Tevékenység: Tanulmányozza a 4. táblázatot! Gyűjtse ki és tanulja meg a nagyszilárdságú mélyhúzott finom acélok típusait és jelölésüket!

Átírás

1 A karosszéria merevségét a karosszéria forma, a lemez vastagsága és a strukturális részek rugalmassági modulusza határozza meg. A nagyszilárdságú lemezek alkalmazásakor a lemezvastagsággal elért súly csökkentés, negatív hatásaként a karosszéria elemek felületein helyi (lokális) horpadás érzékenységet eredményezhetnek. Mindezeket együtt kell figyelembe venni a különböző nagyszilárdságú vékony lemezek fejlesztésénél éppen úgy, mint a karosszéria formatervezőjének és konstruktőrének. Tanulmányozza a 4. táblázatot! Gyűjtse ki és tanulja meg a nagyszilárdságú mélyhúzott finom acélok típusait és jelölésüket! A 4. táblázat foglalja össze az eddig szabványosított nagyszilárdságú finom acéllemez fajták. Anyag Werkstoff R p R m A 80 Nr. [N/mm 2 ] [N/mm 2 ] % r a Δr a r max β max St < >32 1, St < > ,6 2,2 2,25 Mikroötvözött acél ZSt E >24 1,1 0,1 1,3 2.1 ZSt E >18 1,1 0,1 1,3 2,0 ZSt E >16 1,1 0,1 1,3 2,0 IF < >38 2,0 0,4 2,5 2,3 P (foszforral) mikroötv. ZSt E 220 P >30 1,4 0,4 1,8 2,2 ZSt E 260 P >28 1,2 0,1 1,4 2,2 ZSt E 300 P >26 1,1 0,1 1,3 2,1 BH = Bake hardening +40 [N/mm 2 ] a lakkozás C/ on,20 perc beégetés ZSt E 180 BH >32 1,6 0, ,25 ZSt E 220 BH >30 1,4 0,4 2,0 2,2 ZSt E 260 BH >28 1,2 0,1 1,6 2,2 ZSt E 300 BH >26 1,1 0,1 1,4 2,1 DP (Kétfázisú- acél) DP >30 1,0 0,1 1,2 1,8 4. táblázat Növelt szilárdságú acélok Gyűjtse ki és tanulja meg a nagyszilárdságú mélyhúzott acélok típusait és előnyeit! Tanulmányozza a 8. ábrát! A nagyszilárdságú mélyhúzott acélokat feloszthatjuk; foszfor P tartalmú acélok, szilicium és mangán tartalmú acélokra kiválásosan keményített BH acélokra és két fázisú DP acélokra A szakadási nyúlás (A 80 ) értékeinek összhasonlítása rávilágít a nemesített (öregített) vegyeskristályosan kiváló foszfor-tartalmú, ZSt E P (SEW094) szerinti acélok előnyeire, a ZSt E (SEW093) gyorshűtéssel nemesített, mikroötvözöttekkel szemben; - nő a képlékeny alakváltozási képessége,

2 - miközben az alakváltozással szembeni szilárdság növekedése nagyobb ( r max ) - ezáltal ütközéskor energia elnyelő képessége jóval intenzívebb, növelve a kocsi aktív biztonságát. Az IF vákumban széntelenített (dekarbinizált) mikroötvözött lemezben a titán és niób hatása ad az alakítás szempontjából még kedvezőbb tulajdonságot. A nagy különbség a P foszfor tartalmú és BH-effektust ( sütve keményedő ) hatású acélok között van. Ezt mutatja a 8. ábra. 8. ábra Bake-hardening hatás. Gyűjtse ki és tanulja a BH jelölés és effektus jelentését, hatásait! A BH acéloknál az alkatrészek végső szilárdságát a kész alakított, lakkozott C on történő 20 perc szárítási hőmérsékleten éri el. (Erre utal ezen acélok BH megnevezése.) A 8 sz. ábrán egy sematikus feszültség- nyúlás diagram látható, melyen - az 1-es számmal jelölt diagram a hidegen hengerelt dresszirozott, határozott folyáshatár nélküli szállítási állapotú lemez szakító diagramját mutatja - a 2-es számmal ehhez viszonyítva a mikroötvözött és hőkezelés következtében a BH 0 folyáshatár értékkel növekedett lemez szakító diagramja van jelölve. - a WH a szilárdság növekedést érzékelteti adott képlékeny alakváltozás hatására - végül a Bake-hardening sütve keményedő- hatás miatt +BH 2 keményedés szuperponálódik (rakódik rá +40 [N/mm 2 ]) az előzetesen alakított lemez alakítási szilárdság növekményére. A felkeményedés mértékét az ötvözet összetételének és a gyártás feltételeinek kiválasztása határozza meg. Így a BH-effektussal lehetővé válik, hogy alacsonyabb R p folyáshatárral és ezáltal a sajtoláskor jobb képlékeny alakíthatósággal dolgozzanak, miközben a pótlólagos keményedés a lakkozáskor csak a kész karosszéria elemen valósul meg. A Bake-hardening hatást fémtanilag öregedési folyamatként értelmezzük. Mint ahogy a 8. ábra egyes köreiben vázlatosan jelezve van, a hagyományos hidegen hengerelt - 1-es számmal jelölt- lemezben kevés 0,1% alatti - szén atom van a vaskristályrácsban oldott állapotban, amely rácshibaként az acél deformációjának ellenállását

