Zaawansowane stale wysokowytrzymałe dla przemysłu motoryzacyjnego - geneza, cykl wytwarzania, właściwości mechaniczne i użytkowe. R.

Transkrypt

1 Zaawansowane stale wysokowytrzymałe dla przemysłu motoryzacyjnego - geneza, cykl wytwarzania, właściwości mechaniczne i użytkowe R.Kuziak W prezentacji wykorzystano materiały: 1. Politechnika Śląska dr hab. inż. Dariusz Kuc 2. AGH dr hab.inż. Łuksz Madej, Prof. dr hab. inż. Maciej Pietrzyk 3. Materiały dostępne w internecie INSTYTUT METALURGII ŻELAZA im. Stanisława Staszica

2 stopy Al stopy Al/Mg stal stale zwykłej jakości stale wysokowytrzymałe kompozyty

3 KONFLIKT : BEZPIECZEŃSTWO ZUŻYCIE PALIWA / EMISJA CO 2 REGULACJE PRAWNE M A S A M A S A Bezpieczeństwo- większa wytrzymałość (większa grubość elementów) Zmniejszenie masy - ekologia Dzięki obniżeniu ciężaru pojazdu o ok. 12 kg, emisja dwutlenku węgla na kilometr ulega zmniejszeniu o jeden gram 3

4 DLACZEGO STALE? 4

5 DLACZEGO STALE? Lżejszy materiał Materiał zastępowany Redukcja masy (%) Względny koszt * Stale wysokowytrzymałe Zwykłe stale Stopy Al Stal, żeliwo ,3 2 Stopy Mg Stal, żeliwo ,5 2.5 Stopy Mg Stopy Al Stopy tytanu Stal stopowa ,5 10+ Stal nierdzewna Stal węglowa ,7 Kompozyt - włókna szklane Stal Kompozyt - włókna węglowe Stal Kompozyty z osnową Al Stal i żeliwo ,5 3+ * *Zawiera materiał i proces produkcyjny 5 Ref: William F. Powers, Advanced Materials and Processes, May 2000, 38-41

6 KONSTRUKCJA NADWOZIA ROZKŁAD OBCIĄŻEŃ 6

7 DWIE GŁÓWNE STREFY ODPOWIADAJĄCE ZA BEZPIECZEŃSTWO Strefa kontrolowanej deformacji duża absorbcja energii Stabilna kabina pasażerska duża odporność na deformację 7

8 Stale AHSS - Klasyfikacja I GENERACJA: stale w których osnową jest ferryt (DP, TRIP, CP, MART) II GENERACJA: stale austenityczne o wysokiej zawartości węgla (TWIP, stale o podwyższonej zawartości Al L-IP, stale SIP /shear band strengthened steels/) III GENERACJA: poprawiona relacja wytrzymałości do ciągliwości, ale koszt znacznie niższy od stali II generacji kombinacja składu chemicznego i mikrostruktury, dająca w wyniku złożoną strukturę składającą się z wysokowytrzymałych faz (ultradrobnoziarnisty ferryt, martenzyt, bainit) oraz z faz charakteryzujących się wysoką ciągliwością (austenit). 8

9 Stale AHSS - Klasyfikacja 9

10 Stale AHSS - Struktura Mikrostruktura HSLA DP TRIP F, % Ferryt d, µm F, % Martenzyt d, µm F, % Austenit 0 < d, µm szczątkowy F B, % Bainit d B, µm

11 Stale AHSS - Właściwości 11

12 I Generacja stali AHSS - Technologia 1. Walcowanie na gorąco 2. Walcowanie na zimno ciągłe wyżarzanie 12

13 I Generacja stali AHSS segregacja węgla 13

14 Ciągłe wyżarzanie blach taśmowych 14

15 Ciągłe wyżarzanie blach taśmowych czyszczenie nagrzewanie chłodzenie wykańczanie 15

16 Symulacja fizyczna procesu wyżarzania blach taśmowych ze stali DP 16

17 Property oriented design of hard constituent hardness and morphology in continuously annealed/galvanized DP sheets. RFSR-CT , RFCS, Partners: 1. Instytut Metalurgii Żelaza (IMZ) coordinator 2. AGH, University of Science and Technology 3. ArcelorMittal Maizières Research SA 4. Centre de Recherches Métallurgiques 5. Saltzgitter Manesmann Forschung GmbH 17

