TRUMPAI

Dvipusio fazių (DP) plienai yra pažangūs didelės stiprumo plienai (AHSS), kurių mikrostruktūrą sudaro kieti martensito telkinių salos, išsimėčiusios minkštame ferito matricoje. Šis unikalus derinys užtikrina žemą takumo prie stiprumo santykį (~0,6) ir aukštą pradinį deformacijos sustiprėjimo greitį (n-reikšmę), todėl jie puikiai tinka sudėtingiems automobilių štampavimui, kai reikalingi tiek formuojamumas, tiek atsparumas susidaužymui. Tačiau sėkmingam štampavimui būtina kontroliuoti didelį atsitraukimo (springback) ir kraštų įtrūkimų pavojų. Inžinieriams paprastai tenka padidinti stūmoklio tarpus iki 12–14 % ir naudoti standesnius įrankius su pažangiomis dangomis, tokiais kaip TiC ar CrN, kad galėtų išlaikyti padidėjusią apkrovą ir dilimą.

Mikrostruktūra ir mechaninės savybės

Dvigubo fazės plieno inžinerinė vertė slypi jo skirtingoje dviejų fazių mikrostruktūroje. Skirtingai nei aukštos stiprumo mažos lydinio (HSLA) rūšies plienai, kurie remiasi nuosėdų kietinimu, DP plienai savo savybes gauna iš kompozitinės struktūros: nuolatinės minkštos ferito matricos, kuri suteikia plastiškumą, ir paskirstytų kietų martensitinių salų, kurios suteikia stiprumą. Tempiant deformacijos koncentruojasi minkštesnėje ferito fazėje aplink martensitą, dėl ko pradinis standėjimo greitis (n-reikšmė) yra aukštas.

Ši mikrostruktūra sukuria mechaninio elgesio profilį, specialiai optimizuotą šaltam formavimui. Tuo tarpu kaip HSLA rūšys paprastai turi takumo stiprumo ir tempimo stiprumo (YS/TS) santykį apie 0,8, DP plienai išlaiko daug žemesnį santykį – apie 0,6. Šis žemesnis takumo taškas leidžia plastinei deformacijai prasidėti anksčiau, palengvinant sudėtingų formų formavimą dar nepasiekus medžiagos maksimalaus tempimo ribos. Gamintojas pastebi kad šis aukštas n-reikšmės rodiklis ypač ryškus esant žemesnėms deformacijos riboms (4–6 %), kas padeda tolygiai paskirstyti apkrovą per visą detalę ir išvengti vietinio plonėjimo pačioje pradžioje spaudimo eigai.

Paplitusios komercinės rūšys, tokios kaip DP590, DP780 ir DP980, apibrėžiamos jų mažiausiąja tempimo stipriu (MPa). Didėjant martensito tūriniam skysčiui, tempimo stipris didėja, tačiau natūraliai mažėja takumas. Inžinieriai turi subalansuoti šiuos veiksnius, dažnai parenkant žemesnį martensito kiekį giliai traukiamoms detalėms ir didesnį kiekį konstrukciniams bėgeliams, kur svarbiausias antrosios pusės susidūrimo našumas.

Kalnimo iššūkiai: atsitraukimas ir kraštų įtrūkimai

Būtent tas bruožas, dėl kurio DP plienas yra pageidautinas – didelis darbinio pavirtimo greitis – sukelia pagrindinę gamybos defektą: tamprųjį atsitraukimą. Kadangi medžiaga greitai kietėja deformuojantis, detalei išliekanti tamprusis atkuriamasis įtempis yra žymiai didesnis nei mažangrūdžiuose plienuose. Tai pasireiškia šoninių sienelių susiraitojimu ir kampų pokyčiais po to, kai detalė pašalinama iš formos, dėl ko tampa sudėtingesnė dimensinė tikslumo užtikrinimas surinkimo metu.