3 adja. Sajtolás során, az atom rácsok elcsúszásának száma tovább növekszik, és az atomrács mindkét jellemzője a diszlokációk és az oldott atomok feszültségmezőket eredményeznek. A kristályrács szerkezet azonban mindig a legkisebb energiájú állapot elérésére törekszik. Ezért vándorolnak a lakkozási hő bevitel hatására az oldott szénatomok az alakítás következményeként a vakanciák- és diszlokációk üres rácshelyeire, ahol ezek blokkolják a krisztallitok további alakváltozást. Ezt a folyamatot nevezzük alakváltozási öregedésnek. Ennek következménye a szilárdsági növekedés a további felkeményedés. A kész préselt alkatrészeknél így a hideg-keményedés (WH) addíciója és a Bake-hardening (BH 2 ) hatás következtében jelentősen növekszik az alakítási szilárdsága, javítja sajtolásnál a ráncosodásállóságot és a Crach - viselkedést. Gyűjtse ki és tanulja a DP jelölés jelentését, a DP lemezek mikroötvözőit! Tanulja meg a DP anyagok jellemző szövetszerkezetét! Különösen erőteljes keményedést lehet már az alkatrész sajtolásánál elérni a kettős fázisú DP mikroötvözött lemezeknél.( Mikroötvöző elemek; Al, Mo, Mn, P, Si, Ti, V, és Niób ) Ezeknek az acél lemezeknek a szövetszerkezetét ferrites alapmátrix jellemzi beágyazott martenzit-szigetekkel. A szilárdsági tulajdonságok főként a martenzit mennyiségétől függnek. Az alakváltozás következtében történő intenzív felkeményedése, erőteljesebb hatást gyakorol az anyag szakító szilárdságára mint a folyáshatárra. Ennek megfelelően a martenzit miatti fokozottabb keményedés ellenére a képlékeny alakítás szempontjából kedvezőbb, alacsonyabb folyási viszonyok érhetők el. A 8. ábrapéldaként a DP 500 -as duálfázisú acél martenzit tartalom hatását mutatja a szilárdsági tulajdonságaira. 9. ábra Martenzit tartalom hatása a kétfázisú acélok szilárdsági tulajdonságaira. Az oldott szénatom tartalma következtében a kétfázisú acéloknál is elérhető a Bakehardening.

4 Gyűjtse ki és tanulja a TRIP jelölés jelentését, jellemző szövetszerkezetét! Külön kiemelést érdemel az un TRIP (Transfomation Induced Plasticity) - acél, mely szövetszerkezetében Maradék rest-ausztenit van a ferrit és bainit mellett. Lásd 9. ábra. 10. ábra TRIP acél sematikus szövetszerkezeti képe. Míg a duálfázisú acélok esetében a martenzit képződés már a - speciális Conti-hőkezelő kemencében a lehűtésnél lezajlik, addig a TRIP- acél esetében a Conti-hőkezelőben a szövetszerkezetben beállított mennyiségű ausztenit marad, amely átalakulása martenzitté csak a sajtolásnál-, a lemez szobahőmérsékletén végzett képlékeny alakításánál történik meg. Ezért nagyon jó alakíthatósági tulajdonságot eredményez. Tanulja meg a Conti-kemencés technológia jellemzőit! A hagyományos harangkemencés hőkezelő kemencékhez képest a Conti kemencében történő új hőkezelési technológia, elsősorban az igen intenzív hűtési sebesség (> C/s) vízben történő gyorshűtésével éri el, hogy a szövetben restausztenit maradjon. Tanulmányozza a 11. ábrát! Hasonlítsa össze a különféle anyagok szilárdsági és alakíthatósági tulajdonságait! A felhasznált új karosszéria lemezanyagok minőségét foglalja össze a 11. ábra.

