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

Kód výsledku v 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>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

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

Popis výsledku v původním jazyce

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.

Název v anglickém jazyce

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

Popis výsledku anglicky

For new types of materials, it is an important requirement to obtain a combination of high strength and good ductility while maintaining low cost. One of the materials that meets this requirement is TRIP steel. The excellent properties of this steel are given not only by a multiphase structure consisting of ferrite, bainite and retained austenite, but also by the TRIP effect (TRansformation Induced Plasticity). TRIP steels are currently used in the automotive industry only for the production of sheet metal parts. At bulk forming of TRIP steels, problems arise that do not occur when forming sheets, and therefore the potential of these materials has not yet been used except for sheet parts. When forming complex shape parts, cooling is not uniform, therefore the management of the structure development and resulting mechanical properties is very complex. Currently there are no suitable procedures for using TRIP steels for bulk forming. This work focuses on the development of innovative technology for the production of hollow semi-finished products from low-alloyed TRIP steels. In the first step, treatment on the thermo-mechanical simulator is optimised, and then the knowledge is transferred into the newly designed technological chain, consisting of warm rotary backward extrusion, heat treatment and cold reduction rolling. The aim was to achieve optimal distribution and portion of phases in the structure so as to obtain excellent mechanical properties. The designed technological chain produced stepped hollow semi-finished products with a strength of more than 900 MPa and a ductility A5mm of over 20 percent. This study is based on current trends observed not only in the field of engineering production but also in industry in general. These include, among other things, efforts to make existing technological and manufacturing processes more efficient, or to find new processes that will contribute to reducing the material and energy demands of production. Another long-term trend is the effort to automate production, thus reducing wage costs and increasing production quality. One of the forming technologies arising from these trends is the technology of transverse reduction rolling. This unconventional technology uses incremental deformations to form the blank. Transverse reduction rolling was carried out on low-alloy steels, which successfully combine low price and adequate mechanical properties. In the introduction, literary research focuses on the classification and categorization of low-alloy steels. It continues with a description of the processes taking place during the forming process. The next part is devoted to the characteristics of the technologies based on incremental deformations and the associated advantages. The experimental programme has two main directions. The first concerns the problem of forming hollow thick-walled blanks with a starting wall thickness of over 10 mm and the second investigates forming hollow thin-walled blanks with a starting wall thickness of 6 mm. For the thick-walled semi-finished products, the entire range of temperatures used in reduction rolling was used in the experiment. This means from forming without preheating through warm forming at initiation temperatures of 320 °C and 420 °C to hot forming from 520 °C to 720 °C. For the thin-walled blanks, the experiment was further focused on optimizing the structure of the starting blanks and choosing suitable technological parameters to achieve the highest quality of the final product, including surface quality. At the same time, relationships between annealing times, development of microstructure and mechanical properties represented by locally detected microhardness were established. Increasing demands on material properties, weight reduction of parts and reduction of production costs are driving the development of new low-alloyed high-strength steels, which are economically advantageous due to their low alloying content. Modern low-alloyed high-strength steels processed using unconventional heat treatments or thermomechanical treatments can achieve mechanical properties which are significantly better than those obtained by using conventional treatments. The experimental programme of this study deals with thermomechanical treatment of a newly designed low-alloyed high-strength steel 42SiCr with about 0.4% carbon and 2% silicon. The aim of this experiment was to design and test unconventional thermo-mechanical treatment in order to achieve a combination of high strength while maintaining a relatively high ductility. For this purpose, a new type of heat treatment, the Q &amp; P process (quenching and partitioning process) has been designed and optimized. In this treatment, it is necessary to avoid carbide exclusion in the martensitic transformation and at the same time to stabilize sufficient amount of retained austenite. This can be achieved by using a suitable alloying strategy for the material and the conditions of the heat treatment. First, the experiment focused on the material-technological modelling of high-strength low-alloyed steel 42SiCr using a thermo-mechanical simulator on which the Q &amp; P process was optimised. By model processing, a microstructure consisting of a martensitic matrix, bainite and finely dispersed retained austenite was obtained, which was analysed using various microscopic techniques. The strength limit was over 2000 MPa with a ductility of over 10%. In the next step of the experiment, the results and knowledge from the modelling process were transferred to the real process of the new rotary backward extrusion technology. The influence of process parameters on structure development was analysed using metallography and the mechanical properties were measured by tensile testing and hardness testing. The retained austenite fraction was determined by X-ray diffraction analysis.

Druh

V_souhrn - Souhrnná výzkumná zpráva

CEP obor

—

OECD FORD obor

20501 - Materials engineering

Projekt

—

Návaznosti

N - Vyzkumna aktivita podporovana z neverejnych zdroju

Rok uplatnění

2018

Kód důvěrnosti údajů

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.

Počet stran výsledku

1

Místo vydání

—

Název nakladatele resp. objednatele

ForSTEEL, s.r.o.

Verze

—