NOWOCZESNE BLACHY STALOWE NA ELEMENTY KAROSERII 2

Wprowadzenie

Metale oraz ich stopy, a w szczeg

lno

ci stal, s

najbardziej

ekologicznym i przysz

ciowym tworzywem konstrukcyjnym.

Obszarem o szczeg

lnie du

ym zapotrzebowaniu na wyroby ze stali

jest przemys

samochodowy. W przemy

le tym udzia

element

stalowych utrzymuje si

, w okresie ponad 20 lat, praktycznie na tym

samym poziomie. W 1979 roku 55% masy typowego samochodu

stanowi

y elementy ze stali. W typowym modelu samochodu z roku

2000 elementy stalowe stanowi

54% masy ca

kowitej.

Aktualnie realizowany jest program ULSAB

AVC (

Advanced

Vehicle

Concepts

), kt

ry stanowi ofert

wiatowego przemys

u stalowego i

wezwanie dla projektant

w i producent

w do zwi

kszenia sprawno

samochod

w przez zmniejszenie zu

ycia paliwa (do 3 litr

w na 100

km), popraw

bezpiecze

stwa i niezawodno

ci samochod

Program ten ma pom

c w doborze stali bardziej efektywnych i

stworzy

podstawy do uzyskania:

przewidywanych do osi

gni

cia w 2004 roku wymaga

test

bezpiecze

stwa na zderzenia,

znacz

ce obni

enie zu

ycia paliwa,

minimalizacj

oddzia

ywania na

rodowisko poprzez redukcj

emisji

spalin, zu

ycia materia

w i energii w procesie produkcji samochodu

oraz popraw

recyklingu stosowanych materia

Ŝą

wydajno

ść

produkcji przy minimalnych kosztach.

Klasyfikacja stali na blachy dla

motoryzacji

Stale konwencjonalne:

•

Stale mi

kkie (

Mild

steel

)

•

Stale t

oczne bez atom

dzyw

owych (IF

–

Interstitial

Free

)

•

Stale t

oczne izotropowe (IS

–

Isotropic

)

•

Stale typu BH umacniane

wydzieleniowo (

Bake

Hardenable

)

•

Stale

CMn

glowo

manganowe)

•

Stale wysokowytrzyma

niskostopowe (

HSLA

High

Strenght

Low

Alloy

nowoczesne stale o wysokiej

wytrzyma

ci (AHSS

–

Advanced

High

Strength

Steel

•

stale

ferrytyczno

martenzytyczne

(DP

–

Dual

Phase

)

•

stale typu CP (CP

–

Complex

Phase)

•

stale typu TRIP (TRIP

–

Transformation Induced

Plasticity)

•

stale

martenzytyczne

(Mart

–

Martensitic

)

Zasadnicza r

nica pomi

dzy konwencjonalnym stalami HSS i

nowoczesnymi stalami AHSS polega na sposobie

ukszta

towania mikrostruktury.

AHSS s

stalami wielofazowymi, kt

re zawieraj

martenzyt

bainit

lub austenit szcz

tkowy, wzgl

dnie

bainit

i austenit

szcz

tkowy.

W por

wnaniu do zwyk

ych stali

mikrostopowych

nowoczesne

stale AHSS wykazuj

wyj

tkowe po

czenie wysokiej

wytrzyma

ci z dobr

odkszta

calno

Dla zwyk

ych stali, obni

ona plastyczno

ść

jest konsekwencj

wysokiej wytrzyma

ci.

Rys.1. Zale

ść

pomi

dzy wydłu

eniem

i granic

plastyczno

dla stali na blachy

tłoczne

[1]

Charakterystyka nowoczesnych

stali o wysokiej wytrzyma

Stale dwufazowe DP

Mikrostruktura stali dwufazowych (rys.2) sk

ada si

z mi

kkiej fazy

ferrytycznej, w kt

rej znajduje si

15 do 70 % (obj

ciowo) twardej

fazy

martenzytycznej

(mo

liwy jest r

wnie

znacz

cy udzia

fazy

bainitycznej

)

W trakcie kszta

towania plastycznego odkszta

cenie lokalizuje si

kkiej fazie ferrytycznej powoduj

c szczeg

lnie intensywne

umacnianie, kt

re wyr

nia t

stal od zwyk

ych stali u

ywanych na

blachy t

oczne

Stale DP maj

znacznie wy

wytrzyma

ść

od stali

konwencjonalnych, o podobnej granicy plastyczno

Stale DP mog

uzyska

po umocnieniu starzeniowym wytrzyma

ść

dochodz

do 1000

MPa

W stalach DP zawarto

ść

gla decyduje o mo

liwo

ci otrzymania

martenzytu

dla osi

ganych w praktyce przemys

owej pr

dko

odzenia

Dodawane indywidualnie lub w kombinacji dodatki Mg, Cr, Mo, V, i

podwy

szaj

hartowno

ść

Stale typu TRIP

Mikrostruktura stali TRIP (rys.2) ma ci

osnow

ferrytyczn

wewn

trz kt

rej znajduj

wydzielenia faz twardych

martenzytu

bainitu

. Stale te zawieraj

wnie

austenit szcz

tkowy w ilo

kszej ni

5 % zawarto

ci obj

ciowej.

