KONFERENCIAPROGRAM
- - Berecz Tibor - - Tis Zsoldos Ibolya KONFERENCIA- - oatk@oatk.hu Diamond Congress Kft. diamond@diamond-congress.hu 2
2. TEREM KEDD IV Tranta Ferenc 11:00 Tisza M. M. L. 11:20 Kuzsella L. Koncsik Zs. 11:40 Kaptay Gy. Mekler Cs. Baumli P. - Stomp D. -. -. -. - Nagy O. - J.L. -. -. 12:00. 12:20 Dynamic experiments and 2D and 3D Characterization of Metals Kobayashi, S. Inaba, K. Saito, K. Okada, A. Uehara, K. Endo, T. 12:40 -. 13:00 16
Tartalom A fizikai szimuláció szerepe nagyszilárdságú acél és alumíniumötvözet hegeszthetőségének megítélésében ME Lukács János egyetemi tanár Kuzsella László egyetemi docens Koncsik Zsuzsanna tanársegéd Meilinger Ákos tanársegéd Gáspár Marcell PhD hallgató Miskolci Egyetem, Gépészmérnöki és Informatikai Kar Mechanikai Technológiai Tanszék Balatonkenese, 2013. október 13 15. 1 A fizikai szimuláció A Gleeble 3500 termo-mechanikus fizikai szimulátor Hegesztési melegrepedések A hegesztési melegrepedések keletkezésének alakváltozási elmélete A melegrepedés-érzékenység számszerűsítésének fizikai szimuláción alapuló lehetőségei NST (Nil-Strength Temperature) vizsgálatok és eredményeik HTT (Hot Tensile Test) vizsgálatok és eredményeik A hegesztési paraméterek hőhatásövezetre gyakorolt hatásának vizsgálata HAZ vizsgálatok és eredményeik Összefoglalás, következtetések Köszönetnyilvánítás 2 A fizikai szimuláció számítógépes szimuláció fizikai szimuláció: a tényleges és a lehetséges ipari esetünkben anyagtechnológiai folyamatok megvalósítása, a valósággal egyező idő léptékben és a valóságot relevánsan megközelítő geometriai (térfogati) léptékben 3 A Gleeble 3500 termo-mechanikus fizikai szimulátor: anyagvizsgálatok és folyamat szimulációk Anyagvizsgálat meleg szakítóvizsgálatok meleg nyomóvizsgálatok feszültség alakváltozás görbék meghatározása zérus szilárdsághoz tartozó hőmérséklet (NST) meghatározása alakváltozó képesség vizsgálata szívósság vizsgálata dilatometria kúszásvizsgálatok fárasztóvizsgálatok termikus fárasztás termo-mechanikus fárasztás 4 Folyamat szimuláció folyamatos öntés kovácsolás sajtolás meleghengerlés ömlesztő hegesztés: hőciklus, hőhatásövezet (HAZ) ellenálláshegesztés diffúziós egyesítés, diffúziós kötések hőkezelés: különféle hőciklusok megvalósítása porkohászat: szinterelés A Gleeble 3500 termo-mechanikus fizikai szimulátor A hegesztési melegrepedések keletkezésének alakváltozási elmélete Jellemzők (maximális értékek) hevítési sebesség: 10000 C/s hűtési sebesség: 10000 C/s elmozdulás: 100 mm elmozdulási sebesség: 2000 mm/s statikus erő (húzás): 100 kn statikus erő (nyomás): 100 kn próbatest átmérő: 20 mm HTT CCT FST P th = a melegrepedések elkerüléséhez szükséges alakváltozó képesség BTR = Brittleness Temperature Range a képlékenység nem éri el a szükséges (küszöb) alakváltozó képességet (P < P th ) melegrepedések keletkezhetnek ha a varratfém alakváltozása nagyobb, mint az alakváltozó képesség, akkor melegrepedések keletkeznek (ε 1 > P) ha a varratfém alakváltozása kisebb, mint az alakváltozó képesség, akkor nem keletkeznek melegrepedések (ε 2 < P) 5 6 1