To mitigate springback, process engineers employ several die design strategies. Over-crowning the die surfaces allows the material to relax into the correct geometry. Additionally, designing wall beads or stiffeners can lock the geometry in place. A more advanced technique involves imparting high strain at the end of the press stroke to reduce residual compressive stresses, effectively "setting" the shape.

Briaunų įtrūkimai yra dar viena kritinė gedimo forma, ypač atliekant ištempto krašto formavimo operacijas. Minkšto ferito ir kieto martensito kietumo skirtumai sukuria įtempimų koncentraciją pjautose briaunose, dėl ko atsiranda mikroplyšiai, kurie gali susijungti į įtrūkimus. SSAB siūlo naudoti specialius „Dual Phase High Formability“ (DH) klasių plienus geometrijoms, reikalaujančioms gilią temptį arba ištemptas briaunas. Šios trečios kartos AHSS klasės naudoja TRIP efektu pagrįstą mikrostruktūrą (su išlaikytą austenitu), kad išlaikytų formuojamumą esant didesniems deformacijos lygmenims, taip užtikrindamos geresnę atsparumą briaunų įtrūkimams lyginant su standartinėmis DP klasėmis.

Įrankių ir formų projektavimo gairės

Dvigubo fazine struktūra pasižyminčio plieno štampavimui reikia esminio peržiūrėjimo standartinių įrankių parametrų, naudojamų minkštam arba HSLA plienui. Svarbiausias reguliavimas – tai stūmoklio tarpas. Standartinis tarpas apie 9 % metalo storio dažnai sukelia rimtus briaunų skilimus DP plienuose dėl medžiagos didelės šlyties stiprumo.

Duomenys iš Tata Steel parodo, kad padidinus iškirpimo tarpą iki 12–14%ženkliai pagerėja krašto kokybė. Vienoje atvejo analizėje padidinus tarpą nuo 9 % iki 12 % dalių skilimo dažnis sumažėjo nuo 22 % beveik iki nulio. Šis didesnis tarpas keičia įtempimų būvį pjovimo krašte, mažindamas mikroįtrūkimų plitimą į flanšą.

Įrankių dilimas taip pat pagreitėja. Dėl DP plieno formavimo reikalingos aukštos kontaktinės slėgio jėgos – dažnai viršijančios 600 tonų konstrukciniams komponentams – gali sukelti įspaudus ir greitą mirgalio susidėvėjimą. Įrankių plienus būtina dengti kietu, žemo trinties paviršiumi, tokiu kaip titano karbidas (TiC) ar chromo nitridas (CrN), kad būtų pailginti eksploataciniai intervalai. Be to, pats presas turi būti pakankamai standus, kad išvengtų deformacijos dėl šių aukštų apkrovų, kitaip būtų pažeistos detalių tolerancijos.

Gamintojams, susiduriantiems su šiais padidėjusiais įrangos reikalavimais, dažnai efektyviausias būdas yra bendradarbiauti su specializuota gamybos paslaugų teikėju. Shaoyi Metal Technology siūlo išsamią spaustukų gamybą kurie užtikrina pereinamąją grandį nuo prototipavimo prie masinės gamybos. Turėdami spaustuvų pajėgumus iki 600 tonų ir IATF 16949 sertifikatą, jie yra tinkamai apmūšę reikalaujamą tonų kiekį ir tikslumą, būtinus pažangiesiems aukštos stiprybės plienams, tokiems kaip DP ir DH markės, naudojamiems kritiniams komponentams, pvz., valdymo svirtims ir pagrindiniams rėmams.

Kietinimas kepant ir galutiniai rodikliai

Viena iš paslėptų Dvigubo Fazės plieno pranašumų yra jo „kietinimas kepant“ (BH) efektas. Šis reiškinys vyksta automobilių dažymo džiovinimo cikle, paprastai apie 170 °C temperatūroje per 20 minučių. Šiuo šiluminiu procesu laisvi anglies atomai plieno mikrostruktūroje difunduoja ir fiksuoja dislokacijas, atsiradusias formuojant.

