ÓBUDAI EGYETEM Bánki Dnát Gépész és Biztnságtechnikai Mérnöki Kar Anyagtudmányi- és Gyártástechnlógiai Intézet Mélyhúzás lemezanyagai és minősítési módszereik Oktatási segédlet. Összeállíttta: dr. Hrváth László főisklai dcens 2009.
TARTALOMJEGYZÉK 1. Bevezetés... Oldal 2. Technlógiai vizsgálatk... 5 2.1. Erichsen - féle mélyítő próa... 5 2.2. Csészehúzó vizsgálat... 6. Lemezanyag minősítése a szakítóvizsgálattal meghatárztt alakváltzási mérőszámk felhasználásával... 8.1. Nrmális irányú aniztrópia... 10.2. A nrmális irányú aniztrópia és a mélyhúzhatóság kapcslata... 11.. Átlags nrmál irányú aniztrópia (r ), vagy Lankfrd szám... 12.4. Síkeli aniztrópia (r)... 1 4. Nrmálirányú aniztrópia meghatárzása a szakítódiagram tö pntának felhasználásával 15 5. Lemezanyag keményedési kitevőének meghatárzása... 20 6. Lillet diagram... 2-2-
1. Bevezetés Mélyhúzás közen a ráncgátló alatti perem feszültség- és alakváltzás állaptáól következik, hgy a lemez igényevétele és alakváltzása elentős mértékű. A mélyhúzással gyárttt alkatrész felhasználási területe meghatárzza a lemezanyag tuladnságait. Az anyagminőség kiválasztásánál az előieken kívül figyeleme kell venni a mélyhúzási technlógia által támaszttt alakíthatósági, gazdaságssági követelményeket is. Az alakíthatóságt az anyag: kémiai tuladnságai, mechanikai tuladnságai és az alkalmaztt technlógia együttesen határzza meg. Mélyhúzással: acélól, szinesfémekől, könnyűfémekől gyárttt finmlemezt, szalagt, illetve az ezekől kivágtt terítéket dlgzzák fel. A lemezek mélyhúzhatóságáról: a kémiai összetétel, a felületminőség, a mechanikai tuladnságk csak közvetett útn táékztatnak. A hidegalakításra alkalmas lemeztermékeket és azk tuladnságait a termékszaványk ismertetik, amelyek összefglalva a szaványgyűteményeken találhatók (Könnyűfémek: 22. kötet, Szinesfémek: 44. kötet). A szaványk rögzítik a lemez- és szalag-félgyártmányk összetételét, méretválasztékát, technlógiai saátsságait (feldlgzhatóságát) és a gyártási hiák megengedett fatáit és mennyiségét. A lemeztechnlógiákhz gyakran használt ötvözetlen lágy - vagy szerkezeti acélól melegen, illetve hidegen hengerelt finmlemez anyagminőségeit és általáns műszaki előírásait az MSZEN 1010-2007 szavány rögzíti. A lágyacél finmlemezek vegyi összetételét az 1.1 tálázat, mechanikai tuladnságkat az 1.2 tálázat tartalmazza. A lemezek mélyhúzással, nyútvahúzással végzett feldlgzhatóságának közvetlen megitélésére egyrészt a technlógiai vizsgálatk: Erichsen - féle mélyítő próa (MSZ 5704) Csészehúzó vizsgálat (MSZ 571) másrészt a szakítóvizsgálat mérési eredményeiől meghatárztt mérőszámk alkalmasak. --
1.1 tálázat Acélminőség Vegyi összetétel % (maximum) ele száma C P S Mn Ti DC01 1.00 0,12 0,045 0,045 0,6 DC0 1.047 0,1 0,05 0,05 0,45 DC04 1.048 0,08 0,0 0,0 0,4 DC05 1.012 0,06 0,025 0,025 0,5 DC06 1.087 0,02 0,02 0,02 0,25 0, 1.2 tálázat Acélminőség Száll. Re Rm A80 A50 Ar. rövid HV r0 r90 n90 ele száma állapt MPa MPa % % % min max min min min DC01 1.00 A --- 270-90 28 0 2 --- 105 --- --- --- LC max.280 270-410 28 0 2 --- 115 --- --- --- C290 200-80 290-40 18 20 24 95 125 --- --- --- C40 min.250 40-490 --- --- --- 105 155 --- --- --- C90 min.10 90-540 --- --- --- 117 172 --- --- --- C440 min.60 440-590 --- --- --- 15 185 --- --- --- C490 min.420 490-640 --- --- --- 155 200 --- --- --- C590 min.520 590-740 --- --- --- 185 225 --- --- --- C690 min.60 min.690 --- --- --- 215 --- --- --- --- DC0 1.047 A --- 270-90 4 6 7 --- 100 1,1 1, --- LC max.240 270-410 4 6 7 --- 110 --- --- --- C290 210-55 290-40 22 