Ultralujien terästen särmäys

Transkriptio

1 Ultralujien terästen särmäys Työväline- ja muoviteollisuuden neuvottelupäivät , Vierumäki, Suomi Anna-Maija Arola, tohtorikoulutettava Oulun yliopisto, Materiaali- ja tuotantotekniikan tutkimusyksikkö

2 Creating sustainability by materials and systems Sustainable production and use of advanced steels Catalysts as enablers for environmental technologies Lignocellulose-based biomaterials for industrial renewal Sustainable use of primary and secondary geological resources Sustainable resource efficient economy Materials spectroscopy and imaging for sustainability

3 Sustainable production and use of advanced steels Modelling Hot rolling Cooling Cold rolling Heating Physical Metallurgy Alloying Forming Ultrahigh Strength Steels Melting Welding Novel Stainless Steels Welding Metallurgy and Failure Analysis Stiffness Strength Toughness Corrosion Wear

4 Särmäystutkimus Oulun yliopistossa - Käytettävyystutkimus - Särmäystestit - Teräskehitys - Uudet teräkset ja niiden särmättävyys - Mikrorakenteen vaikutus särmättävyyteen - Vaurion kehittyminen särmäyksen aikana - Teorian ja tulosten linkittäminen mallinnuksen avulla - Materiaalikokeet ja niiden tulosten käyttö särmättävyyden arvioinnissa - Materiaalimallien kehittäminen särmättävyyden arviointiin - FE-simuloinnit - työkaluvalintojen vaikutus muodonmuutokseen, särmäysvoimat, takaisinjousto, muodonmuutoksen paikallistuminen 4

5 - Käytettävyystutkimus - Särmättävyyden määritys kokeellisesti - SSAB:lle noin särmää vuodessa - Miniarvo sisäpuoliselle taivutussäteelle, jolla särmäys voidaan luotettavasti tehdä konepajaolosuhteissa kaikkiin suuntiin valssaussuuntaan nähden kullekin lujuus/paksuusyhdistelmälle - Särmättävyys testataan 90º kulmaan - Kriittinen säde haetaan erikseen valssaussuuntaan nähden pitkittäin ja poikittain ja tulos varmistetaan tekemällä vähintään 5kpl toistoja - Levyt särmätään z-muotoon jolloin levyn ala- ja yläpinta tulee testattua - Särmät arvioidaan silmämääräisesti ja koelevyn katsotaan kestäneen särmäyksen, jos siinä ei havaita säröjä tai muita virheitä - Takaisinjouston määritys minimitaivutussäteille 5

6 - Teräskehitys - SSAB:n kanssa kehitetty uusi soft skin - konsepti, jolla ultralujan teräksen särmättävyyttä ja iskusitkeyttä on parannettu lujuuden pysyessä samana - Hyvä särmättävyys (R/t min < 2.5 ja R 0,2 > 900MPa) sekä pitkittäin, että poikittain - Teräslevyn keskiosan mikrorakenne on kovaa ja lujaa bainiittia/martensiittia ja levyn pinta koostuu pehmeämmästä ja paremmin muovautuvasta ferriitistä/granulaarisesta bainiitista -> keskiosa tuo lujuuden, pinta särmättävyyden - Parempi teräs vaativimpiin kohteisiin 6

7 - Mallinnus The simulated strain distribution across the bend at different bending angles with different punch radii The evolution of the strain distribution on the outer surface of the bend at different bending angles R=2t R=3t 7

8 Ultralujat teräkset - Käyttökohteet nostovälineteollisuudessa (puomit) ja kuljetusvälineteollisuudessa (ajoneuvojen rungot, kontit) - Särmäys on yleisin muovaustapa - Särmäys haastavaa, mutta hyvä tulos ohjeita noudattaen Kuvat SSAB.com 8

9 Ultralujat teräkset Teräkset, joiden murtolujuus >780MPa Ultralujilla teräksillä korkea lujuus syö muodonmuutoskapasiteettia - Pieni tasavenymä - Pieni kokonaisvenymä - Kohtalainen muokkauslujittumiskyky - Suuret paikalliset venymät! Särmättävyys hyvä/kohtalainen riippuen mikrorakenteesta ja lujuudesta - Särmättävyys lujille teräksille hyvä jos R min < 3t Lähde autosteel.org Material Strenx 700 MC Strenx 960 MC Strenx 1100 MC Yield strength [Mpa] Tensile strength [Mpa] Elongation A5 [%] Min bending rad [mm] *t *t *t Lähde SSAB.com 9

10 Särmättävyyteen vaikuttavat tekijät - Särmättävyys ei aina rajoitu materiaalin murtumiseen - Painimen irtoaminen - Takaisinjousto - Mutterimaisuus - Kuroumajuovat - Murtuma 10

11 Särmättävyyteen vaikuttavat tekijät Materiaalitekijät - Lujuus, muodonmuutoskyky - Teräksen puhtaus - Epäpuhtauksien muoto ja sijoittuminen - Valssaussuunta - Mittatarkkuus, tasomaisuus - Sisäiset jännitykset - Pinnanlaatu Muut tekijät - Taivutustyökalut (säde/aukko) - Työkappaleen reunan valmistus (mekaanisesti leikattu, plasma, laser ) - Työkappaleen pinnanlaatu - Työskentelylämpötila 11

12 Särmättävyyteen vaikuttavat tekijät Materiaalitekijät - Lujemmalla teräksellä muodonmuutos paikallistuu nopeammin - Parempi muokkauslujittumiskyky parantaa materiaalin kykyä vastustaa paikallistumista S700 S960 S960 Lähde A-M Arola, Ultralujan teräksen särmättävyyden FEMmallinnus, DI-työ

13 Maksimivenymä eri särmäyssäteillä 13

14 Venymäjakauma särmän ulkopinnalla (t=8mm, W=100mm) 14

15 Vastimen aukon leveyden vaikutus W=25*t R=2*t 24.6 W=12*t R=2*t

16 Vastimen aukon leveyden vaikutus R=12mm W=75mm R=12mm W=45mm 16

17 Leikkausmenetelmän ja leikkausreunan laadun vaikutus - Leikkausreunoista tulisi poistaa purseet ennen särmäystä (termiset leikkausmenetelmät, mekaaninen leikkaus) 17

18 Yhteenveto Ultralujilla teräksillä lujuus syö muodonmuutoskykyä, mutta materiaali muovautuu paikallisesti hyvin Särmäys voi olla haastavaa, mutta ohjeita noudattamalla särmäystulos on onnistunut Oikeiden työkalujen valinta tärkeää Ohjeistusta varten tehdään paljon käytännön särmäystestejä - Testien määrää voidaan vähentää simuloinnin avulla - Teräskehityksen myötä ultralujan teräksen särmättävyyttä on pystytty parantamaan huonontamatta muita ominaisuuksia 18

19