18 nm µm mm m Chemical compos. Austenite particle size Stress state Matrix strength Atomic scale Microscale Macroscale - Phase stability - Atomic diffusion - Phase fraction - Phase distribution - Phase morphology - Transformation kinetics - Macroscopic stress-strain curve 18

19 Symulacja fizyczna ciągłego wyżarzania JAW JAW 19

20 Ułamek masowy fazy Temperature, o C Symulacja fizyczna procesu wyżarzania blach taśmowych ze stali DP o C o C 810 o C Ferryt Austenit Time(sec) Cementyt 686 o C 828 o C Temperatura, o C 20

21 Symulacja fizyczna procesu ciągłego wyżarzania blach taśmowych ze stali DP 770 o C 780 o C 810 o C 21

22 Symulacja fizyczna procesu ciągłego wyżarzania blach taśmowych ze stali DP 770 o C 22

23 Symulacja fizyczna procesu ciągłego wyżarzania blach taśmowych ze stali DP 810 o C 23

24 Model wieloskalowych walcowanie na zimno, rekrystalizacja Dr hab. inż. Łukasz Madej 24

25 Model wieloskalowych walcowanie na zimno, rekrystalizacja 25

26 Rzeczywista mikrostruktura 26

27 Rekrystalizacja statyczna 650 o C 690 o C 27

28 Rekrystalizacja statyczna model CA 28

29 EBSD Derformed state 600 C 670 C 680 C 690 C 700 C 3 C/s, holding time 0s D=1,35 m D=1,49 m D=1,84 m D=1,78 m D=1,87 m 29

30 Frequency Frequency Frequency Frequency Wyniki przewidywań vs. pomiar C/s C C/s C C/s C AGH IMŻ AGH IMŻ AGH IMŻ Grain size, µm 8 C/s C grain size, µm grain size, µm AGH IMŻ 0 grain size, µm 30

31 Symulacja fizyczna procesu walcowania stali typu TRIP 31

32 Symulacja fizyczna procesu walcowania stali typu TRIP 32

33 Symulacja fizyczna procesu walcowania stali typu TRIP 33

34 Stale III generacji - proces Q&P 34

35 Wytrzymałość MPa Dobór gatunków stali na elementy zwiększające bezpieczeństwo /* DP, TRIP > HSLA Odkształcenie rzeczywiste, % Stal dwufazowa ferrytycznomartenzytyczna DP* grubość blachy (0,5-2,1 mm) /* DOCOL stal produkcji SSAB producent stali wysokowytrzymałej, Szwecja /* Ductibor 500P stal - Arcellor Mital 35

36 Zastosowanie stali na elementy zwiększające bezpieczeństwo 36 *- Z. Gronostajski: Dynamiczne odkształcania profili absorbujących energię zderzenia, Konf.

37 Zastosowanie stali na elementy zwiększające bezpieczeństwo Profile pochłaniające energię 37

38 Zastosowanie stali na elementy zwiększające bezpieczeństwo Elemnty pochłaniające energię 38

39 Stale w karoserii nowoczesnego samochodu Stal o bardzo wysokiej wytrzymałości Wytrzymałość: 400 MPa 800 MPa >1200 MPa Stal o wysokiej wytrzymałości Stal zwykłej jakości *- mat. firmy Volksawagen 39

40 Tłoczenie na gorąco (utwardzanie na gorąco) hot stemping Nagrzewanie C Kształtowanie 40

41 Nowoczesne stale w karoserii nowoczesnego samochodu Nowoczesne stale o wysokiej wytrzymałości Stale zwykłe 41

42 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ INSTYTUT METALURGII ŻELAZA im. Stanisława Staszica ul. Karola Miarki Gliwice tel. +48 (32) fax +48 (32) www. imz.pl