5 11. ábra Lemezek szilárdsági és alakíthatósági tulajdonságai Forrás. AHSS Guidlies V23 Tanulmányozza a 12. és 13. ábrát! Keresse ki, hogy a különféle lemezanyagok hova kerülnek beépítésre! Indokolja a beépítést! Az American Iron and Steel Institute bemutatása alapján agy mai személygépkocsi acél karosszéria építéséhez felhasznált lemezminőségek; 74% DP, 10% BH, 4%Mart., 4% IF. 12. ábra Amerikai személygépkocsi karosszéria építéséhez használt lemezminőségek Forrás: autofildguide.com Egy másik példa az új Opel Astránál megvalósult új karosszéria megoldást mutatja a 13. sz. ábrán, mely korszerű tiszta acél alváz kialakítására egy megoldás.

6 13. ábra Az új Astra súlyát az előző Aszta H karosszériához viszonyítva 10%-al csökkentették, melyet új PHS ( 4%), (sajtolással keményedő) növelt szilárdságú acél ábrán lila színnel jelölt - karosszéria elemekhez használtak fel. A DP dualfázisú ábrán kék színnel jelölt - lemezek arányát 8%-ról 17%-ra növelték és a BH ábrán fehér színnel jelölt - lemezek arányát 41%- ról 43%-ra. Így a felhasznált St karosszéria lemezek aránya 49%-ról 39%-ra csökkent, a felhasznált 2% alumínium lemez arányt továbbra is megtartva. A 10%-os súly csökkenés ellenére a karosszéria erősebb lett, a Astra H karosszériához viszonyítva a torzió +7%-al, a hajlás +16%-al nőtt. (A karosszéria frontjának szerkezeti kialakításánál figyelembe vették a GM más típusaihoz való felhasználás alkalmassá tételét; így felhasználható a Chevrolet Cruze, Cadillac BLS és Saab 9-3 típusok motortartó szerkezeti alvázaként is, ezzel növelve a gyártókapacitás hatékonyabb kihasználását!) Tanulja meg a nagyszilárdságú karosszérialemezek javítástechnológiájának a nehézségeit! Fontos megjegyezni, hogy ezen nagyszilárdságú lemezekből készült karosszériák esetén fennáll annak veszélye, hogy nagyobb hő bevitel esetén lángvágás-, hegesztés - elveszítik a festést követően kialakult szilárdságukat. Ezért a karosszéria javításánál szigorúan be kell tartani a gyártónak a karosszéria-javítási technológia utasításában előírtakat, lehetőleg főcserés megoldást alkalmazva! Gyűjtse ki és tanulja meg a rozsdamentes acélok jellemző tulajdonságait, alkalmazási területeit! 2.4. Rozsdamentes acélok Nemes acéloknak is szokták nevezni, mivel ezen lemezeket korábban elsősorban az élelmiszer ipar, a gyógyászat és az atomipar használt. A járműiparban elsődlegesen a azokba az országokba ahol nagyon szigorú a kipufogó gáz előírás, ott a kipufogó köpeny lemezanyagaként, valamint az üzemanyag tank tartályánál, mivel a nemesacél diffúziómentesen zár. Néhány nemesacél szilárdsági és képlékegységi adatát foglalja össze az 5. sz táblázat. Anyag Werkstoff R p R m A 80 Nr. [N/mm 2 ] [N/mm 2 ] % r a Δr a r max β max Ferrites Kromacél