24 26 95 117 --- --- --- C40 min.250 40-490 --- --- --- 105 10 --- --- --- C90 min.10 90-540 --- --- --- 117 155 --- --- --- C440 min.60 440-590 --- --- --- 15 172 --- --- --- C490 min.420 490-640 --- --- --- 155 185 --- --- --- C590 min.520 590-740 --- --- --- 185 --- --- --- --- DC04 1.048 A --- 270-50 8 40 40 --- 95 1, 1,6 1,8 LC max.210 270-50 8 40 40 --- 105 --- --- --- C290 220-25 290-90 24 26 28 95 117 --- --- --- C40 min.240 40-440 --- --- --- 105 10 --- --- --- C90 min.50 90-490 --- --- --- 117 155 --- --- --- C440 min.400 440-540 --- --- --- 15 172 --- --- --- C490 min.460 490-590 --- --- --- 155 185 --- --- --- C590 min.560 590-690 --- --- --- 185 215 --- --- --- DC05 1.012 LC max.180 270-0 40 42 42 --- 100 1,6 1,9 0,2 DC06 1.087 LC max.180 270-50 8 40 40 --- --- --- 1,8 0,22 Szállítási állapt ele: A lágyíttt, LC dresszírztt, Cxxx hidegen utánhengerelt, ahl "xxx" a megnövekedett szakítószilárdság alsó határértéke MPa-an. Minimális szakadási nyúlás: A80 L = 80mm, = 20mm A50 L = 50mm, = 12,5mm Aránysan rövid: L 5, 65 S, ahl: S a próatest keresztmetszete HV Vickers keménység, -4-
r0 a hengerlési iránnyal 0-t ezáró irányól kivett szakító próatesten mért nrmálirányú aniztrópia, r90 a hengerlési iránnyal 90-t ezáró irányól kivett szakító próatesten mért nrmálirányú aniztrópia, n90 a hengerlési iránnyal 90-t ezáró irányól kivett szakító próatesten mért keményedési kitevő A lemezek felületi minősége tekintetéen meghatárzó a lemezgyártásnál alkalmaztt hengerlési elárás és az utókezelés móda. E szerint megkülönöztetünk melegen hengerelt (szaványs ele: F mivel feketék az így előállíttt lemezek), melegen hengerelt és páclt (P) és hidegen hengerelt váltzatkat. A felületi minőség szempntáól hárm kategóriáa srlhatók a lemezek. A leg minőségű az "MA" elű, amelyet fényes, fémesen tiszta felület ellemez. Kise hiák és enyhe karck megengedettek. Az "MB" elűnél, -as kategóriákan kise érdesség, pórussság, karc, futtatási elszineződés is előfrdulhat. A 4-es minőségi sztályan reveréteg is lehet a lemez mindkét ldalán. 2. Technlógiai vizsgálatk 2.1 Erichsen - féle mélyítő próa A vizsgálattal a lemez szakadásig elviselt nyúlása (nyúthatósága) állapítható meg kéttengelyű húzóigényevétel mellett. A vizsgálat elvi vázlata az 2.1 árán látható. A próatest mérete: 70x70 [mm]. A próatest vastagsága: s = 0,2...2,0 [mm]. A élyeg seessége: 5-10 [mm/min]. A próatestet a ráncgátló elcsúszásmentesen szríta a matricáhz. A élyeg és a lemez között kenést alkalmazva, az első repedés megelenéséig kell a élyeggel a mélyítést végezni. Az Erichsen - féle mélyítési szám (IE) az elsô repedés megelenéséig mérhető élyegelmzdulás mm-en. 2.1. ára. -5-
Néhány lágyacél lemez minimálisan megkövetelt IE értékeit tartalmazza az 2.1. tálázat. 2.1 tálázat Az acélminőség Névleges lemezvastagság S M K és Ö s [mm] IE [mm], legalá 0,5 8,8 9,5 9,8 0,8 9,4 10,1 10,4 1,0 9,8 10,5 10,8 1,5 10,5 11,2 11,5 2,0 11,1 11,8 12,1 Különöző anyagminőségek táékztató Erichsen számait a lemezvastagság függvényéen szemlélteti a 2.2 ára. Az Erichsen vizsgálat előnyei: az alakváltztt rész felületének minősége ellemző a lemez anyagának szemcsenagyságára (durva szemcsézet esetén a felület narancshéra emlékeztet). a repedés alaka, illetve a repedés környezetéen kialakuló kntrakciós vnal ellemző a lemez aniztróp tuladnságaira. A vizsgálat hátrányai: a vizsgálat végrehatás és a kiértékelés szuektív hiái miatt csak nagy szórással ellemzi a lemezanyagt. a vizsgálatnál kialakuló feszültség- és alakváltzás állapt eltér a mélyhúzásétól, ezért a mérőszám elsősran a nyúthatóságt ellemzi, a mélyhúzhatóságt csak közvetetten. 