Престе қатайтылған болат қасиеттері: Беріктік пен пішінделушілік бойынша техникалық нұсқау

ҚЫСҚАША

Прессілі қатайтатын болат (PHS), сонымен қатар ыстық штампталған немесе борлы болат ретінде белгілі, автомобильдің қауіпсіздік компоненттеріне арналған өте жоғары беріктіктегі құйма (әдетте 22MnB5). Ол пластикалық феррит-перлит күйінде (шығу шегі ~300–600 МПа) жеткізіледі, бірақ оны ~900°C дейін қыздырып, суытылған матрицада салқындатқаннан кейін өте қатты мартенситтік құрылымға (салғырт беріктік 1300–2000 МПа) айналады. Бұл процесс серпімді оралуды жояды, күрделі геометрияларды жасауға мүмкіндік береді және A-бағандар мен бамперлер сияқты авариялық конструкциялардағы салмақты айтарлықтай төмендетеді.

Прессілі қатайтатын болат (PHS) деген не?

Қысымды бекіту болаты (PHS), автомобиль өнеркәсібінде жиі қызған күйге дейін қыздырып түзетілген болат немесе ыстықтан пішінделген болат деп аталады, бұл арнайы термиялық және механикалық пішіндеу процесіне ұшырайтын бор-қоспалы болаттар тобына жатады. Қалыпты температурада пішінделетін дәстүрлі суық түзетілетін болаттардан өзгеше, PHS аустениттік күйге жеткенге дейін қыздырылады, содан кейін суытылған құрал ішінде пішінделіп және суытылады.

Бұл процесс үшін стандартты марка 22MnB5 , көміртегі-марганец-бор қоспасы. Бордың қосылуы (әдетте 0,002–0,005%) материалдың бекіту қабілетін радикалды түрде жақсартады, осылайша суыту жылдамдығы орташа болған кезде де толық мартенситтік микрокүйге жетуге мүмкіндік береді. Бор болмаса, материал суытқан кезде бейнит немесе перлит сияқты жұмсақ фазаларға айналуы мүмкін және мақсатты беріктікке жетпей қалады.

PHS-тің құндылығын беретін негізгі түрлендіру — микроскопиялық құрылым. Ол жұмсақ феррит-перлитті жапырақ ретінде жеткізіледі, материалды кесу мен өңдеу оңай. Ыстық штамптау процесі кезінде оны аустениттену температурасынан жоғары (әдетте шамамен 900–950°C) қыздырады. Қызған бос жер тігінен бекітілгенде, ол тез суытылады (27°C/с-тан астам жылдамдықпен). Бұл тез суыту жұмсақ микроскопиялық құрылымдардың пайда болуынан айналып өтеді және аустенитті тікелей мартенсит болат құрылымының ең қатты түріне айналдырады.

Механикалық қасиеттер: Жеткізілген күйі мен қатайтылған күйі

Инженерлер мен сатып алу мамандары үшін престе қатайтылатын болат қасиеттерінің ең маңызды аспектісі — оның бастапқы және соңғы күйі арасындағы айтарлықтай айырмашылық. Бұл екі жақтылық күрделі пішінді формалауға (жұмсақ кезде) және экстремалды өнімділікке (қатты кезде) мүмкіндік береді.

Төмендегі кестеде 22MnB5 стандартты маркасының механикалық қасиеттерінің қысым арқылы қатайту процесіне дейінгі және кейінгі күйлері салыстырылған:

Созылу шегінің талдауы: Созылу шегі әдетте бұл процесте үш есе артады. Жеткізілген материал стандартты құрылымдық болат сияқты әрекет етсе де, дайын бөлшек қатты және деформацияға қарсы тұрады, сондықтан оның ішіне кіруге қарсы қауіпсіздік торлары үшін идеалды нұсқа болып табылады.

Қаттылық пен өңделгіштік: 470–510 HV соңғы қаттылығы механикалық кесуді немесе салмақтауды өте қиындатады және құралдың тез тозуына әкеледі. Сондықтан дайын PHS бөлшектерін кесудің көбісі лазерлі кесу арқылы жасалады (қараңыз SSAB техникалық деректері ) немесе бөлшек толық суынбас бұрын арнайы қатты кесу матрицаларын қолданып жүргізіледі.

Жиі қолданылатын PHS маркалары мен химиялық құрамы

22MnB5 әлі де өнеркәсіптің негізгі материалы болып табылса да, одан да жеңілірек және берікірек бөлшектерге деген сұраныс бірнеше варианттардың дамуына әкелді. Инженерлер әдетте энергияны жұту үшін қажетті серпімділікпен шың беріктіктің арасындағы тепе-теңдікке негізделіп маркаларды таңдайды.

