii.
Utwardzanie lakieru odbywa się w temperaturze
150-250°C przez 15 ÷ 20 min
W stanie dostawy stal ta charakteryzuje się dobrą
podatnością na kształtowanie przez odkształcenie
plastyczne na zimno i jest miękka.
Schematyczne
przedstawienie
na krzywej
rozciągania
umocnienia
odkształceniowe
go i umocnienia
podczas
utwardzania
lakieru
Stale TRIP, czyli stale umacniane przemianą
mają dobrą ciągliwość dzięki wymuszonej
odkształceniem przemianie austenitu w
martenzyt. W przypadku gwałtownego
odkształcenia (np. podczas zderzenia),
austenit szczątkowy przemienia się wówczas
w martenzyt, pochłaniając energię i
dodatkowo umacniając materiał. Ta ostatnia
właściwość czyni go bardzo atrakcyjnym dla
przemysłu motoryzacyjnego.
Mikrostrukturę stali TRIP tworzy ciągliwy
ferryt (50 ÷ 60%), twardy bainit (25 ÷
40%) oraz austenit metastabilny (5 ÷ 15%)
o temperaturze początku przemiany
martenzytycznej poniżej temperatury
pokojowej.
Początkowe stadia
wyżarzania stali
TRIP są zbliżone do
stosowanych dla
stali DP.
Podstawowa różnica
polega na tym, że
stale TRIP są
podczas chłodzenia
wytrzymywane w
temp. ok. 400
o
C,
aby część austenitu
przemieniła się w
bainit
W stalach TRIP wzbogacenie
austenitu w węgiel następuje w
dwóch etapach: podczas
wygrzewania w zakresie dwufazowym
α + γ oraz podczas przemiany
austenitu w bainit
„n” jest to współczynnik umocnienia odkształceniowego
Z punktu widzenia przemysłu motoryzacyjnego
powinny być przede wszystkim brane pod uwagę:
właściwości mechaniczne, w tym zwłaszcza
wysoka tzw. wytrzymałość właściwa (stosunek
wytrzymałości doraźnej materiału do jego
gęstości), co umożliwia redukcję masy pojazdu –
co przekłada się natomiast na zmniejszenie
zużycia paliwa
wysoka zdolność absorpcji energii w przypadku
zderzenia;
właściwości minimalizujące kłopoty
technologiczne przy wytwarzaniu i zapewniające
wysoką produktywność, w tym zwłaszcza:
podatność na obróbkę plastyczną (tłoczenie
paneli, gięcie, hydroforming i in.) oraz łatwość
stosowania pokryć (powłoki Zn, Al, lakiery), a
ponadto dobra spawalność i zgrzewalność;
dobre zachowanie w eksploatacji (wytrzymałość
zmęczeniowa samego materiału i spoin,
podatność na korozję, łatwa wymiana
elementów);
względy ekonomiczne.
Stale o podwyższonej jakości w nadwoziu (Audi) – kolor
czerwony blachy z normalnej stali, kolor zielony – blachy o
podwyższonej wytrzymałości, kolor niebieski – aluminium.
Elementy wykonywane jako tailored blanks
Tak nazywają się wielofunkcyjne pakiety złożone z
zespawanych laserowo różnych rodzajów blach, np.
głębokotłocznych, o podwyższonej i najwyższej
wytrzymałości. Każdy z tych składników pełni w
pakiecie inną funkcję. Blacha głębokotłoczna pochłania
energię uderzenia podczas ewentualnej kolizji
drogowej. Materiał o podwyższonej wytrzymałości
odkształca się wówczas, gdy blacha głębokotłoczna nie
zdołała rozproszyć całej energii zderzenia. Element
najsztywniejszy może ulegać najwyżej nieznacznym
odkształceniom, gdyż jego zadaniem jest zachowanie
tzw. przestrzeni przeżycia w części nadwozia
przeznaczonej dla kierowcy i pasażerów.
Marek Blicharski, „Inżynieria materiałowa. Stal”
Jacek Senkara, „Współczesne stale karoseryjne dla
przemysłu motoryzacyjnego i wytyczne
technologiczne ich zgrzewania” artykuł w
„Przeglądzie hutnictwa” 11/2009
http://www.motofocus.pl/news,4892,blacharskie-
naprawy-nadwozi-cz-v-identyfikacja-
materialow.html
Wykłady prof. Dymka