7 X6Cr > >18 1,0-0, X6CrMo > >18 1,4 0,3 2,0 2,21 X6CrNb > >18 1,45-0,22 1,6 2,14 X6CrTi > >17 1,5-0,36 1,8 2,14 Ausztenites CrNi acél X5CrNi > >35 1,0 0, X5CrNi > >35 1,1 0,4-2,06 X12CrNi > >35 1,0 0,3-2,5 5. sz. táblázat Nemesacélok Ma már a prémium autó karosszéria gyártásban is egyre szélesebb területen alkalmazzák; a korrózió állóság, magas szilárdság és jó alakíthatóság miatt. Gyűjtse ki és tanulja meg az alumínium ötvözetek jellemző tulajdonságait (előnyeit, hátrányait), jelölésüket! 2.5. Alumínium anyagok Az alumínium magas szilárdsági ötvözetei elérik-, sok esetben felülmúlhatják még az acél szilárdsági értékeit is. Hátránya a viszonylag csekély szakadási nyúlás ( A 80 ), másrészt az acélnál magasabb ár. A 6- os számú táblázat foglalja össze az alumínium anyagok választékát. Anyag R p [N/mm 2 ] R m [N/mm 2 ] A 80 % Megjegyzés AlMg Si 1 (k) AlMg Si 1 (w) Nemesíthető AlZnMg 3 (w) Nemesíthető AlCu4Mg2 (k) AlMn (w) AlMn (H) Nem nemesíthető AlMg 1 (W) AlMg 1 (H) (W) = lágyított, (H) = kemény, (k) = hidegen keményített, (w) = lágyítottan keményített 6-os sz. táblázat. Aluminium ötvözetek tulajdonságai Forrás DIN 1725 Az alumínium lemezek lehetnek melegen és hidegen hengereltek. Az autógyártásban főleg a hidegen hengerelt lemezeket használják 0,35 5 mm-es vastagságban. Rudakat, profilokat alu ötvözetből az acélokkal ellentétben nem hengerelik, hanem extrudálják. Tanulja meg az alumínium karosszériaelemek hatását a járművek súlycsökkentésében!

8 Az alumínium elméletileg 1/3-a az acél fajsúlyának. A gyakorlatban azonban, az alumínium karosszéria elemek súlycsökkenése csak mintegy 40%, mert az alkalmazott lemez vastagabb mint acél alkalmazása esetén volna. Tanulja meg az alumínium karosszéria konstrukciók jellemző típusait! A Karosszéria konstrukciókban különböző felfogásokat lehet megkülönböztetni; A karosszéria alumínium lemezből épül fel, az acél karosszériához hasonlóan A Space-Frame technológiánál a teherhordó keretet elválasztják a burkolattól. A keret extrudált profilból áll, amely össze van kötve a csomópontokban preciziósan öntött elemekkel melyet burkolnak alumínium lemezekkel. Lásd. 14. ábra. Tanulmányozza a 14. ábrát! Keresse ki az alumínium és az acél alkalmazási területeit! Gyűjtse ki és tanulja meg a könnyűszerkezetű karosszériák új kötési eljárásait! A 14. ábra az AUDI TT, R8 sportkocsi alumínium és könnyűfém karosszériáját mutatja. 14. ábra A felhasznált alumínium elő-gyártmány arányát jól mutatja a kördiagram. A könnyűszerkezetes karosszéria építés a jövő járműprojektjeinek központi kompetenciája. Az ilyen új könnyűfém szerkezetű karosszériák összeállításánál külön érdemes kitérni az elemek kötésének új technológiai megoldásaira mint pl.; ragasztás, lemezek képlékeny alakítással történő egyesítése, peremezés stb. (Az egy-egy karosszériához felhasznált ragasztott kötés hossza elérheti a 100 m-t is.) Gyűjtse ki és tanulja meg az alumínium előnyeit és hátrányait a karosszéria gyártásánál! Az alumínium előnye a karosszéria gyártásnál; az alumínium fajsúlya körülbelül 1/3 a az acélnak különösen nagy az energia felvevő képessége és ezért különösen kedvező a kocsi ütköző zónájában való felhasználása. az alumínium a levegő oxigénjével vékony oxid réteget képez, ami ujra és újra megújul és véd az anyag további korróziójától. az alumínium ötvözet recycling könnyen újrafelhasználható- és feldolgozható az alumínium és ötvözetei jól alakíthatók.