• PHS1500 (22MnB5): Шамамен 1500 МПа шығын беріктігі бар стандарттық марка. Ол шамамен 0,22% көміртегі, 1,2% марганец және ізбес болаты бар. Көпшілік қауіпсіздік қолданбалары үшін беріктікті жеткілікті тұрақтылықпен теңестіреді.
• PHS1800 / PHS2000: Беріктікті 1800 немесе 2000 МПа-ға дейін көтеретін жаңа өте жоғары беріктікті маркалар. Олар көміртегі мөлшерін сәл арттыру немесе қоспаны өзгерту (мысалы, кремний/ниобий) арқылы жоғары беріктікке ие болады, бірақ тұрақтылығы төмен болуы мүмкін. Бампердің сәукелесі немесе шатырдың рельстері сияқты өтудің бірден-бір басымдығы болып табылатын бөлшектерде қолданылады.
• Пластикалық маркалар (PHS1000 / PHS1200): Прессті суылдырылған болаттар (PQS) деп те аталады, бұл PQS450 немесе PQS550 сияқты маркалар қатайтқаннан кейін ұзартуды (10–15%) сақтау үшін құрастырылған. Олар соққы энергиясын беру орнына жұту үшін B бағанасының "жұмсақ аймақтарында" жиі қолданылады.

Химиялық құрамы сутегілі бруховка секілді мәселелерді болдырмау мақсатында қатаң бақыланады, әсіресе жоғары беріктік класында. Пайдалы пісіру қабілетін сақтау үшін көміртегі мөлшері әдетте 0,30% аспауы тиіс.

Қаптамалар мен коррозияға төзімділік

Қапталмаған болатты 900°C дейін қыздырғанда тез тот басады және штамптау матрицаларына зақым келтіретін қатты түбіршік түзеді, сонымен қатар формалаудан кейін абразивті тазарту (аша тазарту) қажет етеді. Мұндай жағдайдан аулақ болу үшін, қазіргі кездегі көптеген PHS қолданбалары алдын-ала қапталған парақтарды пайдаланады.

Алюминий-Кремний (AlSi): Бұл тура ыстық шығарудың негізгі қаптамасы болып табылады. Ол қыздыру кезінде тот басуды болдырмауға және коррозиядан қорғауға мүмкіндік береді. AlSi қабаты қыздыру кезеңінде болат темірімен қоспа түзеді және матрицаның сырғанау үйкелісіне төзімді бет бетін қалыптастырады. Цинктен айырмашылығы, ол гальваникалық (өзін-өзі емдейтін) қорғаныс ұсынбайды.

Цинк (Zn) қаптамалары: Цинк негізіндегі қаптамалар (цинкпен капталған немесе гальваникалық қапталған) таспалар сияқты ылғалды орталарда болатын бөлшектер үшін маңызды катодты коррозиядан қорғау қасиетін ұсынады. Дегенмен, қалыптау үшін қолданылатын стандартты ыстық тәж процесі Сұйық металлдің сынғыштығына (LME) әкелуі мүмкін, онда сұйық цинк болат кристалдық шекараларына еніп, микросыңқырлар тудырады. Цинкпен қапталған PHS-ті қауіпсіз басқару үшін арнайы «жанама» процестер немесе «алдын ала суыту» әдістері көбінесе қажет болады.

Негізгі инженерлік артықшылықтары

Қысымды қатайту болатының қасиеттерін қабылдау автомобильдерді жобалау кезіндегі нақты инженерлік мәселелерге байланысты болды. Бұл материал стандарттық HSLA немесе DP болаттары ұсына алмайтын шешімдерді береді.

• Аса жеңілдету: 1500 МПа және одан жоғары беріктікті пайдалана отырып, инженерлер қауіпсіздікті қамтамасыз етпейтін бөлшектердің қалыңдығын азайта алады (қалыңдығын төмендету). Стандартты болаттан 2,0 мм қалыңдықта болған бөлшек PHS-те 1,2 мм дейін азайтылуы мүмкін, бұл маңызды салмақты үнемдеуге әкеледі.
• Серпімділік нөл: Суық штамптауда жоғары беріктікке ие болаттар матрицаның ашылуынан кейін бастапқы пішініне «қайтадан қалпына келеді», бұл өлшемдік дәлдікті қамтамасыз етуді қиындатады. ПФБ ыстық және жұмсақ (аустенит) күйде пішінделіп, матрицада шектелген кезде қатаяды. Бұл геометрияны орнында «блоктайды», нәтижесінде қайтадан қалпына келу тәжірибеде нөлге жақын болады және өте жоғары өлшемдік дәлдік қамтамасыз етіледі.
• Күрделі геометриялар: Пішіндеу процесі болат балқымалы күйде (~900°C) жүретіндіктен, терең созылған және қысқа радиусты күрделі пішіндерді бір ғана шөйгеге жасауға болады — мұндай геометриялар суық өте жоғары беріктіктегі болатпен жасаған кезде жарылып кетер еді немесе сынған болар еді.