2.2 Csészehúzó vizsgálat 2.2. ára. A csészehúzó vizsgálat a mélyhúzási flyamatt mdellezi, tuladnképpen kisérleti húzásnak tekinthető. A csészehúzó vizsgálat elvéen eltér az Erichsen-féle mélyítővizsgálattól. A Erichsen - vizsgálat és a csészehúzó vizsgálat mérési eredményei között nincs kapcslat, ezért nem helyettesítik egymást. A tapasztalati megfigyelés szerint az a lemezanyag amelynek az IE mérõszáma nagy kedvezően, tehát kise "m" húzási visznnyal húzható. Eől adódik, hgy az IE -6-
értékek közvetetten ellemzik a mélyhúzhatóságt, vagyis a mérőszám alapán a lemezanyagk mélyhúzhatóság szerinti rangsrlása elvégezhető. A vizsgálat elve: a vizsgálandó lemezől a mintavételi szavány előírásainak megfelelő helyről kivágtt, fkzatsan növekvő D átmérőű tárcsákat, adtt lekerekítés, azns átmérőű húzóélyeggel csészévé húznak. A még szakadás nélkül csészévé húzható tárcsaátmérőt tekintik a mélyhúzhatóság ellemzőének és IG - vel elölik. A kihúztt csészén meghatárzható a vizsgált anyag fülesedési halama is. A vizsgálat elvi vázlatát a 2. ára szemlélteti. A húzóélyeg átmérőe: d = [mm]. A szerszámkészlethez hárm dara húzóélyeg tartzik egységesen [mm]-es átmérővel, de különöző (R L = 5 [mm], R A = 12 [mm], R G = 16,5 [mm]) lekerekítési sugárral. 2.. ára. A vizsgálható lemez 0,5...,0 mm vastagságú lehet. A szerszámhz húzógyűrű srzat tartzik a vizsgálandó lemezvastagságknak megfelelően. Tehát a lemezvastagság tartmány minden egyes szaványs lemezvastagságáhz tartzik egy húzógyűrű, amellyel ptimális húzórés mellett végezhető el a húzás. A vizsgálat srán D = 58 [mm] terítékátmérőtől indulva 2 [mm]-es lépcsőzéssel D = 74 mm-ig növekvő terítékeket mélyhúznak, kisérletileg meghatárztt ptimális ráncgátlónymást és megfelelő kenést alkalmazva. A vizsgálat eredménye: a még kársdás nélkül kihúzható csésze terítékátmérőe, amelyet IG L, IG A, IG G -el elölünk a élyeg lekerekítési sugarától függően. A növekvő tárcsaátmérőt húzva azns átmérőű húzóélyeggel, a húzási visznyszám értéke egyre kise lesz. Természetesen egy lemez mélyhúzhatósága annál nak tekinthető azns húzási körülmények között minél kise húzási visznnyal húzható ki. A D = 58 [mm]-es teríték húzásakr a húzási viszny (az egyszerűség érdekéen itt a húzási visznyt nem a csésze meridiánmetszetéhez tartzó középátmérővel, hanem a élyegátmérővel határzzuk meg): -7-
m 0, 57 1 58 a D = 60 [mm]-es teríték húzásakr: m 0, 55 2 60 a D = 62 [mm]-es teríték húzásakr: végül a D = 74 [mm]-es teríték húzásakr: m 0, 52 62 m 0, 45 n 74 Az m (i) csökkenő értékeihez egyre mélyhúzhatóság tartzik. A csészehúzó vizsgálat a lemezanyag mélyhúzhatóságát azzal a D terítékátmérővel (és R lekerekítési sugárral) ellemzi amelyik még kársdás nélkül csészévé húzható. A lemez mélyhúzhatósága annál kedvező minél nagy terítékátmérő (max: D = 74 mm) húzható ki minél kise lekerekítési sugarú (R min = R L = 5 mm) élyeggel. Például az IG A = 68 azt elenti, hgy a 12 mm lekerekítési sugarú húzóélyeggel a D = 68 mm átmérőű tárcsa még sérülés nélkül kihúzható, a D = 70 mm átmérőű visznt már nem. Az IG L = 68 mélyhúzhatósági számmal rendelkező lemez mélyhúzhatósága, mert a D = 68 mm átmérőű tárcsa R L = 5 mm lekerekítési sugarú élyeggel is hia nélkül kihúzható. -8-
