Strefowa obróbka cieplna taśm stalowych tłoczonych na gorąco

Modelowanie procesu strefowej obróbki cieplnej taśm tłoczonych na gorąco

Kompleksowe przygotowanie linii technologicznej dla elementów kształtowanych w procesie tłoczenia na gorąco w połączeniu ze strefową obróbką cieplną wymaga sporych nakładów finansowych. Aby uzyskać wymagane własności mechaniczne, proces musi być szczegółowo zaplanowany oraz kontrolowany. Odchyłki od ustalonych norm mogą spowodować znaczne różnice w wymaganych własnościach mechanicznych gotowego elementu.

Kluczowym aspektem procesu tłoczenia na gorąco jest precyzyjne sterowanie temperaturą. W przygotowaniu linii technologicznej pomocne może być modelowanie numeryczne, które pozwala na symulowanie rzeczywistych warunków występujących podczas procesu. Zastosowanie modelowania pozwala na modyfikację parametrów procesu przed ich implementacją w celu uzyskania jak najlepszych rezultatów. Pozwala to na zaoszczędzenie czasu i pieniędzy ze względu na brak konieczności wykonywania rzeczywistych elementów wchodzących w skład procesu w celu opracowywania i analizowania jego parametrów.

Mikrostruktura istotnie wpływa na własności mechaniczne, dlatego istotne jest poznanie kinetyki przemian fazowych w warunkach temperaturowych odpowiadającym tym, które występują w procesie strefowej obróbki cieplnej taśm stalowych tłoczonych na gorąco. Informacje odnośnie do kinetyki przemian fazowych można uzyskać w badaniach dylatometrycznych przeprowadzonych w warunkach ściskania, co pomaga oszacować przybliżone naprężenia występujące podczas procesu tłoczenia.

Badania te umożliwiają określenie wpływu odkształcenia i szybkości chłodzenia na temperaturę początku i końca przemian fazowych zachodzących w danym materiale. Informacja na temat tych temperatur jest istotna, ponieważ umożliwia ona zaprojektowanie chłodzenia strefowego w taki sposób, aby wytworzony element charakteryzował się strefami o odpowiednim składzie strukturalnym. To natomiast pozwala na produkcję elementów wchodzących w skład konstrukcji nośnej, których zachowanie podczas kolizji (w trakcie odkształcenia) nie będzie zagrażać bezpieczeństwu pasażerów. Wynikiem pomiaru są krzywe dylatometryczne przedstawiające kinetykę przemian fazowych dla danych warunków nagrzewania lub chłodzenia.

Następnie na podstawie otrzymanych dylatogramów tworzona jest krzywa CTPc lub CTPi (C – czas, T – temperatura, P – przemiana; indeks c oznacza chłodzenie ciągłe, indeks i – chłodzenie izotermiczne). W przypadku tłoczenia na gorąco bardziej adekwatne do warunków procesu jest wykreślenie krzywych CTPc. Rozwój mikrostruktury można określić także przy zastosowaniu symulatora obróbki cieplno-plastycznej. Symulacja fizyczna z wykorzystaniem tego urządzenia pozwala na zaprogramowanie warunków odkształcenia zbliżonych do tych, które występują podczas konwencjonalnego tłoczenia na gorąco [5, 6].

Istotnym zagadnieniem w procesie tłoczenia na gorąco oraz obróbki cieplnej jest przewodzenie ciepła pomiędzy narzędziem kształtującym i tłoczonym elementem. Intensywność przewodzenia ciepła charakteryzuje parametr λ – współczynnik przewodzenia ciepła. Wielkość ta charakteryzuje intensywność wymiany ciepła przez materiał. Niska wartość λ oznacza słabą przewodność cieplną i możliwość uzyskania stosunkowo dużego oporu cieplnego komponentu wykonanego z takiego materiału.

Współczynnik przewodzenia ciepła wyraża ilość przekazanego przez materiał ciepła, która jest proporcjonalna do pola przekroju poprzecznego elementu, różnicy temperatur pomiędzy nimi oraz czasu przepływu ciepła. Na wielkość współczynnika przewodzenia ciepła λ
wpływa stan powierzchni: chropowatość, grubość powłoki i taśmy stalowej. W przypadku zastosowania narzędzia o strefowo zróżnicowanej temperaturze współczynnik przewodzenia ciepła maleje wraz ze wzrostem temperatury narzędzia. W celu określenia wartości λ można wykorzystać symulacje komputerowe [5-7].

Piśmiennictwo

1. Klimpel A: Nowoczesne stale stosowane na elementy konstrukcji nadwozi samochodowych. „STAL Metale & Nowe Technologie”, 5-6/2014, s. 45-47.
2. Grajcar A.: Hartowanie tłoczonych na gorąco wysokowytrzymałych blach stalowych dla motoryzacji. „STAL Metale & Nowe Technologie”, 9-10/2015, s. 72-75.
3. Grajcar A.: Kształtowanie wysokowytrzymałych blach stalowych przy zastosowaniu technologii tailored blanks. „STAL Metale & Nowe Technologie”, 1-2/2015, s. 80-83.
4. Zijian W., Peixing L., Ya X., Yilin W., Yisheng Z.: Hot stamping of high strength steel with tailored properties by two methods. “Procedia Engineering”, vol. 81, 2014, pp. 1725- 1730.
5. Merklein M., Wieland M., Lechner M., Bruschi S., Ghiotti A.: Hot stamping of boron steel sheets with tailored properties: A review. “Journal of Materials Processing Technology”, vol. 228, 2016, pp. 11-24.
6. Tang B.T., Bruschi S., Ghiotti A., Bariani P.F.: Numerical modelling of the tailored tempering process applied to 22MnB5 sheets. “Finite Elements in Analysis and Design”, vol. 81, 2014, pp. 69-81.
7. Stadnicki J., Wróbel I.: Ocena wpływu parametrów modelu materiałowego na jakość projektowanych wytłoczek. „Mechanik”, 7/2016, s. 820-821.

Galeria