SHRNUTÍ

Tepelné zpracování pro díly automobilů vystřižené ze plechu obecně spadá do dvou různých kategorií podle toho, kdy je teplo aplikováno: Horké tváření (lisovací kalení) a Tepelné zpracování po stříhání .

Termoštamping zahrnuje ohřev polotovarů z boronové oceli (obvykle 22MnB5) na teplotu přesahující 900 °C před tvářením a současné kalení v nástroji. Tím vznikají konstrukční díly s extrémně vysokou pevností, jako jsou B-sloupky nebo nárazníky, s mezí pevnosti až 1 500 MPa. Tepelné zpracování po stříhání aplikuje sekundární procesy – jako je například cementace, ferritická nitrokarbonýza (FNC) nebo indukční kalení – na díly, které již byly studeně vystřihovány. Tato cesta je ideální pro funkční mechanismy, jako jsou opěrky sedadel s nastavením sklonu nebo brzdové ozubené segmenty, u nichž se vyžaduje odolnost proti opotřebení, aniž by se měnil jejich základní tvar.

Dvě hlavní cesty: horké tváření vs. následné zpracování

Při navrhování lisovaných automobilových komponentů volba tepelného zpracování není pouhým dokončovacím krokem; určuje celou výrobní strategii. Průmysl tyto procesy dělí do dvou hlavních pracovních postupů: Lití za tepla (horké tváření) a Dodatečné tepelné zpracování (studené tváření + následný proces) .

Porozumění zásadním rozdílům mezi těmito postupy je klíčové pro manažery nakupování a konstrukční inženýry:

• Integrace vs. oddělení: Horké tváření integruje tváření a kalení do jediného zdvihu lisu. Materiál vstupuje do lisu měkký a opouští jej už zatvrdlý. Naopak dodatečné zpracování tyto fáze odděluje; díly jsou tvary za studena (měkké) a poté odeslány do peci na zatvrdnutí.
• Specifičnost materiálu: Horké tváření téměř výhradně využívá mangan-borové oceli (např. 22MnB5), které jsou navrženy tak, aby během kalení měnily svou mikrostrukturu. Dodatečné zpracování pracuje s širším spektrem nízko až středně uhlíkových ocelí a slitin (např. 1020, 4140 nebo 8620).
• Hlavní cíl: Cílem tepelného tvarování je obvykle zachování strukturální integrity a bezpečnosti při nárazu (ochrana proti průniku). Cílem následné úpravy je často odolnost proti opotřebení, únava materiálu nebo ochrana proti korozi pohyblivých částí.

Tepelné tvarování (tvrdnutí lisováním): Pro bezpečnostně kritické konstrukce

Termoštamping , také známé jako tvrdnutí lisováním, znamenalo revoluci v automobilové bezpečnosti. Umožňuje výrobcům vyrábět složité, lehké konstrukční díly, které vydrží obrovské síly při nárazu, aniž by se zlomily. Tento proces je standardní pro tzv. „bezpečnostní koš“ moderních vozidel, včetně A-sloupků, B-sloupků, stropních lišt a nosníků proti průniku do dveří.

Proces: Od austenitu k martenzitu

Vědecký základ tepelného tvarování spočívá v přesné metalurgické transformaci. Proces začíná ohřátím ocelového polotovaru v peci na přibližně 900 °C–950 °C. Při této teplotě se vnitřní struktura oceli mění z feritu-perlitu na austenit , čímž se stává velmi tvárnou.

Rozžhavený polotovar je poté rychle přenesen do vodou chlazené formy. Jak tvarovací lis uzavře, chladné povrchy formy současně kalí ocel. Toto rychlé ochlazování (často přesahující 27 °C za sekundu) uvězní uhlíkové atomy v deformované mřížce a přemění austenit na martenzit . Výsledkem je díl, jehož mez kluzu stoupá z původních přibližně 400 MPa na více než 1 500 MPa.

Výhody a omezení

Hlavní výhodou horkého tváření je schopnost vytvářet složité tvary bez pružení zpět (tendence kovu vrátit se do původního tvaru), což zajišťuje vynikající rozměrovou přesnost. Proces však vyžaduje speciální laserové ostřihování otvorů a hran, protože zakalená ocel je příliš tvrdá pro tradiční mechanické řezací nástroje.

Následné kalení po tváření: Pro součásti namáhané opotřebením a pohybující se části

Zatímco horké tváření vytváří kostru automobilu, Tepelné zpracování po stříhání zajistuje trvanlivost jeho pohyblivých součástí. Součásti jako opěrky sedadel, převodové desky, západly parkovací brzdy a zámky dveří jsou obvykle studeně tvářeny z měkčí oceli a následně kaleny, aby se zabránilo opotřebení.

Pro výrobce, kteří procházejí přechodem od prototypu k sériové výrobě těchto složitých funkčních dílů, je klíčové spojit se schopným dodavatelem. Shaoyi Metal Technology specializuje se na překlenutí tohoto rozporu a nabízí komplexní řešení tváření, která odpovídají přísným globálním standardům OEM – od počátečního inženýrství až po finální dodávku s tepelnou úpravou.

Sycení povrchu (kalení povrchu)

Karbonizace je proces volby pro součásti vystavené vysokému tření a zatížení, jako jsou ozubená kola a západla. Při tomto procesu jsou součásti z nízkouhlíkové oceli zahřívány v uhlíkem bohatém prostředí. Uhlík difunduje do povrchu, vytvářejíc tvrdý „plášť“, zatímco jádro zůstává měkké a houževnaté. Toto tvrdý plášť / houževnaté jádro kombinace brání lomu součásti při náhlém nárazu a zároveň zajišťuje odolnost povrchu proti opotřebení při styku s dalšími součástmi.