. Lemezanyagk minősítése a szakítóvizsgálattal meghatárztt alakváltzási mérőszámk felhasználásával A lemez alkalmassága a mélyhúzással vagy nyútóhúzással való feldlgzásra pntsan ellemezhető, ami ennél is fntsa, hgy számszerűsíthető a nrmális irányú aniztrópia (r) mérőszámával. Meghatárzása a lemezől kivett szakító próatest (.1 ára.) kiinduló méreteivel, illetve az egyenletes nyúlástartmány valamely pntáig képlékenyen alakváltztt próatest méreteivel történik..1. ára. Lemezek és szalagk szakítóvizsgálatáhz a próatest kiinduló alakát a.2/a, az egyenletes nyúlástartmányan a kiinduló L eltávlság L növekményét a.2/, a L megnyúláshz tartzó próatest méreteket a.2/c ára szemlélteti. Az egyenletes nyúlástartmányáan a próatest eltávlságn elüli méreteire érvényesek a következő relációk: s < s, <, L > L A.2 ára elölései: L - a kezdeti eltávlság, L c - a vizsgálati hssz, - a kezdeti szélessége, s - a kezdeti lemezvastagság, A - a kiinduló keresztmetszet (A = s ), L - a próatest eltávlsága a L megnyúlásnál (L = L + L), - a L megnyúláshz tartzó próatest szélesség, s - a L megnyúláshz tartzó lemezvastagság, A - a L megnyúláshz tartzó próatest keresztmetszet (A = s) -9-
.2. ára. A vizsgálathz felhasználható szakítópróatest avaslt méreteit a.1 tálázat tartalmazza. A próatest szélessége A próatest szélességi tűrése [mm] A próatest kezdeti eltávlsága L.1. tálázat. A vizsgálati szakasz hssza L c A lemez vastagság tűrése a [mm] nrmál szigríttt [mm] [mm] [mm] 12,5 1 0,09 500,5 755 0,04 20 1 0,1 800,8 12010 0,05-10-
.1 Nrmális irányú aniztrópia A nrmális irányú aniztrópia: a L megnyúlást szenvedett szakító próatest szélességi és vastagsági irányáan létreött valódi nyúlásk hányadsa: ln r s s ln s ahl: - a próatest szélességi irányáan létreövő valódi nyúlás a L megnyúlásnál, s - a próatest vastagsági irányáan létreövő valódi nyúlás a L megnyúlásnál, A szakítóvizsgálat srán az "s" lemezvastagság helyett méréstechnikai kkól célszerű a próatest "" szélességét mérni és az "s" értékét a eltávlságn elüli térfgatrészre felírt térfgatállandóságól meghatárzni: amelyől: s L s L s s L L Az utói összefüggést felhasználva a nrmális irányú aniztrópia tehát: r ln L ln L alakan is kifeezhető. A gyakrlatan a szakítóvizsgálat srán a k. 20% maradó megnyúlásnál (L 1,2L ) a szakítási flyamatt megállítuk, az "L" és "" értékeket megmérük és ezekkel határzzuk meg a fenti összefüggéssel az "r" nrmális irányú aniztrópiát..2 A nrmális irányú aniztrópia és a mélyhúzhatóság kapcslata A lemez ó mélyhúzhatóságáhz az szükséges, hgy vastagság irányan ("s" irány) kevésé, szélesség irányan ("" irány) könnyen váltztassa méretét a szakító próatest az egyenletes nyúlás tartmányan. Az állítás a mélyhúzás közen alakváltzó, félig kihúztt csésze ellegzetes helyein (ráncgátló alatti perem és a már kihúztt csészefal) alakváltzási állaptával igazlható (.. ára). -11-
.. ára. A peremen kielölt térfgatelem alakváltzását szemlélteti az./a ára, amely szerint radiális irányan elentős mértékű nyúlás, kerület irányan rövidülés ön létre, ugyanakkr a lemezvastagság irányan alig van méretváltzás. A kihúztt csészepalástan (./ ára) kielölt térfgatelem elsõsran a húzóélyeg mzgásirányáan nyúlik, kerület irányan a mérete váltzatlan, lemezvastagság irányan rövidülés ön létre. A térfgatelemek helyére képzelünk el a peremen egy radiális irányan, a csészefalan egy húzás irányan elhelyezett szakító próatestet. A peremen a kerület irányú rövidülés a próatest "" irányú méretváltzásának felel meg. Tehát ha a próatest "" irányan könnyen váltztata a méretét, akkr a perem kerület irányú rövidülése visznylag kis húzóerővel létrehzható. Ugyanakkr ha a lemezvastagság irányú váltzásra ("s" irány) a próatest nem halams, akkr a lemez a e nem húztt peremrészen nem véknydik el. Tváá, ha a