Alakváltozások a melegrepedések keletkezésének alakváltozási elméletében ε 2 > P melegrepedések keletkeznek ε 1 = P határeset ε 1 < P nem keletkeznek melegrepedések ε s = a hegesztési hőciklus okozta alakváltozás ε k = a zsugorodás okozta alakváltozás ε z = tartalék alakváltozás A melegrepedés-érzékenység számszerűsítésének fizikai szimuláción alapuló lehetőségei melegszakító vizsgálat NST vizsgálat 7 8 A melegrepedés-érzékenység számszerűsítésének fizikai szimuláción alapuló lehetőségei Az NST (Nil-Strength Temperature) vizsgálatok eredményei: S960QL alapanyag NST: zérus szilárdsághoz tartozó hőmérséklet (Nil-Strength Temperature) NST vizsgálat NDT: zérus alakváltozó képességhez tartozó hőmérséklet (Nil-Ductility Temperature) HTT vizsgálat, hevítéses: Z = 0% DRT: az alakváltozó képesség helyreállásának hőmérséklete (Ductility Recovery Temperature) HTT vizsgálat, hevítéses-visszahűtéses: Z = 5% BTR: minimális alakváltozó képesség / ridegség hőmérséklet tartománya (Brittleness Temperature Range) számítás NDR: zérus alakváltozó képesség tartománya (Nil-Ductility Range) számítás DRR: az alakváltozó képesség helyreállásának aránya (Ductility Recovery Rate) számítás RDR: az alakváltozó képesség helyreállásának aránya (Ratio of Ductility Recovery) számítás CF: repedési tényező (Crack Factor) számítás C F 9 NST DRT 100% NDT NST Próbatest NST, C S960QL_01 1434 0,5 C/s S960QL_02 1358 S960QL_03 1412 S960QL_04 1410 S960QL_05 1442 20 C/s S960QL_06 1397 S960QL_07 1434 S960QL_08 1347 S960QL_09 1424 S960QL_10 1421 S960QL_11 1408 Átlag 1408,0 Szórás 30,46 Szórási együttható 2,16% 10 Az NST (Nil-Strength Temperature) vizsgálatok körülményei és eredményei: 6082-T6 alapanyag Az NST (Nil-Strength Temperature) vizsgálatok eredményei Hőmérséklet, C 700 600 500 400 300 200 Beállított hőm. Mért hőm. 1 C/s 21 C/s NST 100 0 0 25 50 75 100 125 Próbatest NST, C 6-BM-NST-01 612 6-BM-NST-02 627 6-BM-NST-03 623 6-BM-NST-04 621 6-BM-NST-05 605 6-BM-NST-07 608 6-BM-NST-08 612 6-BM-NST-10 623 Anyagminőség Próbatestek száma, darab Átlag, C Szórás, C Szórási együttható, % S690QL 9 1421,5 19,15 1,35 S960QL 11 1408,0 30,46 2,16 AlMg3 (5754) 10 602,6 1,81 0,30 6082-T6 10 616,6 7,15 1,16 Idő, s 6-BM-NST-11 616 Cement kötőanyag Termoelemek 6-BM-NST-12 617 Átlag 616,6 Szórás 7,15 Szórási együttható 1,16% 11 12 2
A HTT (Hot Tensile Test) vizsgálatok eredményei: S960QL alapanyag Hevítés-visszahűtés (on cooling) 500 C/s 2 s 40 C/s 13 Hőmérséklet, C Kontrakció, % 800 93,05 1000 99,82 1100 99,52 1200 99,99 1300 99,99 1340 99,91 1360 99,97 1380 100,00 1380/1360 99,95 1380/1300 99,94 1380/1200 99,93 1380/1100 99,85 1380/1000 96,43 1380/800 92,73 1380/500 83,98 HTT (Hot Tensile Test) vizsgálatok eredményei: S960QL alapanyag Fajlagos keresztmetszet-csökkenés, Z, % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 HTT hevítéses HTT hevítéses-visszahűtéses NST NST = 1408 C NDT = 1390 C DRT = 1370 C C F = 2,73% C F < 4%, nincs érzékenység 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Hőmérséklet, T, C 14 A hegesztési paraméterek hőhatásövezetre gyakorolt hatásának vizsgálata (HAZ) A hegesztési paraméterek