Study of forming and thermomechanical treatment of multiphase high-strength steels using TRIP effect, low-alloyed steels and ultra-high-strength low-alloyed steels

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F49777513%3A23220%2F18%3A43954652" target="_blank" >RIV/49777513:23220/18:43954652 - isvavai.cz</a>

Result on the web

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Studie tváření a termomechanického zpracování vícefázových vysokopevných ocelí s využitím TRIP efektu, nízkolegovaných ocelí a ultra-vysokopevných nízkolegovaných ocelí

Original language description

U nových typů materiálů je důležitým požadavkem získání kombinace vysoké pevnosti a dobré tažnosti při zachování nízkých nákladů. Jedním z materiálů, který tento požadavek splňuje, jsou oceli TRIP. Vynikající vlastnosti této oceli jsou dány nejen vícefázovou strukturou skládající se z feritu, bainitu a zbytkového austenitu, ale také díky TRIP efektu (TRansformation Induced Plasticity). TRIP oceli jsou v současné době využívány v automobilovém průmyslu pouze pro výrobu součástí z plechu. Při objemovém tváření TRIP ocelí vznikají problémy, které se při tváření plechů nevyskytují, a proto nebyl potenciál těchto materiálů zatím použit pro jiné než plechové díly. Při tváření tvarově složitých dílů neprobíhá rovnoměrné ochlazování, a proto následné řízení vývoje struktury a výsledných mechanických vlastností je velmi složité. Pro technologie objemového tváření TRIP ocelí zatím neexistují žádné vhodné postupy. Práce byla zaměřena na vyvinutí inovativní technologie pro výrobu dutých polotovarů z nízkolegovaných TRIP ocelí. V prvním kroku probíhala optimalizace zpracování na termomechanickém simulátoru a poté proběhl transfer poznatků do nově navrženého technologického řetězce, skládajícího se z rotačního zpětného protlačování za polotepla, tepelného zpracování a redukčního válcování za studena. Cílem bylo dosažení optimálního rozložení a podílu fází ve struktuře tak, aby byly získány vynikající mechanické vlastnosti. Díky navrženému technologickému řetězci byly vyrobeny osazené duté polotovary s pevností přes 900 MPa a tažností A5mm přes 20 procent. Tato studie vychází ze současných moderních trendů pozorovatelných nejen na poli strojírenské výroby, ale v průmyslu obecně. Mezi tyto trendy spadá mimo jiné snaha o zefektivnění stávajících technologických a výrobních procesů, případně nalezení nových procesů, které by přispěly jak ke snížení materiálové tak i energetické náročnosti výroby. Dalším dlouhodobým trendem je snaha o automatizaci výroby, a tím snížení nároků na mzdové náklady a zvýšení kvality výroby. Jednou z technologií tváření, která vychází z těchto trendů, je technologie příčného redukčního válcování. Tato nekonvenční technologie využívá k tváření polotovaru inkrementálních deformací. Metoda příčného redukčního válcování byla realizována na nízkolegovaných ocelích, které úspěšně kombinují nízkou cenu a dostatečné mechanické vlastnosti. Literární rešerše se v úvodu zaměřila na problematiku klasifikace a rozdělení nízkolegovaných ocelí. Dále pokračovala popisem dějů probíhajících během procesu tváření. V další části se věnovala charakteristice technologií na bázi inkrementálních deformací a s nimi spojenými výhodami. Experimentální program směřoval do dvou hlavních os. První se zabývala problematikou tváření dutých tlustostěnných polotovarů o výchozí tloušťce stěny nad 10 mm a druhá tvářením dutých tenkostěnných polotovarů o výchozí tloušťce stěny 6 mm. U tlustostěnných polotovarů byla v experimentu využita celá škála teplot použitelná pro redukční válcování. Od tváření bez předehřevu přes tváření za polotepla při iniciačních teplotách 320 °C a 420 °C až po tváření za tepla od iniciačních 520 °C až do 720 °C. V případě tenkostěnných polotovarů byl experiment dále zaměřen na optimalizaci struktury výchozího polotovaru, a volbu vhodných technologických parametrů za účelem dosažení co nejvyšší kvality výsledného produktu a stavu povrchu. Zároveň byly stanoveny relace dob žíhání, vývoje mikrostruktury a mechanických vlastností reprezentovaných lokálně zjištěnou mikrotvrdostí. Zvyšující se požadavky na materiálové vlastnosti, snižování hmotnosti dílů a snižování výrobních nákladů jsou velkým impulzem pro vývoj nových nízkolegovaných ocelí s vysokou pevností, které jsou ekonomicky výhodné pro jejich nízký obsah legujících prvků. Moderní nízkolegované vysokopevné oceli zpracovány nekonvenčním tepelným zpracováním nebo termomechanickým zpracováním mohou dosáhnout podstatně lepších mechanických vlastností při porovnání s konvenčním zpracováním. Experimentální program této studie se zabýval termomechanickým zpracováním nově navržené nízkolegované vysokopevné ocele 42SiCr s obsahem okolo 0,4% uhlíku a 2% křemíku. Cílem tohoto experimentu bylo navrhovat a odzkoušet nekonvenční tepelně-mechanické zpracování, tak aby bylo dosaženo kombinace vysoké pevnosti při současném zachování relativně vysoké tažnosti. Za tímto účelem byl navržen a optimalizován nový druh tepelného zpracování, Q&amp;P proces (quenching and partitioning process). U tohoto zpracování je nutno zamezit vyloučení karbidů při martenzitické přeměně a současně stabilizovat dostatečné množství zbytkového austenitu. To je možné dosáhnout vhodnou legovací strategií materiálu a podmínkami tepelného zpracování. Nejprve byl experiment zaměřen na materiálově-technologické modelování vysokopevné nízkolegované oceli 42SiCr s pomocí termomechanického simulátoru, na kterém byla provedena optimalizace Q&amp;P procesu. Modelovým zpracováním byla získána mikrostruktura tvořená martenzitickou matricí, bainitem a jemně rozptýleným zbytkovým austenitem, která byla analyzována různými mikroskopickými technikami. Mez pevnosti dosahovala přes 2000 MPa s tažností přes 10%. V dalším kroku experimentu byly výsledky a poznatky z modelového zpracování přeneseny do reálného procesu nové technologie rotačního zpětného protlačování. Vliv parametrů technologických procesů na vývoj struktury byl analyzován pomocí metalografie a mechanické vlastnosti byly měřeny tahovou zkouškou a zkouškou tvrdosti. Podíl zbytkového austenitu byl stanoven rentgenovou difrakční analýzou.