Типтік автомобильдік қолданулар

ПФБ — соқтығысу кезінде салонға енуін болдырмау арқылы жолаушыларды қорғау үшін арналған қатты конструкциясы бар заманауи көліктердің «қауіпсіздік торы» үшін таңдалатын материал.

Маңызды компоненттер

Стандартты қолданылуына мыналар жатады A-бағандар, B-бағандар, шатыр рельстері, тоннельдің беріктендіру элементтері, рокер панельдері және есікке тыйым салу арқалары жақында ғана өндірушілер электрлік көліктердің аккумуляторлық қораптарына батарея модульдерін жанама соққылардан қорғау үшін PHS интеграциялауды бастады.

Бастылық қасиеттер

Дамыған өндіріс «Тиесілі Шойту» технологиясын қолдануға мүмкіндік береді, онда жеке бөлшектің (мысалы, B-бағананың түбі) белгілі аймақтары жұмсақ және пластикті болып қалу үшін баяулауымен салқындатылады, ал жоғарғы бөлігі толық қатайтылады. Бұл комбинация бөлшектің соққыға төзімділігі мен энергияны жұтуын оптимизациялайды.

Бұл дамыған материалдарды енгізгісі келетін өндірушілер үшін арнайы жасаушы компаниялармен серіктестік орнату маңызды. Мысалы, Shaoyi Metal Technology автомобильдік өнеркәсіпке IATF 16949 стандарттары бойынша тез пішіндеуден массалық өндіруге дейінгі күрделі автомобиль бөлшектерінің дәл құрал-жабдықтарын басқару мен жоғары тоннажды талаптарды (600 тоннаға дейін) қанағаттандыра алатын толық циклды автомобильді штамптау бөлшектерін ұсынады.

Қорытынды

Қысымды бекіту қасиеттері металлургия мен өндірістік процестің маңызды синергиясын білдіреді. Ферриттен мартенситке фазалық түрленуді пайдалана отырып, инженерлер күрделі конструкциялар үшін жеткілікті дәрежеде пішінделетін, бірақ адамдарды қорғау үшін жеткілікті берік материал алады. Маркалар 2000 МПа және одан жоғары деңгейге дамыған сайын PHS автомобиль қауіпсіздігі мен жеңілдету стратегияларының негізгі тірегі болып қала береді.

Жиі қойылатын сұрақтар

ыстық штамповка мен қысымды бекітудің айырмашылығы неде?

Айырмашылық жоқ; терминдер бірдей пайдаланылады. «Қысымды бекіту» престе жүретін металлургиялық бекіту процесін білдірсе, «ыстық штамповка» — пішіндеу әдісін білдіреді. Екеуі де жоғары беріктікті мартенситті болат бөлшектерді өндіру үшін қолданылатын бірдей өндірістік тізбекті сипаттайды.

қысымды бекіту үшін неліктен бор қосылады?

Бор болаттың қатайғыштығын едәуір арттыру үшін шағын мөлшерде (0,002–0,005%) қосылады. Суыту кезінде феррит пен перлит сияқты жұмсақ микроконструкциялардың пайда болуын кешіктіреді, осылайша өнеркәсіптік штамптау матрицаларында қол жеткізілетін суыту жылдамдығында болса да, болат толық қатайған мартенситке айналатынын қамтамасыз етеді.

3. Қысыммен қатайтылған болатты дәнекерлеуге бола ма?

Иә, PHS-ті дәнекерлеуге болады, бірақ ол нақты параметрлерді талап етеді. Материалда әдетте 0,22% шамасында көміртегі бар, сондықтан ол кедергілік нүктелік дәнекерлеу (RSW) мен лазерлік дәнекерлеуге сәйкес келеді. Дегенмен, дәнекерлеу жылу әсер ету аймағын (HAZ) жеңіл босаңсытады, ал бұл конструкцияда ескерілуі тиіс. AlSi-покрытиелі болаттар үшін покрытиені дәнекерлеу кезінде балқымалы бассейінді ластанудан сақтау үшін лазерлік абляция арқылы алу немесе ұқыпты түрде басқару қажет.