lemezvastagság nem, vagy csak alig csökken a szakítóvizsgálat srán, akkr a mélyhúzás körülményei között az alakítóerőt az alakítás helyére (a e nem húztt peremrésze) tváító palást falvastagsága, így a csészefal keresztmetszete sem csökken elentős mértéken, s ez a csészefal leszakadás elleni iztnságát növeli. A kis széntartalmú lágyacéllemez első közelítésen akkr rendelkezik ó mélyhúzhatósággal, ha nrmális irányú aniztrópiáa r > 1, vagy másképpen: s s Azért első közelítésen mert a hengerléssel előállíttt lemez nrmál irányú aniztrópiáa irányfüggő. Ugyanazn lemeztáláól a hengerlési iránnyal megegyező (0), 45-t és 90-t ezáró irányól kivett szakítópróatesteken egymástól eltérő értékű r 0, r 45 és r 90 nrmál aniztrópia értékeket határzunk meg. A próatestek hengerlési irányhz visznyíttt kivételi irányait a.4 ára szemlélteti..4. ára. -12-
Kis széntartalmú csillapítt lágyacéllemez nrmálirányú aniztrópiáának váltzását a hengerlési iránnyal ezárt szög függvényéen a.5 ára szemlélteti..5. ára.. Átlags nrmál irányú aniztrópia (r ), vagy Lankfrd szám A nrmál irányú aniztrópiánál megízhatóan ellemzi a mélyhúzhatóságt a Lankfrd szám, amely: r r 2 r r 0 90 45 4 összefüggéssel számítható. Táékztató adatkat közöl különöző anyagminőségű lemezek Lankfrd-számáról (átlags nrmálirányú aniztrópiááról), keményedési- és seességkitevőkről a.2 tálázat. Lágyacél lemezek ó mélyhúzhatóságáhz az r > 1,1 feltétel telesülése szükséges, ami iztnsággal akkr valósul meg, ha valamennyi irányan (0, 45, 90) mért nrmálirányú aniztrópia értéke egy felett van. A lemez anyagminősége Lankfrd-szám r.2 tálázat Keményedési kitevő n Seesség kitevő m Hrgany ötvözet 0,4 0,6 0,05 0,15 0,05 0,08 Melegen hengerelt acéllemez 0,8-1,0 0,2 0,28 0,01 0,015 Hidegen hengerelt, csillapítatlan acéllemez 1,0-1,4 0,2 0,25 0,01 0,015 Hidegen hengerelt, alumíniummal csillapíttt acéllelmez 1,4-1,8 0,22 0,26 0,015 HSLA acél 0,9 1,2 0,1 0,18 0,005 0,01 Ferrites krrózióálló acél 1,0-1,2 0,16-0,2 0,01 0,015 Ausztenites krrózióálló acél 0,9-1,0 0,4 0,55 0,01 0,015 Alumínium és ötvözetei 0,6-0,8 0,2 0, -0,005 - +0,005 Réz 0,6 0,9 0,5 0,5 0,005 Sárgaréz (70 0) 0,8 0,9 0,45 0,6 0,0 0,005 titán ötvözet - 5 0,05 0,01 0,02-1-
A Lankfrd-szám és az (m ) húzási fkzat kapcslatát a.6. ára szemlélteti..6. ára. A diagram szerint a lemez Lankfrd-számának növekedésével m értéke csökken, tehát azns kiinduló D tárcsaátmérőől kise d 1 középátmérőű csésze húzható az első húzás srán..4 Síkeli aniztrópia (r ) A síkeli aniztrópia mérőszáma a nrmálirányú aniztrópia mérőszámainak felhasználásával az alái összefüggéssel határzható meg: 1 r r r 2r 2 0 90 45 A lemez fülesedési halama szrs kapcslatan van a síkeli aniztrópiával. A fülesedett csésze elvi vázlatát szemlélteti a.7 ára. A fülesedés mértékének számszerű ellemzése a.7 ára elöléseivel a: összefüggéssel történhet. f H max H min H min.7. ára. -14-
r 0 esetén "f" értéke kicsi, vagyis a fülesedés elhanyaglható mértékű. Kedvezőtlen eseten f 0,1... 0,15 értéket is elérheti. A telesen iztróp anyagt elméletileg az r 1 Lankfrd-szám és r 0 síkeli aniztrópia mérőszám ellemzi. Az előiekől következik, hgy a mélyhúzással feldlgzandó lemezanyagk mélyhúzhatóságának megitélésekr, a Lankfrd-szám mellett fnts a síkeli aniztrópia ismerete is. A mélyhúzó lemezeket krszerű, flyamats hengerlést végzõ hengerműveken, gyakrlatilag csak egy irányan alakíták (hengerlik). Ennek következménye, hgy a pllikrisztallin szemcsézetű fém csúszósíkai az állandó azns irányú alakítás miatt közel a hengerlés irányáa állnak e. Lágyítás után az