Indukční kalení

Když je potřeba zpevnit pouze konkrétní oblast lisované součásti, například zuby ozubeného kolečka sedačky nebo hrot západky, je preferovanou metodou indukční kalení. Elektromagnetická cívka ohřeje pouze cílovou zónu, která je následně okamžitě ochlazena. Toto lokální ošetření minimalizuje deformace na zbývající části součásti.

Celkové kalení (neutrální kalení)

U konstrukčních úchytů, spon a jazýčků bezpečnostních pásů, které vyžadují rovnoměrnou pevnost po celém průřezu, se používá celkové kalení. Tento proces zahrnuje ohřátí celé součásti na austenitizační teplotu a její následné ochlazení, čímž vznikne konzistentní tvrdost od povrchu až po jádro. Obvykle se používá u ocelí se středním až vysokým obsahem uhlíku.

Korozní odolnost a stabilita: FNC a nitridace

U dílů podvozku nebo brzdových komponent, které jsou vystaveny silniční soli a vlhkosti, samotná tvrdost nestačí. Feritická nitrokarbonitracie (FNC) a Nitrace poskytují dvojnásobný přínos: povrchovou tvrdost a vynikající korozní odolnost.

Na rozdíl od karbonizace, která probíhá za vysokých teplot (často >850°C) a může způsobit deformaci součástí, se fluorová dusíková pasivace provádí při nižších teplotách (přibližně 575°C). Tato „podkritická“ teplota zabraňuje fázové transformaci v jádru oceli, čímž dochází téměř k nulové rozměrové deformaci. To činí fluorovou dusíkovou pasivaci ideální pro přesné stříhané součásti jako jsou brzdové třmeny, spojovací destičky převodovek a tenké podložky, které musí zůstat dokonale rovné.

Žíhání a odlehčování pnutí: Pomocné procesy

Ne všechny tepelné úpravy jsou navrženy k tvrdnutí kovu. Žíhání a Odstraňování pnutí jsou „měkčící“ procesy, které jsou nezbytné pro výrobní proces samotný.

Při tažení (např. při tváření olejové vany nebo krytu motoru) dochází k tvrdnutí materiálu, které způsobuje vnitřní pnutí, jež může vést k praskání nebo trhání kovu. Mezilehlé žíhání zahřívá kov tak, aby se rekristalizovala jeho zrnitá struktura, čímž se obnoví tažnost a umožní se další kroky tváření. Obdobně se po intenzivním stříhání nebo svařování často používá odstraňování pnutí, aby se zabránilo deformaci dílu v čase kvůli zbytkovému napětí.

Závěr

Výběr správného tepelného zpracování pro lisyované autodíly je otázkou rovnováhy mezi funkcí, geometrií a materiálovou vědou. Horké tváření zůstává nepopiratelným šampiónem pro bezpečnostní kostru, neboť nabízí lehkou pevnost, která definuje moderní architekturu vozidel. Naopak tepelná zpracování po lisování, jako karburace a FNC, jsou nepostradatelná pro složité pohyblivé mechanismy, se kterými řidiči dennodenně interagují. Tím, že inženýři přizpůsobí požadavky na výkon dílu – ať už jde o odolnost proti nárazu, životnost při opotřebení nebo ochranu proti korozi – vhodnému teplotnímu cyklu, zajistí jak bezpečnost, tak dlouhověkost konstrukce vozidla.

Nejčastější dotazy

1. Jaký je rozdíl mezi tepelným zpracováním při horkém a za studena lisování?

Horké tváření ohřívá kov před a během tvářecí proces, při kterém dochází k transformaci mikrostruktury oceli a vznikají ultrapevné díly v jednom kroku. Studené tváření tvaruje kov při pokojové teplotě a tepelné zpracování (například cementace nebo žíhání) se následně provádí jako samostatná dodatečná operace za účelem úpravy tvrdosti nebo odstranění pnutí.

2. Proč se pro horké tváření používá borová ocel?

Borová ocel, konkrétně třídy jako 22MnB5, se používá proto, že přídavek boru výrazně zlepšuje prokalitelnost. Umožňuje oceli úplnou transformaci do tvrdé martenzitické struktury během rychlého chladicího kroku uvnitř vodou chlazené matrice, čímž dosahuje mezí pevnosti až 1 500 MPa.

3. Lze tepelně zpracovat tvářený díl po svařování?

Ano, ale vyžaduje opatrnost. Svařování zavádí teplo, které může změnit vlastnosti dříve tepelně ovlivněných oblastí. Odlehčování pnutí je běžně prováděno po svařování, aby se uvolnila tepelná napjatost. Pokud však díl vyžaduje vysokou tvrdost, je často nejprve svařen a poté tepelně ovlivněn jako konečná sestava, pokud to návrh umožňuje.

4. Jaké tepelné zpracování je nejlepší pro odolnost proti korozi u autodílů?

Feritické nitrokarbonování (FNC) je široce považováno za nejlepší tepelné zpracování pro kombinaci tvrdosti a odolnosti proti korozi. Vytváří tvrdou, opotřebením odolnou povrchovou vrstvu (tzv. „sloučeninová zóna“), která také chrání proti oxidaci, což ho činí oblíbeným pro brzdové součásti a upevnění podvozku.