9 Az alumínium hátránya: az alumínium fém ára lényegesen magasabb mint az acélé. nem lehet pont ellenállás hegesztéssel kötni. elektrokémiai korrózió tönkreteheti az anyagot, ez elleni védelem szükséges, ami a karosszéria javítástechnológiáját is megdrágítja ezért különleges ragasztásos eljárást kellett kidolgozni a javított új elemek kötésénél. Az alumínium karosszéria anyag jelentősége a magas szilárdsága-, könnyűsége-, korrózió ellenállása-, és jó alakíthatósága miatt az utóbbi években jelentősen megnőtt. Gyűjtse ki és tanulja meg az 5xxx és 6xxx alumínium ötvözetek összetételét, jellemzőit! Tanulmányozza a 15. ábrát! Hasonlítsa össze az 5xxx és 6xxx alumínium ötvözetek és a különféle acélötvözetek jellemző tulajdonságait! Az alumínium ötvözeteket az előállítási eljárásuktól függően két fő csoportba lehet osztani: Képlékenyen alakítható ötvözetek és öntött ötvözetek. E két fő csoporton belül különbséget teszünk a hőkezeléssel keményített és a természetesen kemény ötvözetek között. A lemezötvözeteknél a karosszériákhoz felhasznált lemezek mindenek előtt az 5xxx (Al-Mg ) bázis alapú nem kikeményített és a 6xxx (Al-Mg-Si) kikeményített ötvözeteket alkalmazzák. Lásd. 15. ábra Az 5xxx és 6xxx alumínium ötvözetek szilárdsági és alakíthatósági jellemzői az acél lemezekkel összehasonlítva. Az 5xxx ötvözet csoport természetes keménysége az alakítás során annak mértékében keményedik tovább, amit azonban tovább nem lehet hőkezeléssel emelni. Az ötvözetek a 6xxx csoportnál másként viselkednek, mivel ezek megfelelően hőkezelve érik el szilárdságukat. További előnye a 6xxx ötvözeteknek, hogy alakítás során nincs hajlamuk a lüders vonalak kialakulására. Európában a AA6016 vagy AA618-as ötvözeteket alkalmazzák leggyakrabban. Gyűjtse ki és tanulja meg a magnézium jellemző tulajdonságait! 2.6. Magnézium anyagok

10 A magnézium fajsúlya még kisebb p = 1,8 g/cm 3, így az alumínium lemezként még további 30 % -ot lehet súlycsökkenésként elérni. A föld mintegy 2.7- a tengerek 0,13% ebből a könnyűfémből áll, ami ennek az anyagnak s rendelkezésre állását több száz évre biztosítaná. Tulajdonságát illetően kiemelendő intenzív felkeményedő (n) képessége, merevsége az acélhoz hasonlítva. Lásd 16. ábra. Tanulmányozza a 16. ábrát! Tanulja meg a magnézium alakíthatósági jellemzőit és ezek okait! Keresse ki a Mg jellemző adatait, hasonlítsa össze a Mg és az acélötvözetek jellemző tulajdonságait! 16. ábra A magnézium anyag szilárdsági és alakíthatósági jellemzői A magnéziumot hideg állapotban - hexagonális rácsszerkezete miatt - nagyon nehéz alakítani, jelentős törés /pikkelyesedési/ hajlamot mutat. Lásd. 17. ábra 17. ábra Emiatt a magnézium lemezek alakítása ºC on célszerű. Ezért főleg meleg sajtolással-, alakítással munkálják meg. A magnézium öntvény ötvözeteket pedig vákuumos nyomásos öntéssel állítják elő. Ez csekély falvastagságú öntvény előállítását teszi lehetővé. Gyűjtse ki és tanulja meg a nyomásos öntéssel magnéziumból előállított alkatrészeket! Alkalmazása a prémium kocsiknál főleg nyomásos öntéssel előállított sebesség váltó ház, pl. ajtóba belső merevítő tartó-, karosszéria belső részekként pl. műszer fal tartó stb. A magnézium korrózió hajlama nagy, ennek megfelelő kezelés drágasága miatt szélesebb alkalmazása csak prémium kategóriában korlátozottan várható.

11 A magnézium AZ 31 típusú lemezanyaggal Drezdában bemutatásra került egy tanulmány ajtó, amely komplett technológia fejlesztési projektként a gyártás minden lépését végig elemezte az alakítástól a szerelésen át a festésig kitérve az anyag újrahasznosíthatóságáig. A magnézium felhasználás új irányát mutatja a fajlagos súlycsökkentés további lehetőségeként a magnézium AZ 31 típusú lemezanyag komplett ajtó előállítására a 18. ábra. 18. ábra. Magnézium AZ 31 típusú lemezanyag komplett ajtó