úrakristálysdtt szöveten ez az egyirányú eállítttság nem tűnik el nymtalanul, sőt a tváhengerlés műveletei srán halmzódik. Ennek az lesz az eredménye, hgy a lemez mechanikai tuladnságai az utlsó hengerlési művelet után végzett úrakristálysító hőkezelést követően nem lesznek függetlenek a hengerlési iránnyal ezárt szögtől. Frgásszimetrikus csészék mélyhúzásakr a mélyhúzás körszimmetrikus igényevételt elent, ugyanakkr a lemez mechanikai tuladnságai irányfüggőek. Ennek következménye a fülesedés. A fülesedett anyagrészt a kihúztt csészéről le kell vágni, ami külön műveletet igényel és anyagveszteséggel ár, ezért kárs elenség. Fülesedésre nem halams lemezt a flyamats hengerléssel, az úgynevezett szalagszerű technikával nem lehet gyártani. Ehhez külön lemezenként, tö irányan végzett váltakzó irányú hengerlésre vlna szükség, amely kevésé termelékeny, ezért drága technlógia. A lemez mélyhúzhatóságának megitélésekr nem hagyható figyelmen kívül az anyagának szemcsenyagysága és salaksságának mértéke, illetve elszlása sem. A durva szemcseszerkezetű (d > 90 m, ahl "d" az átlags szemcseátmérő) anyag rsszul mélyhúzható, könnyen szakad. A túl finm szemcseszerkezet (d < 20 m) feleslegesen nagy alakítási szilárdságú, ezért túl nagy húzóerővel alakítható. A salakelszlás sűrűsége és elszlása nem lépheti át az 1-es fkzatt. Néhány lemezanyagra a Lankfrd-szám, a keményedési kitevő és a seesség-kitevő táékztató értékeit szemlélteti a.4.1 tálázat. Anyagminõség Lankfrd szám r Keményedési kitevő n.4.1 tálázat Seesség kitevő m Alacsny karntartalmú acél (csillapítatlan) 1.0-1.4 0.20-0.25 0.010-0.015 Alacsny karntartalmú acél (csillapíttt) 1.4-1.8 0.22-0.26 0.015 HSLA acél 0.9-1.2 0.10-0.18 0.005-0.010 Ferrites krrózióálló acél 1.0-1.2 0.16-0.2 0.010-0.015 Ausztenites krrózióálló acél 0.9-1.0 0.40-0.55 0.010-0.015 Réz 0.6-0.9 0.5-0.50 0.005 Sárgaréz 0.8-0.9 0.45-0.60 0.000-0.005 Alumínium ötvözet 0.6-0.8 0.20-0.0-0.005-0.005 Hrgany ötvözet 0.4-0.6 0.05-0.15 0.050-0.080 titán ötvözet.0-5.0 0.05 0.010-0.020 Megegyzés: HSLA acélk (High Strength Lw Ally). Alacsny ötvözésű nagyszilárdságú acélk. A kis karntartalmat a karidképzők (V, Zr, Ti, Mn, Cr, M, W) megkötik, igy a szövetszerkezet kvázi vaskarid mentes (perlitmntes). Az ilyen összetételű acélt szaályztt alacsny hőmérsékleten hengerelve, a szemcseszerkezet aprószemcsés lesz. Az esetleges minimális karid mennyiség finm diszperz elszlásan van elen a szöveten. -15-
4. Nrmálirányú aniztrópia meghatárzása a szakítódiagram tö pntának felhasználásával A nrmálirányú aniztópia meghatárzását a.1 pnt ismereteti, amely a szakítópróatest egyenletes nyúlástartmányáan létrehztt k. 20% maradó megnyúlásnál mért próatest méretek felhasználásával történhet, a már megismert alapösszefüggéssel: r ln L ln L Megízható "r" értéket kapunk, ha nem egyetlen "L" és "" értékpár felhasználásával végezzük a meghatárzását, hanem a szakítópróatest egyenletes nyúlástartmányáan tö pnthz tartzóan megmérük az összetartzó "L" és "" értékeket, s ezekől számítuk "r" értékét. A tö pnt figyelemevételén alapuló módszer az alái gndlatmenet felhasználásával felírt összefüggéseket használa. A fenti alapösszefüggést átalakítva az alái alakra rendezzük: ln ln ln 1 r L L L L ln ln ln ln ln ln ln L L L L ln Mindkét ldal reciprkát képezve és rendezve: 1 alakhz utunk. Bevezetve az ln r 1 r M L ln L r 1 r elölést és "L" értékét L L L L alakan felírva, mad helyettesítve ln M ln 1 L alakhz utunk, amelyől rendezés után L 1 L M összefüggést kapuk, amelyet y 1 x M -16-