hőhatásövezetre gyakorolt hatásának vizsgálata (HAZ) Hegesztési körülmények hegesztő eljárás: VFI (82% Ar + 18% CO 2 ) alapanyag: S960QL (SSAB: WELDOX 960) hozaganyag: UNION X 96 t 8,5/5 = 5 15 s (6 10 s) lemezvastagság: 12 mm Fizikai szimuláció modell: Rykalin 3D próbatest: 10 x 10 x 70 mm durvaszemcsés övezet (1100 1400 ºC) 1350 ºC normalizált (finomszemcsés) övezet (A 3 1100 ºC) 950 ºC részleges átkristályosodási (interkritikus) zóna (A 1 A 3 ) 800 ºC t 8,5/5 = 5 s és 15 s vonalenergia: 1015 J/mm és 3046 J/mm Durvaszemcsés övezet T max = 1350 C HAZ vizsgálat 15 16 A HAZ vizsgálatok eredményei: keménységmérések A HAZ vizsgálatok eredményei: ütővizsgálatok Hőhatásövezeti zóna T max, C Átlagkeménység, HV10 t 8,5/5 = 5 s t 8,5/5 = 15 s szemcsedurvulási 1350 417 385 normalizált 950 418 363 részleges átkristályosodási 800 348 351 Ütőmunka -40 C hőmérsékleten, KV, J 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 t8,5/5 = 5 s t8,5/5 = 15 s 1350 950 800 Maximális hőmérséklet, T max, C 17 18 3
Összefoglalás, következtetések 1. Összefoglalás, következtetések 2. A Gleeble 3500 termo-mechanikus szimulátorral az NST hőmérsékletek nagy megbízhatósággal határozhatók meg. Az elvégzett NST vizsgálatok alapján a vizsgált anyagminőségek NST hőmérsékletei az alábbiak: S690QL jelű acél: 1421 C; S9060QL jelű acél: 1408 C; AlMg3 (5754) jelű alumíniumötvözet: 603 C; 6082-T6 jelű alumíniumötvözet: 607 C. Az elvégzett NST és HTT vizsgálatok alapján megállapítható, hogy az S960QL acél melegrepedés-érzékenységi hajlamot nem mutat. A Gleeble 3500 termo-mechanikus szimulátorral az S960QL jelű acél hőhatásövezetének kritikus zónái megbízhatóan előállíthatók. Az S960QL jelű acél VFI eljárással történő hegesztésének technológiája a hőhatásövezet fizikai szimulációira alapozva megtervezhető, a kötés megfelelő minősége garantálható. A szimulált hőhatásövezet szemcsedurvulási és normalizált zónáiban a két szélső t 8,5/5 hülési időhöz tartozó keménységek szignifikánsan eltérnek, a részleges átkristályosodási zóna ugyanezen keménységei azonosnak tekinthetők. A keménység értékek átlagai biztonsággal az előírt határérték alatt maradtak. A szimulált hőhatásövezeti zónák ütővizsgálatának eredményei megfelelnek követelményeknek. 19 20 Köszönetnyilvánítás A Gleeble 3500 típusú termo-mechanikus fizikai szimulátor beszerzésére a TIOP-1.3.1-07/1-2F-2008-0005 nyilvántartási számú projekt keretében került sor. Az előadásban ismertetett kutató munka a TÁMOP- 4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 projekt eredményeire alapozva, a TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0029 jelű projekt részeként az Új Széchenyi Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. A fizikai szimuláció szerepe nagyszilárdságú acél és alumíniumötvözet hegeszthetőségének megítélésében ME Lukács János egyetemi tanár janos.lukacs@uni-miskolc.hu Kuzsella László egyetemi docens Koncsik Zsuzsanna tanársegéd Meilinger Ákos tanársegéd Gáspár Marcell PhD hallgató Miskolci Egyetem, Gépészmérnöki és Informatikai Kar Mechanikai Technológiai Tanszék Köszönöm a megtisztelő figyelmet! 21 22 4