AHSS kenar sünekliği için sorun çözme yaklaşımları

Gelişmiş yüksek dayanımlı çeliklerin (AHSS'ler) şekillendirilen kesim kenarları yeterli kenar sünekliği gerektirir, aksi takdirde kenarlar, delik veya flanşlar boyunca çatladığında kırılabilirler.

Bu makale, AHSS kenar çatlamasının hem kesim hem de şekillendirme proseslerinde nasıl ortaya çıkabileceğini ve kenar kırılmasını azaltmak için kesme, işleme ve malzeme testiyle ilgili en iyi uygulamaları açıklamaktadır. Makalede, SSAB Kıdemli Şekillendirme Uzmanı Vili Kesti ile yakın zamanda düzenlenen bir Docol® Kenar Sünekliği web seminerinde öne çıkan konular ele alınmaktadır.

Kenar sünekliği nerede gereklidir?

Genel olarak, kesme kenarları şekillendirilirken kenar sünekliği gerekir. Örneğin otomotiv şasi uygulamalarında, parçalar seri üretim prosesinde genellikle mekanik olarak kesilir veya delinir. Kesimden sonra çok sayıda farklı kenar sınırlayıcı durum meydana gelir: delik genişlemesi, yaka oluşumu, flanş gerilmesi ve benzeri.

Tasarımlar AHSS otomotiv parçaları için gitgide karmaşıklaştıkça, özellikle sıcak haddelenmiş AHSS çeliklerde kesme kenarlarını çatlaksız şekillendirebilmek giderek daha zor bir iş halini alabilir. Ayrıca, başlangıçta kenar yüzeylerinde çatlama gibi kusurlar varsa, parçanın yorulma özellikleri de olumsuz etkilenebilir.

AHSS kenar sünekliği sorunlarına örnekler

AHSS kenar sünekliği sorunlarına örnekler

Bu tipik bir sorun: delik genişletme işlemi sırasında deliğin kenarında bir çatlak meydana geldi. Çatlak, deliğin çevresinde pürüzlü bir kesim yüzeyi gösteren bir bölümde başladı.

AHSS kenar sünekliği sorunlarına başka bir örnek

Başka bir örnek: şekillendirme sırasında büyük çekme gerilmelerinin ortaya çıktığı bir alandaki tipik bir flanş çatlağının yakından görünümü.

Simülasyon yazılımı, başlangıçta çatlamaya açık olmayan kritik alanları (yüksek gerinimleri) yakalamada çok etkili olabilir.

Delik açma gibi mekanik kesme prosesleri, yoğun işlem sertleşmesinin yanı sıra, kesme kenarlarında olası başlangıç boşluklarına ve çapak oluşumuna da yol açar. Tüm bunlar bir "kesimden etkilenen bölge" veya SAZ oluşturur.

SSAB mikro-sertlik ölçümleri yapmış ve kesme kenarının yüzüne yaklaştıkça, daha yüksek işlem sertleşmesi değerleri elde etmiştir. Bu, herhangi bir şekillendirme işleminden önce bile kenarın deformasyon kapasitesini azaltır.

AHSS'nin mikroyapısına bağlı olarak, eklemeler, karbürler, faz sınırları vb. yakınında SAZ boşlukları oluşturulabilir.

İşleme, kesme açıklıkları ve kenar sünekliği

Şekillendirme sırasındaki ilk en iyi uygulama, takım aşınma hızınızı (ve çizelgesini) bilmektir. Tipik olarak bir ilk aşınma oranı, ardından bir plato ve ardından hızlandırılmış bir aşınma oranı elde edersiniz. Benzer bir kalıp genellikle çapak oluşumu için de meydana gelir: Tabloya bakın. Her iki durumda da, öngörülen hızlanma başlamadan önce aletlerinizi koruyun. Aşınmış takımlar, bazı AHSS kaliteleri için delik genişletme oranlarını (HER'ler) ciddi ölçüde azaltabilir.

Mümkünse, çapağınızı bir kenarın iç kısmına yerleştirin. Kenarın dış kısmındaki çapaklar, sonraki bükme işlemleri sırasında kusur oluşturma eğilimindedir.

Belirli bir AHSS sınıfı için en uygun kesme açıklığının kullanılması (bazı durumlarda ISO 16630 HER %12'lik standarttan daha yüksek olabilir) HER değerlerinizi artırabilir. Belirli bir sınıf ve uygulamadaki kesme boşlukları için AHSS üreticinize danışın.

Takımların bakımı ve tutarlı kesme boşlukları birbiriyle ilişkili konulardır. Takım aşınması, hem kesim açıklığından hem de kestiğiniz AHSS sınıfından etkilenir. Takım sertliği de önemlidir: sertlik, deliklerin çevresinde ve daha uzun flanşlar boyunca tutarlı kesme boşluklarının elde edilmesine yardımcı olur.

Kesme yöntemini delme, işleme veya tel kesme (EDM) olarak değiştirerek, kesimden etkilenen bölge ortadan kaldırılabilir. Ne yazık ki delme, işleme ve EDM zaman alıcı işlerdir ve büyük üretim çalışmaları için uygun değildir. Lazer veya plazma gibi termal kesim yöntemleri kenar sünekliğini iyileştirebilir, ancak ısıları nedeniyle sertlik gradyanları oluşturabilirler.