Šis mechanizmas žymiai padidina takumo ribą – paprastai ji padidėja 50–100 MPa – nekeičiant detalės matmenų. Toks statinis stiprumo padidėjimas leidžia automobilių inžinieriams „mažinti skerspjūvį“ (naudoti plonesnį medžiagą), kad būtų sumažinta transporto priemonės masė, kartu užtikrinant, kad galutinė detalė atitiktų susidūrimo saugos reikalavimus. Išspaudimo ceche įvykstančio darbo kietinimo ir dažymo ceche vykstančio terminio kietinimo derinys suteikia galutinei daliai išskirtinę energijos sugeriamąją gebą, todėl dvifazio plienas tampa standartiniu pasirinkimu saugos narvo komponentams, tokiems kaip B stulpeliai, stogo rėmeliai ir skersiniai elementai.

Išvada: Optimizavimas gaminant AVMP

Dvigubo fazio plienas automobilių inžinerijoje atitinka svarbų pusiausvyrą, suteikiant reikiamą stiprumą, kad būtų užtikrinamas saugos standartų laikymasis, ir pakankamą plastiškumą, būtiną gamybos įgyvendinamumui. Nors šis medžiaga kelianti specifinių iššūkių – ypač susijusių su atsitraukimo valdymu ir įrankių nusidėvėjimu – juos galima efektyviai įveikti naudojant duomenimis paremtą formos projektavimą ir tinkamą preso parinkimą. Gerbiant unikalią ferito-martensito mikrostruktūros fiziką ir koreguojant tokius parametrus kaip stūmoklio tarpelį iki rekomenduojamo 12–14 % diapazono, gamintojai gali pilnai pasinaudoti šios universalios medžiagos svorio mažinimo ir našumo potencialu.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Kuo dvigubo fazio plienas skiriasi nuo HSLA plieno?

Kol didelės stiprybės mažos lydinių (HSLA) plienai remiasi mikrolydinio legiravimo elementais, kad būtų pasiektas iškietinimas nuosėdomis, dvifazio (DP) plienui būdinga dviejų fazių mikrostruktūra – feritas ir martensitas. Dėl to DP plienui būdingas žemesnis takumo-stiprumo santykis (~0,6 prieš 0,8 HSLA) ir didesnis pradinis grįžtamojo standumo greitis, leidžiantis geriau formuoti esant ekvivalenčiam tempimui.

2. Koks rekomenduojamas įspaudimo tarpas kalnuose DP plienui?

Standartinis įspaudimo tarpas, naudojamas minkštam plienui (apie 9 %), dažniausiai yra per siauras DP plienui ir gali sukelti kraštų plyšimą. Pramonės geriausi praktikos rekomenduoja padidinti įspaudimo tarpą iki 12–14%medžiagos storio, siekiant pagerinti krašto kokybę ir įrankių tarnavimo laiką.

3. Kas sukelia atsitraukimą dvifaziuose plienuose?

Atsitraukimas atsiranda dėl didelio medžiagos tamprumo po formavimo. DP plieno didelis kietinimo deformuojant greitis reiškia, kad jis kaupia didelę tampriąją energiją deformacijos metu. Kai ištrauka atsidaro, ši energija išsiskiria, dėl ko detalė atsitraukia arba susivertuoja. Tai reikia kompensuoti pernelyg didinant išlinkimą arba perkalu antformėje.

4. Ar galima suvirinti dvifazį plieną?

Taip, DP plienai paprastai turi gerą suvirinamumą, tačiau būtina atsižvelgti į konkretų anglies ekvivalentą. Nors žemesnės stiprumo rūšys (DP590) lengvai suvirinamos taškais, aukštesnės stiprumo rūšys (DP980 ir aukščiau) gali reikalauti suvirinimo parametrų koregavimo, pvz., padidinti elektrodų jėgą arba naudoti specifinius impulsų režimus, kad būtų išvengta trapaus lūžimo suvirinimo šilumos takos zonoje.