Caracterizació ahss v2

Caracterització d’acers d’alta resistència: Conformabilitat

· Jornada Tècnica - Ripoll - 12/03/2009 ·

David Gutiérrez – Fundació CTM Centre Tecnòlogic

[email protected]@ctm.com.es

Presentació

· Jornada Tècnica – Ripoll - 12/03/2009 ·

CTM Centre Tecnològic és una fundació privada sense finalitat de lucre, que té com a objectiu contribuir eficaçment a la millora de la competitivitat i al progrés tecnològic de l’empresa, mitjançant la prestació de serveis especialitzats i l’execució de projectes d’R+D+ITR+D+IT.

El CTM forma part de la xarxa de Centres Tecnològics de la Generalitat de Catalunya (XCT nº reg. CT03/04). Està inscrit en el registre de la CICYT com a Centre d’Innovació i Tecnologia (CIT nº 46).

Projectesd’R+D propis

Projectes d’R+D/IT amb empreses1

Estudis, assistència tècnica,

anàlisis i assaigs

Suport a la innovació i formació tècnica

ACTIVITATS:

Presentació


Àrees d’especialització

Tecnologia de Materials

Tecnologia Ambiental

Suport a la Innovació

Activitats

Àrea Tecnologia Materials

Comportament mecànic

Processos de conformat

Simulació per ordinador

Caracterització microestructural

0 10 20 30 400

200

400

600

800

1000 TRIP800 DP450 CP800 Acer convencionalAlumini

Ten

sió

(M

Pa

)

Deformació (%)

Presentació

Index


1. Introducció

2. Caracterització mecànica

3. Conformabilitat

4. Tendències actuals i futures

5. Bibliografia recomanada

1. Introducció


En totes les aplicacions on el pes és determinant, es tendeix a substituir els acers convencionals per altres de major prestacions mecàniques.

Al augmentar resistència mecànica es perden altres propietats com ductilitat, tenacitat i conformabilitat.

Gran esforç investigador de les últimes dècades s’ha centrat en buscar microestructures que millorin aquestes limitacions (AHSS).

A la industria del automòbil, l’ús de xapa d’acers d’alta resistència contribueix a millorar el rendiment, reduint pes i consum de combustible i augmentant seguretat.

La caracterització mecànica d’aquests acers esdevé una eina molt important per realitzar un bon disseny dels components.

Diferents parts de l’automòvil on s’aplica xapa d’acers d’alta resistència.

1. Introducció


Classificació segons International Iron and Steel Institute

3) Segons microestrutura- Acers de baix límit elàstic (Mild steel) i acers lliure d’interticials (IF).- Acers d’alta resistència (HSS).- Acers avançats d’alta resistència (AHSS).

8) Segons resistència mecànica- Acers d’alta resistència (HSS). Límite elàstic de 210 – 550 MPa i Resist. Màx. de 270 – 700 MPa.- Acers d’ultra alta resisència (UHSS). Límit elàstic > 550 MPa i Resist. Màx. > 700 MPa.

12) Segons propietats mecàniques.- Coeficient d’enduriment, n.- Deformació.- Etc.

1. Introducció


TWIP

1. Introducció


Complex Phase (CP)

Matriu ferrítica/bainítica

Martensític (MS)

Matriu martensítica

Microestructura



Assaig Tracció Uniaxial- Senzill.- Amplia informació elasto-plàstica dels materials.- Aplicació d’una càrrega progressiva de tracció uniaxial on es mesura

simultàniament la deformació.

Corba engenieril (e, S)

Corba real (ε, σ)σ = F/A ε = ln (lf/l0)



Assaig Tracció Uniaxial- Llei de Hollomon: descriu la zona plàstica de la corba tensió-deformació (real).

K: Coeficient de resistència o mòdul plàstic.n: Coeficient d’enduriment per deformació.



Assaig Tracció Uniaxial- n: valors més elevats contribueix a distribuir la deformació de manera més

uniforme en presència d’un gradient de tensió.

Disminució n amb resistència màxima

TRIP: valors més grans de n, transformació induïda per deformació i/o tensió.



Assaig Tracció Uniaxial



Assaig Tracció Uniaxial- Springback: Recuperació elàstica.



Assaig Tracció Uniaxial: Anisotropia xapa metàl.lica

Anisotropia: materials amb diferents propietats en funció de la direcció.

La anisotropia influeix en operacions de conformació (embutició, tall,...).

Als metalls, la anisotropia ve donada per l’orientació dels grans cristal.lins.

Es calcula a partir de diferents assaigs de tracció segons 0º, 45º i 90º respecte la direcció de laminació.

