KRATKO

У процес топлог пресовања борског челика (познат и као хладно обликовање) је термички поступак који ниско легирани борски челик — углавном 22MnB5 — претвара из феритно-перлитне микроструктуре (~600 MPa) у потпуно мартензитно стање (~1500 MPa). Ова трансформација се постиже загревањем заградњака на температуру аустенизације ( 900–950°C ) и након тога обликовањем и хлађењем у водом хлађеној матрици брзинама већим од 27°C/s . Поступак омогућава производњу сложених, лаких аутомобилских делова са ултра високом чврстоћом и без опружне деформације, као што су Б-стубови и кровни греди.

Физика топлог пресовања: директна и индиректна метода

Топло пресовање није јединствен процес; подели се на две различите методологије — Директна и Indirektno —дефинисано временом када се обликовање дешава у односу на топлотни циклус. Разумевање разлике је критично за инжењере процеса приликом бирања опреме за специфичне геометрије делова.

Директно вруће ваљкање

Директна метода је индустријски стандард за већину структурних компоненти због своје ефикасности. У овом низу, равни слем се прво загрева у пећи на отприлике 900–950°C да би се постигла хомогена аустенитна структура. Врући слем се затим брзо пребацује (обично у року од 3 секунде) у пресу, где се истовремено обликује и хлади у хлађеном алату. Ова метода је економична, али је ограничена формабилношћу материјала на високим температурама; екстремне дубине извлачења могу довести до истањивања или пуцања.

Индиректно вруће ваљкање

За делове са изузетно комплексним геометријама који превазилазе границе вруће формабилности челика користи се индиректна метода. Овде се слем хладно обликује на готови облик (90–95% завршено) пре загревања. Предформирани део се затим аустенитизује у специјализованој пећи и пребацује у пресу за финалну калибрацију и хлађење. Иако ово омогућава сложеније облике, значајно повећава време циклуса и капитална улагања због додатне фазе хладног класирања и потребе за система за руковање 3D облицима у пећи.

Металуршка трансформација: Претварање 22MnB5 у мартензит

Основна вредност горућег класирања лежи у микроструктурној фазној трансформацији 22MnB5 челика. У стању испоруке, овај бор-легирани челик има феритно-перлитну микроструктуру са чврстоћом при вучењу отприлике 350–550 MPa и чврстоћом на затегање од око 600 MPa. Процесно инжењерство се фокусира на манипулацију три кључне променљиве ради измене ове структуре.

1. Аустенитизација

Челик мора бити загрејан изнад своје горње критичне температуре (Ac3), обично око 850°C , иако процесни подешавања често варирају од 900°C до 950°C како би се осигурао потпун трансформација. Током времена задржавања (обично 4–10 минута, у зависности од дебљине и врсте пећи), угљеник улази у чврсту растврчину, стварајући аустенит. Ова површински центрирана коцкаста (FCC) структура је дуктилна, што омогућава комплексно обликовање са нижом тонажом у поређењу са хладним клетањем.

2. Улога бора и брзина хлађења

Бор се додаје легури (0,002–0,005%) управо како би се одложило стварање ферита и перлита током хлађења. Овај агенс за побољшање калјивости омогућава да се челик кали на подношљивом нивоу — типично >27°C/s (критична брзина хлађења) — како би се избегао врх криве беинита и директно трансформисао у martenzit . Ако брзина хлађења падне испод ове границе, стварају се мекше фазе као што је беинит, што угрожава коначну чврстоћу.

3. Решење Al-Si преклопног слоја

На температурама изнад 700°C, челик без заштите брзо оксидује, стварајући тврд оксидни слој који оштећује матрице и захтева накнадно пескарење. Како би се ово спречило, индустријски стандардни материјали као што су Usibor 1500P користе претходно нанесено алуминијум-силумски (Al-Si) прекривање. Током загревања, ово прекривање се легира са основним материјалом и формира Fe-Al-Si дифузиони слој, који спречава стварање оксидног слоја и декарбонизацију. Ова иновација елиминише потребу за заштитним атмосферама у пећима и накнадним чишћењем, чиме се поједностављује производна линија.