Czech name

Studie tváření a termomechanického zpracování vícefázových vysokopevných ocelí s využitím TRIP efektu, nízkolegovaných ocelí a ultra-vysokopevných nízkolegovaných ocelí

Czech description

U nových typů materiálů je důležitým požadavkem získání kombinace vysoké pevnosti a dobré tažnosti při zachování nízkých nákladů. Jedním z materiálů, který tento požadavek splňuje, jsou oceli TRIP. Vynikající vlastnosti této oceli jsou dány nejen vícefázovou strukturou skládající se z feritu, bainitu a zbytkového austenitu, ale také díky TRIP efektu (TRansformation Induced Plasticity). TRIP oceli jsou v současné době využívány v automobilovém průmyslu pouze pro výrobu součástí z plechu. Při objemovém tváření TRIP ocelí vznikají problémy, které se při tváření plechů nevyskytují, a proto nebyl potenciál těchto materiálů zatím použit pro jiné než plechové díly. Při tváření tvarově složitých dílů neprobíhá rovnoměrné ochlazování, a proto následné řízení vývoje struktury a výsledných mechanických vlastností je velmi složité. Pro technologie objemového tváření TRIP ocelí zatím neexistují žádné vhodné postupy. Práce byla zaměřena na vyvinutí inovativní technologie pro výrobu dutých polotovarů z nízkolegovaných TRIP ocelí. V prvním kroku probíhala optimalizace zpracování na termomechanickém simulátoru a poté proběhl transfer poznatků do nově navrženého technologického řetězce, skládajícího se z rotačního zpětného protlačování za polotepla, tepelného zpracování a redukčního válcování za studena. Cílem bylo dosažení optimálního rozložení a podílu fází ve struktuře tak, aby byly získány vynikající mechanické vlastnosti. Díky navrženému technologickému řetězci byly vyrobeny osazené duté polotovary s pevností přes 900 MPa a tažností A5mm přes 20 procent. Tato studie vychází ze současných moderních trendů pozorovatelných nejen na poli strojírenské výroby, ale v průmyslu obecně. Mezi tyto trendy spadá mimo jiné snaha o zefektivnění stávajících technologických a výrobních procesů, případně nalezení nových procesů, které by přispěly jak ke snížení materiálové tak i energetické náročnosti výroby. Dalším dlouhodobým trendem je snaha o automatizaci výroby, a tím snížení nároků na mzdové náklady a zvýšení kvality výroby. Jednou z technologií tváření, která vychází z těchto trendů, je technologie příčného redukčního válcování. Tato nekonvenční technologie využívá k tváření polotovaru inkrementálních deformací. Metoda příčného redukčního válcování byla realizována na nízkolegovaných ocelích, které úspěšně kombinují nízkou cenu a dostatečné mechanické vlastnosti. Literární rešerše se v úvodu zaměřila na problematiku klasifikace a rozdělení nízkolegovaných ocelí. Dále pokračovala popisem dějů probíhajících během procesu tváření. V další části se věnovala charakteristice technologií na bázi inkrementálních deformací a s nimi spojenými výhodami. Experimentální program směřoval do dvou hlavních os. První se zabývala problematikou tváření dutých tlustostěnných polotovarů o výchozí tloušťce stěny nad 10 mm a druhá tvářením dutých tenkostěnných polotovarů o výchozí tloušťce