Stale typu TRIP maj

ksz

zawarto

ść

gla oraz krzemu i

aluminium lub oby dwu tych sk

adnik

w ni

stale DP. Pierwiastki te

powoduj

obni

enie temperatury przemiany

martenzytycznej

Warto

ść

odkszta

cenia przy kt

rym austenit szcz

tkowy rozpoczyna

przemian

martenzyt

e by

ustalona przez regulacj

zawarto

gla.

Charakterystyka nowoczesnych

stali o wysokiej wytrzyma

Charakterystyka nowoczesnych

stali o wysokiej wytrzyma

Stale typu CP

Stale CP nale

Ŝą

do grupy stali o stosunkowo dobrej odkszta

calno

przy du

ej wytrzyma

ci na rozci

ganie.

Mikrostruktura tej stali sk

ada si

z bardzo drobnoziarnistego ferrytu z

Ŝą

zawarto

frakcji faz twardych, kt

re powoduj

umacnianie

wydzieleniowe.

Zawieraj

one wiele takich samych dodatk

w stopowych jakie

znajduj

w stalach DP i TRIP oraz dodatkowo zawieraj

nieznaczne

ilo

ci niobu oraz tytanu i wanadu

Stale CP osi

gaj

wytrzyma

ść

na rozci

ganie dochodz

ce do 800

MPa

W warunkach odkszta

i pr

dko

ci odkszta

typowych dla

zniszczenia, w warunkach zderzenia, stale te poch

aniaj

najwi

cej

energii. Najbardziej wskazanym jest zastosowaniem tych stali na

takie

elementy, kt

re wymagaj

poch

aniania du

ej ilo

ci energii w zakresie

odkszta

spr

ęŜ

ysto

plastycznych

Charakterystyka nowoczesnych

stali o wysokiej wytrzyma

Stale

martenzytyczne

W stalach

martenzytycznych

austenit wyst

puj

cy w czasie

walcowania na gor

co lub

arzania, ulega w czasie

szybkiego ch

odzenia prawie

kowitej przemianie w

martenzyt

Mikrostruktura stali

martenzytycznej

zawiera

wnie

martenzyt

listwowy.

Stal

martenzytyczna

wykazuje

maksymaln

wytrzyma

ść

1500

MPa

W tej stali magnez, krzem,

chrom, molibden,

bor

, wanad,

nikiel s

ywane w r

nej

kombinacji dla zwi

kszenia

hartowno

ci.

Rys.5.Mikrostruktura stali martenzytycznej [2].

Technologia wytwarzania

nowoczesnych stali o wysokiej

wytrzyma

Nowoczesne stale AHSS s

wytwarzane w procesach

o kontrolowanych przebiegach ch

odzenia z zakresu wyst

powania

fazy austenitycznej,

austenityczno

ferrytycznej

lub ferrytycznej

Schemat przebiegu ch

odzenia i uzyskiwane struktury s

pokazane

(rys.6) na tle wykresu

CTPc

Dob

r stali na elementy karoserii

Procedura doboru materia

w, zastosowana przy ustalaniu materia

w projekcie ULSAB

AVC, jest ca

kowicie odmienna od tej jak

zastosowano w poprzednich projektach. Dot

d bazowano na

charakterystykach wyznaczanych w statycznych badaniach w

asno

mechanicznych i doborze powszechnie dost

pnych materia

Stale wykazuj

zale

ść

asno

ci mechanicznych od pr

dko

odkszta

cenia. Wiadomo,

e przy wi

kszej pr

dko

ci odkszta

cenia,

ra jest typowa dla zderzenia samochodu, stal posiada wi

ksz

wytrzyma

ść

i w konsekwencji wi

ksz

zdolno

ść

zaabsorbowanej

energii

W ko

cowej koncepcji projektu dokonano doboru typ

w stali, z

uwzgl

dnieniem tej zdolno

ci oraz po

czenia najlepszych

ciwo

ci mechanicznych z wymaganiami struktury geometrycznej

wyt

oczek

Podsumowanie

Projekty badawcze ULSAB i ULSAB

AVC wnios

y znacz

cy post

w rozw

j zastosowa

nowych gatunk

w stali na blachy t

oczne dla

motoryzacji oraz metodyki wprowadzania post

pu technicznego do

nowych masowych zastosowa

przemys

owych.

Osi

gni

te rezultaty realizacji projekt

w ULSA i ULSAB

AVC

potwierdzaj

uszno

ść

przyj

tej strategii i mo

liwo

ść

osi

gni

cia

onych cel

w, w tym istotne obni

enie masy samochod

przez zmniejszenie grubo

ci stosowanych blach t

ocznych.

Warunkiem opanowania produkcji blach karoseryjnych z

nowoczesnych stali AHSS jest posiadanie linii technologicznych

zapewniaj

cych precyzyjne regulowanie temperatury

i rozk

adu odkszta

na poszczeg

lnych etapach procesu

wytwarzania, tzn. z pe

nym komputerowym systemem sterowania.

Stosowane w polskim hutnictwie technologie wytwarzania blach

karoseryjnych odpowiadaj

technologiom stosowanym w

rozwini

tych krajach na pocz

tku lat 60

tych. Podj

cie dzia

zakresie restrukturyzacji techniczno technologicznej,

pozwalaj

cych na opanowanie produkcji blach karoseryjnych z

nowych gatunk

w materia

w, musi uwzgl

dnia

potrzeby

przemys

u samochodowego po roku 2004

[1]