Es defineix com:

t

Wrεε=



Assaig Tracció Uniaxial: Anisotropia xapa metàl.lica

4

rr2rr 90450 ++=

2

rr2rrΔ 90450 +=

-

Anistropia normal (ř): valors elevats millor embutició, tenim més deformació en amplada i menys en espessor (poc provocar aparició estricció i posterior ruptura)

Anisotropia planar (Δr): valors elevats (positius o negatius), formació de les anomenades orelles en embutició.

3. Conformabilitat


Capacitat d’un material a ser deformat mitjançant processos d’embutició, flexió, laminació, etc.

Factors com límit elàstic, coeficient enduriment (n), coeficient anisotropia, etc. afecten a la conformabilitat dels materials.

Assaigs: proporcionen informació sobre la deformació plàstica màxima

- LDR: Limit Drawing Ratio

- FLD: Forming Limit Diagrams

- Altres: Hole Expansion Ratio, Doblat,...

λ (%) = { (d – do ) / do } × 100

3. Conformabilitat


LDRd

d

do

3. Conformabilitat


LDR

AHSS, valors de ř ~ 1,0

3. Conformabilitat


Assaig 1 2 3 4 5Diàmetre disc 70 80 90 100 110

Embutició Complerta ComplertaComplerta

(esquerdes)Complerta

(esquerdes)Parcial

LDR 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2

LDR: Exemple TRIP800 2,0 mm

3. Conformabilitat


FLD: Forming Limit Diagrams

Els materials metàl.lics poden ser deformats fins un cert nivell abans de l’aparició de l’estricció i ruptura.

Al conformat de xapes metàl.liques, les deformacions es mesuren al pla de la mateixa, donat que fer-ho amb la variació d’espessor és difícil.

Quan es parla de relació de deformacions, es parla de deformació major i menor que es produeix al pla de la xapa.

Mitjançant aquesta relació es pot construir un diagrama de deformacions, denominat FLD, el qual serveix per predir quan un material por trencar.

També anomenats diagrames Keeler-Goodwin donada la contribució d’aquests autors, a l’estudi de la conformabilitat d’acers al carboni (60’s).

3. Conformabilitat


FLD: Forming Limit Curves (FLC)FLC: Corba de màxima conformabilitat (estricció o ruptura)

Diagrama FLD, derivat dels estudis de Keeler i Goodwin.

3. Conformabilitat


FLD: Mètodes experimentals d’obtenció

Aplicació d’una malla amb tècniques electroquímiques, fotoquímiques o laser.

Mesura de la deformació de cada cercle.

3. Conformabilitat


FLD: Mètodes experimentals d’obtenció

Diferents geometries de proveta, diferents estats de tensió.

3. Conformabilitat


FLD: Mètodes experimentals d’obtenció. Matrius.

Assaig NAKAJIMA. Punxó semiesfèric.

Assaig MARCINIAK. Punxó pla.

3. Conformabilitat


FLD: Mètodes experimentals d’obtenció – Sistema deformacions en dinàmic.

Sistema medició GOM/ARAMIS

Iluminació

Força màxima embutició

(1500 kN)

Força màxima (500 kN)

Proveta

Proveta amb patró aleatori.

Premsa doble

efecte.

3. Conformabilitat


FLD: Mètodes experimentals d’obtenció – Sistema deformacions en dinàmic.

3. Conformabilitat


FLD: Factors influents.

3. Conformabilitat


FLD: Exemples FLD d’AHSS.

FLD

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

-0,40 -0,30 -0,20 -0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60ε2

ε1

TRIP800 2,0 mm

DC03 1,5 mm

3. Conformabilitat


FLD: Problemàtica en AHSS

Les corbes FLC no són un eina fiable com a criteri de fallida:

-S’obtenen apreciables diferències segons el tipus d’assaig emprat (NAKAJIMA o MARCINIAK).

-Les corbes proporcionen menor deformació de la que realment el material por acceptar. Afecta a les simulacions (FEM).

-Els diferents criteris d’obtenció proporcionen majors diferències al posició final de la corba FLC.

-Cal buscar altres criteris de fallida per aquests tipus d’acers.



Materials:



Materials i conformació: Conformat en calent.

- Acers al B.

5. Bibliografia recomenada


-Metal Forming: Mechanics and Metallurgy. W.F. Hosford and R.M. Caddell. Cambridge University Press. 2007.

-Mechanical Behavior of Materials. W.F. Hosford. Cambridge University Press. 2005.

-Formability of Metallic Materials. D. Banabic, H.J. Bunge, K. Pöhlandt and A.E. Tekkaya. Springer-Verlag. 2000.

-Advanced High Strength Steel (AHSS) – Application Guidelines. International Iron & Steel Institute. 2006. (www.worlsautosteel.org)

Gràcies per la seva atenció!

Precs i preguntes??

Caracterizació ahss v2

Documents

Transcript of Caracterizació ahss v2