Производна линија: кључна опрема и параметри

Увођење линије за вруће утискивање захтева специјализовану машину способну да управља екстремним термичким градијентима и великим силама. Улагање у капитал је значајно и често захтева стратешке партнерства за прототиповање и додатну производњу.

• Технологија пећи: Peći sa valjcima su standard za direktno vruće kaljenje velikih serija. One moraju održavati jednolikost temperature unutar ±5°C kako bi se osigurale konstantne mehaničke osobine. Za indirektne procese ili manje količine, mogu se koristiti komorne peći. Ukupno vreme zadržavanja je funkcija debljine sirovog dela, što se obično računa kao t = (debljina × konstanta) + osnovno vreme , što često rezultira 4–6 minuta za uobičajene debljine.
• Hidraulični i servo prese: Za razliku od hladnog kaljenja, presa mora zadržati položaj na dnu hoda kako bi delovima pridržala ohlađene površine matrice. Хидраулични или servo-hidraulične presse su pogodnije jer mogu da ostvare i održe maksimalnu silu (često 800–1200 tona) tokom potrebnog vremena kaljenja (5–10 sekundi). Ukupno vreme ciklusa obično varira između 10 i 30 sekundi.
• Alati i kanali za hlađenje: Калуп је измењивач топлоте. Мора да садржи сложене унутрашње канале за хлађење (често бушене или направљене 3D штампом) како би се циркулисала вода високим протоком. Циљ је брзо одвођење топлоте, одржавајући температуру површине алата испод 200°C ради ефикасног калибрусања.
• Ласерско резање: Пошто готови део има чврстоћу на затег ~1500 MPa, традиционални механички калупи за резање троше се практично одмах. Стога, лaserско резање (најчешће 5-осни фибер ласери) је стандардни метод за исецање отвора и коначних контура након обликовања.

За произвођаче који прелазе са прототипа на масовну производњу, комплексност овог низа опреме може бити препрека. Коришћење Kompletne rešenja za žicanje kompanije Shaoyi Metal Technology може надоместити овај недостатак. Њихове могућности, које обухватају прецизан рад под пресом до 600 тона и придржавање стандарда IATF 16949, обезбеђују неопходну инжењерску инфраструктуру за потврду параметара процеса и проширење производње без одмах значајних капиталних улагања.

Napredne primene: Prilagođena svojstva i meke zone

Savremeni dizajn sigurnosti vozila često zahteva da jedan komponent ima dvostruka svojstva: visoku otpornost na prodor (tvrdo) i visoku apsorpciju energije (meko). Vruće kaljenje omogućava ovo kroz Прилагођена својства .

Tehnologija mekih zona

Kontrolom brzine hlađenja u određenim oblastima matrice, inženjeri mogu sprečiti martenzitnu transformaciju u lokalizovanim zonama. Na primer, B stub može imati potpuno martenzitni gornji deo (1500 MPa) kako bi zaštitio vozačevu glavu, dok donji deo treba da bude mekši i duktilniji (500–700 MPa) kako bi apsorbovao energiju prilikom bočnog udara. Ovo se postiže izolacijom određenih delova alata ili korišćenjem grejača koji održavaju temperaturu matrice iznad početne temperature martenzita (Ms), što omogućava formiranje bajnita ili ferita umesto toga.

Prilagođeni zavarivani polufabrikati (TWBs)

Други приступ подразумева ласерско заваривање два различита челична степена или дебљина пре процеса топлог ваљкања. Сировак може комбиновати лим од борског челика са лимом од дуктилног HSLA челика. Током топлог ваљкања, страна од борског челика се затврђује, док страна од HSLA челика задржава дуктилност, стварајући део са израженим зонама перформанси без комплексних система за загревање матрица.

Стратегијска анализа: Предности, мане и трошкови

Одлука о увођењу топлог ваљкања подразумева комплексну компромисну анализу између перформанси и трошкова. Следећа анализа истиче кључне факторе одлучивања за аутомобилске инжењере.