Eredeti szélesség/pillanatnyi szélesség alaknak tekintve, ahl: y és x Srafetés után az első két tagt megtartva: L L y 1 M x Az "y" és "x" értékeket visszahelyettesítve, kapuk: 1 M L L Az egyes próatesteken mért / és L/L értékeket a / L/L krdináta rendszeren árázlva egy pntsrt kapunk (4.1 ára). A pntsrra a legkise négyzetek módszerével egyenest illesztve, annak "M" iránytangense meghatárzható. A 4.1 ára flytns vnallal árázlva az illesztett egyenest is feltünteti, amely a függőleges tengelyt az / = 1 pntan metszi. Az "M" ismeretéen az r M 1 r összefüggést "r"-re rendezve: M r 1 M kapuk a nrmál irányú aniztrópia értékét. 1.1 1.08 1.06 1.04 1.02 1 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Jeltáv növekmény/eredeti eltáv mért pntsr illesztett egyenes 4.1.ára. Az összefüggések elvi tisztázása után rátérünk a mérési adatk elöléstechnikáára és a feldlgzáshz felhasznált összefüggések összefglalására. -17-
Tekintve, hgy a vizsgált lemezől 0-s, 45-s és 90-s irányól kell próatesteket kivenni, a próatestek srszámát elöle a "" indexváltzó, amelynek értelmezési tartmánya = 1, 2,. A 0-s irányól kivett próatestet = 1, a 45-s irányól kivett próatestet = 2 és a 90-s irányól kivett próatestet = -as érték elöle. Az egyenletes nyúlástartmányan végzett mérések srszámát az "i" indexváltzó elöle. A felvett pntk száma legalá négy legyen. Ekkr i = 1, 2,, 4 értékeket veheti fel. A 4.2 ára a 0-s irányól kivett szakítópróatest elvi szakítódiagramát szemlélteti és feltünteti az egyenletes nyúlástartmány négy pntát amelyekhez tartzó próatest méreteket rögzítettük. Ezzel a elöléstechnikával a emenő adatkat egy-egy mátrixa fglalhatuk össze, ahl a mátrix első szlpa a 0-s irányól kivett próatesten mért i = 1... 4 - ig teredő mért adatkat tartalmazza. A másdik szlp a 45-s, a harmadik szlp pedig a 90-s irányól kivett próatesteteken mért értékek szlpvektrai. A nyúlásnövekmények mátrixa: L L L L L L L L L L L L L 11, 1, 2 1, 2, 1 2, 2 2,, 1, 2, 4, 1 4, 2 4, [mm] 4.2. ára. -18-
A pillanatnyi próatest szélességek mátrixa: 11, 1, 2 1, 2, 1 2, 2 2,, 1, 2, 4, 1 4, 2 4, [mm] Jelöle X i, a nyúlásnövekmények és az eredeti eltávlság hányadsát: X L i, L valamint Y i, az eredeti próatest szélesség és a pillanatnyi próatest szélesség visznyát: Y i, A - ik próatest összetartzó Y i, és X i, pntaira a legkise négyzetek módszerével illesztett: Y 1 M X i, i, alakú egyenes M iránytangensének meghatárzását az alái összefüggéssel végezzük: M i X Y X i, i, i, i 2 X i, i A nrmális irányú aniztrópiát 0-s, 45-s és 90-s irányan az alái összefüggéssel számítuk: M r 1 M A lemezanyag Lankfrd-számát a: r r 2 r r r 2 r r 4 4 0 90 45 1 2 a síkeli aniztrópiáát: 1 1 r r r 2r r r 2r 2 2 0 90 45 1 2 összefüggésekkel határzzuk meg. -19-
5. Lemezanyag keményedési kitevőének meghatárzása A nrmális irányú aniztrópia meghatárzásáhz végzett szakítóvizsgálat regisztrátumának felhasználásával a lemezanyag keményedési kitevőe is számítható. Az egyenletes nyúlástartmány (4.2 ára) pntaira érvényes a F k A i, f i, i, összefüggés, ahl: F i, a -ik próatest i-ik terhelési pntáhz tartzó húzóerő, k a -ik próatest i-ik terhelési pntáhz tartzó alakítási szilárdság, fi, A i, a -ik próatest i-ik terhelési pntáhz tartzó keresztmetszet (A s ) i, i, i, A i, értéke kifeezhető a eltávlságn elüli térfgatrészre felírt térfgatállandóság felhasználásával: L s L s L A i, i, i, i, i, amelyől: L s A i, L i, Az alakítási szilárdságt az egyszerű hatványfüggvénnyel felírva: n k f c ö i, i, ahl: a -ik próatest i-ik terhelési pntáhz tartzó összehasnlító alakváltzás, öi, n a -ik próatesttel meghatárztt keményedési kitevő, c a -ik próatesttel meghatárztt keményedési együttható. Az összehasnlító alakváltzás előállításáhz elégséges a próatest két főirányáhz tartzó valódi nyúlás értékeket meghatárzni (pl. "L" és "" irányút). A -ik próatest valódi nyúlása az i-ik pntan, "L" irányan: ahl: L i, ln Li, L L L L i, i, A -ik próatest valódi nyúlása az i-ik pntan, "" irányan: i, i, ln -20-