stěny 6 mm. U tlustostěnných polotovarů byla v experimentu využita celá škála teplot použitelná pro redukční válcování. Od tváření bez předehřevu přes tváření za polotepla při iniciačních teplotách 320 °C a 420 °C až po tváření za tepla od iniciačních 520 °C až do 720 °C. V případě tenkostěnných polotovarů byl experiment dále zaměřen na optimalizaci struktury výchozího polotovaru, a volbu vhodných technologických parametrů za účelem dosažení co nejvyšší kvality výsledného produktu a stavu povrchu. Zároveň byly stanoveny relace dob žíhání, vývoje mikrostruktury a mechanických vlastností reprezentovaných lokálně zjištěnou mikrotvrdostí. Zvyšující se požadavky na materiálové vlastnosti, snižování hmotnosti dílů a snižování výrobních nákladů jsou velkým impulzem pro vývoj nových nízkolegovaných ocelí s vysokou pevností, které jsou ekonomicky výhodné pro jejich nízký obsah legujících prvků. Moderní nízkolegované vysokopevné oceli zpracovány nekonvenčním tepelným zpracováním nebo termomechanickým zpracováním mohou dosáhnout podstatně lepších mechanických vlastností při porovnání s konvenčním zpracováním. Experimentální program této studie se zabýval termomechanickým zpracováním nově navržené nízkolegované vysokopevné ocele 42SiCr s obsahem okolo 0,4% uhlíku a 2% křemíku. Cílem tohoto experimentu bylo navrhovat a odzkoušet nekonvenční tepelně-mechanické zpracování, tak aby bylo dosaženo kombinace vysoké pevnosti při současném zachování relativně vysoké tažnosti. Za tímto účelem byl navržen a optimalizován nový druh tepelného zpracování, Q&amp;P proces (quenching and partitioning process). U tohoto zpracování je nutno zamezit vyloučení karbidů při martenzitické přeměně a současně stabilizovat dostatečné množství zbytkového austenitu. To je možné dosáhnout vhodnou legovací strategií materiálu a podmínkami tepelného zpracování. Nejprve byl experiment zaměřen na materiálově-technologické modelování vysokopevné nízkolegované oceli 42SiCr s pomocí termomechanického simulátoru, na kterém byla provedena optimalizace Q&amp;P procesu. Modelovým zpracováním byla získána mikrostruktura tvořená martenzitickou matricí, bainitem a jemně rozptýleným zbytkovým austenitem, která byla analyzována různými mikroskopickými technikami. Mez pevnosti dosahovala přes 2000 MPa s tažností přes 10%. V dalším kroku experimentu byly výsledky a poznatky z modelového zpracování přeneseny do reálného procesu nové technologie rotačního zpětného protlačování. Vliv parametrů technologických procesů na vývoj struktury byl analyzován pomocí metalografie a mechanické vlastnosti byly měřeny tahovou zkouškou a zkouškou tvrdosti. Podíl zbytkového austenitu byl stanoven rentgenovou difrakční analýzou.

Type

V_souhrn - Summary research report

CEP classification

—

OECD FORD branch

20501 - Materials engineering

Project

—

Continuities

N - Vyzkumna aktivita podporovana z neverejnych zdroju

Publication year

2018

Confidentiality

C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.

Number of pages

1

Place of publication

—

Publisher/client name

ForSTEEL, s.r.o.

Version

—