Takım şeması, kesme açıklıkları ve kenar sünekliği

Ön delme işlemi, HER'in/kenar şekillenebilirliğini büyük ölçüde iyileştirebilir

Birçok teknik doküman, iki aşamalı makas kesimi olarak da bilinen ön delme işleminin AHSS delik genişletme oranlarını ve dolayısıyla kenar şekillendirilebilirliğini önemli ölçüde iyileştirebileceğine dair kanıt sağlar.

Ön delme ile, bir ilk deliği oluşturmak için tek, kademeli bir zımba veya iki ayrı zımbalama işlemi ve ardından düzeltme işlemi kullanılır. En iyi sonuçlar için, sonucun kesilmiş veya zımbalanmış halkasının kalınlığı dikkatli bir şekilde seçilmelidir. Ön delme işlemi HER'i büyük ölçüde iyileştirebilir, ancak iyileştirme miktarı bu tabloda gösterildiği gibi sınıftan sınıfa farklılık gösterir.

Ön delme işlemi, HER'in/kenar şekillenebilirliğini büyük ölçüde iyileştirebilir

Aynı AHSS adları, farklı kenar süneklikleri

Çelik sınıfları benzer dayanım düzeylerine sahip olsa bile, kenar sünekliği bir sınıftan diğerine ciddi ölçüde farklılık gösterebilir. Ayrıca nominal olarak "aynı isimde" çelik sınıfı tedarik eden çeşitli çelik üreticileri arasındaki farkları da anlayacaksınız.

Ayrıca, HER ile geleneksel akma dayanımı, çekme dayanımı veya uzama arasında açık ve net bir ilişki yoktur. (Bununla birlikte, son yayınlarda gerçek kalınlık kırığı gerilmeleri ile HER arasında bir korelasyon olabileceği belirtiliyor: ek araştırmalar bu korelasyonu doğrularsa, bu konuyu ileride bir INSIGHTS makalesinde ele almayı umuyoruz.)

Örneğin burada hepsi de minimum 800MPa çekme dayanımına sahip dört farklı çelik sınıfı var. Elbette doğru çelik sınıfını seçerek kenar şekillendirme özelliklerinizde önemli iyileştirmeler elde edebilirsiniz.

AHSS çelikleri seçerken şunu da dikkate almalısınız: gerçek yaşamdaki atölye koşullarında, kesme boşluklarınızı tutarlı tutmak zor olabilir. Bu tablo, Docol® HE (yüksek kenar) sınıfının, geleneksel AHSS çelik sınıflarına kıyasla bir dizi kesme açıklığında nasıl daha iyi kenar kalitesi ve daha iyi şekillenebilirlik sunduğunu gösterir.

HER sonucunun kutu grafiği
HE oranı S355MC ve Docol 355 HE farklı açıklıkların kutu grafiği [%]

ISO 16630'un ötesine geçmek: 3 boyutlu kenar FLD'leri

Dünya genelindeki delik genişletme testi standardı ISO 16630'dir ve son derece belirsiz ve değişken sonuçlar vermesi nedeniyle geniş çevrelerce eleştirilmiştir.

ISO 16630 yalnızca belirli bir stres/gerinim durumunu kapsar. Ancak gerçek hayattaki üretim genellikle farklı kenar yükleme vakalarını içerir. Aynı otomotiv parçasında bile, kenarlar için farklı gerilim/gerinim durumları olabilir.

Çevrimiçi dijital görüntü korelasyonu (DIC) gerinim ölçümleri dahil olmak üzere, daha geniş bir gerilim/gerinim yükleme senaryosu aralığını kapsamak için farklı testler kullanabiliriz. SSAB'nin araştırmacıları şunları kullanır:

  • Nakajima HE testi
  • KWi HE testi
  • Diabolo testi
  • Çift bükme testi
  • Delik çekme testi

SSAB araştırmacıları, "genel kenar şekillenebilirliğini" tanımlamak için yeni bir konsept üzerinde çalışmaktadır. Bu yaklaşım, bir AHSS örneğini üç farklı yönde (ε1, ε2 ve ε3) test etmek için yukarıda listelenen tüm testlerden faydalanarak, 3 boyutlu bir kenar şekillendirme sınır diyagramı (FLD) ile, çatlamadan hemen önceki gerilme sınırlarını çizer.

3 boyutlu kenar şekillendirme sınır diyagramları, farklı malzemeleri ve genel kenar sünekliğini görsel olarak karşılaştırmak için iyi bir yoldur. Ayrıca simülasyonlarda etkili bir şekilde kullanılmaları da mümkündür: takipte kalın.

Yüzey çizimi

Çeliklerimiz için 3D kenar FLD'leri hakkında daha fazla bilgi edinmek ister misiniz?

Ya da belirli bir AHSS sınıfı ve otomotiv parçaları uygulaması için kenar sünekliğini belirleme ile ilgili sorularınız mı var?

180