A -ik próatest összehasnlító alakváltzása az i-ik pntan: 2 2 2 ö L L i, i, i, i, i, A c és n meghatárzásáhz elég a szakítódiagram két pntára felírni az F i, értékét. A két pnt kiválasztásánál lehetőleg egymástól távli pntkat célszerű kielölni, például az i = 1 és i = 4 srszámút. A két pnta írható: n n L s F c A c 1, ö 1, ö 1, 1, L 1, n n L s F c A c 4, ö 4, ö 4, 4, L 4, A másdik egyenletet az elsővel elsztva: n F ö L 4, 4, 1, F n L 1, ö 4, 1, rendezés után n -re kapuk: F L,, ln 4 4 F L 1, 1, n ö 4, ln ö 1, Az egyes pntkhz tartzó L i, és i, értékek megmérése előtt a szakítási flyamatt meg kell állítani és a leterhelés előtt a pillanatnyi terhelőerőt fel kell egyezni. A terhelőerők mátrixa a számításhz rendelkezésre áll: F F F F F F F F F F F F F 11, 1, 2 1, 2, 1 2, 2 2,, 1, 2, 4, 1 4, 2 4, amelyől a megfelelő terhelőerő a számításhz kivehető (pl. az F 4, a -ik próatest szakítódiagramán az i = 4-ik srszámú pnthz tartzó terhelőerőt elöli). A c meghatárzásáhz ármelyik (az elői kettő közül) szakítódiagram pntra felírt erőegyenlet felhasználható. Például az i = 1-es srszámú pntra felírt összefüggésől: -21-
c F 1, n ö 1, L 1, L s A lemez átlags keményedési kitevőét és átlags keményedési együtthatóát a hárm irányan meghatárztt értékek súlyztt átlagaként számítuk. Az átlags keményedési kitevő: n átl n 2n n 1 2 4 Az átlags keményedési együttható: c átl c 2c c 1 2 4 6. Lemezanyagk minősítése r és n felhasználásával. Lillet diagram A Lillet diagram a lemezanyagk feldlgzhatóságát a lemez Lankfrd száma és a keményedési kitevőe alapán itéli meg. A diagram az 6.1 árán látható. Jelölései: JM ól mélyhúzható, JNy ól nyútható, K kereskedelmi minőségű, alárendelt célra felhasználható lemezanyagt elöl. 6.1. ára. Az ára szerint az r > 1,1 Lankfrd számú lemezanyagk ó mélyhúzhatósággal rendelkeznek, mint ahgyan az előiekől következik. -22-
A lemezalkatrészek gyártása srán gyakran (pl. gépkcsi karsszéria alkatrészek satlása) az alakváltzás nem a mélyhúzásra ellemző feszültségállaptan megy vége, hanem skkal inká a nyútva-húzásra ellemző feszültségállaptan. A nyútva-húzással lyan lemezanyagk dlgzhatók fel előnyösen amelyeknél a keményedési együttható egy iznys érték felett van (a Lillet diagram szerint akkr, ha n > 0,215). Első közelítésen ez ellentmndássnak tűnhet, hiszen a ó nyúthatósághz a kis keményedő képességű, vagyis a kis keményedési kitevőű anyagt gndlnánk alkalmasnak. Az ilyen tuladnságú lemezanyag azért alkalmatlan a nyútva húzással való feldlgzhatóságra, mert halams a képlékeny instailitás kialakulására, amelynek a megelenése a tvái alakítási flyamatt veszélyezteti. A képlékeny instailitás kialakulása leegyszerűsítve a helyi kntrakció kialakulásának kezdetét és a tvái alakváltzásnak egy visznylag szűk térfgatrészre való krlátzódását elenti (pl. lemezvastagság helyi elvéknydása). A nagy keményedő képességű lemezanyag az ilyen helyi alakváltzás kialakulásának nem kedvez, mert a helyi kntrakció megelenésekr az alakváltzásan résztvevő térfgatrész gyrsan felkeményedik, kizárva a helyi alakváltzás flytatódását. Ezzel iztsíta az alakváltzás egyenletes elszlását az alakíttt teles lemeztérfgatan. -2-