View
58
Download
6
Category
Preview:
Citation preview
MMT407
Plastik Şekillendirme Yöntemleri
7 Plastik Şekillendirilen Malzemeler
Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir 2012-2013 Güz Yarıyılı
K O C A E L İ ÜNİVERSİTESİ
Metalurji ve Malzeme
Mühendisliği Bölümü
Genel Bakış
2
7. Plastik şekillendirilen malzemeler
7.1. Sac malzemeler
7.1.1. Çelikler
7.1.2. Aluminyum alaşımları
7.1.3. Magnezyum alaşımları
7.1.4. Saf titanyum
7.1.5. Kaplamalı malzemeler
7.2. Masif şekillendirmeye uygun malzemeler
Çelikler
3
Bleck, 2006
1. Metalurjik adlandırmaya göre sınıflandırma:
LC HSS AHSS HMS Düşük karbonlu Yüksek mukavemetli Geliştirilmiş HSS Yüksek Mn Çelik
IF IF-HS DP TRIP Arayer atomsuz çelik Yüksek mukavemetli IF Dual fazlı çelik Trip çeliği
Mild IS CP TWIP Düşük karbonlu Yüksek mukavemetli Kompleks fazlı çelik Twip çeliği
BH TRIP Bake hardening çeliği Trip çeliği
CMn MART Karbon çeliği Martenzitik çelik
HSLA Yüksek mukavemetli düşük alaşımlı çelik
AHSS çok fazlı çelikler olup, yapısında martenzit, beynit ve kalıntı östenit gibi fazlar oluşturularak mekanik özellikleri artırılır. HSLA çeliklerine göre AHSS çelikleri yüksek mukavemetin yanı sıra çok iyi bir şekillendirebilirliğe sahiplerdir.
2. Akma mukavemetine göre sınıflandırma:
Düşük mukavemetli çelikler YS < 210 MPa
HSS (Yüksek muk. çelikler) YS 210-550 MPa
UHSS (Ultra yük. muk. çelik) YS > 550 MPa
3. Çekme mukavemetine göre sınıflandırma:
Düşük mukavemetli çelikler TS < 270 MPa
HSS (Yüksek muk. çelikler) TS 270-700 MPa
UHSS (Ultra yük. muk. Çelik) TS > 700 MPa
Çeliklerin mikroyapıları ve karakteristikleri
4
Çelik Mikroyapı Karakteristikler
LC Low Carbon
Düşük
Karbon
- Yumuşak: Alaşımsız Al-söndürülmüş düşük karbon çeliği; DQ, ekstra derin
çekmeye uygun
- IF: arayer atomu içermeyen çelik; mikroalaşımlı ekstra derin çekmeye uygun
HSS High Strength
Steel
Yüksek
Mukavemetli
Çelik
- BH: bake hardening çeliği, bu çeliğin boyanması sırasında fırınlama yapıldığında
C ile yaşlanma sayesinde ek bir mukavemet katılabilir
- IF-HS: yüksek muk. IF çeliği, Mn ve P ile sertleştirilmiş
- P: P alaşımlı yüksek mukavemetli çelik
- IS: Izotropik akma davranışı göstren çelikler, Ti ve Nb mikroalaşımlı
- CMn: Katı ergiyik serleşmesi için C, Mn ve Si içeren çelikler
- HSLA: Yüksek mukavemetli düşük alaşımlı çelik, Nb veya Ti mikroalaşımlama ile
sertleştirilmiş
AHSS Advanced
High Strength
Steel
Geliştirilmiş
Yüksek
Mukavemetli
Çelik
+ - DP: Dual fazlı çeliker, % 5-30 Martenzit ve ferrit içeren mikroyapı
+B+R -TRIP: Dönüşüm katkılı plastisite gösteren çelik, ferrit, beynit ve kalıntı östenit
içeren mikroyapı
+ - PM: Kısmi yada tamamen martenzitik çelikler
+B+ - CP: Kompleks fazlı çelik, ferrit, beynit ve martenzit karışımı mikroyapı
HMS High Mn Steel
Yüksek Mn
Çeliği
yada
yüksek
miktarda
- HMS-TRIP: Gerinme katkılı ' dönüşümü gösteren bir alaşım tasarımına
sahip çelik
- HMS-TWIP: Deformasyon etkisiyle mekanik ikizlenmeler gösteren bir alaşım
tasarımına sahip çelik
Bleck, 2006
5 AHSS (Geliştirilmiş yüksek mukavemetli çelikler)
Uzam
a
Çekme mukavemeti, MPa
Geleneksel
çelikler
Östenitik bazlı çelikler
AHSS tipleri
6
Doege, Behrens, 2007
Çekme mukavemeti-Kopma uzaması ilişkisi
DP-çelikleri
TRIP-çelikleri Bake hardening ve
IF-çelikleri
Mikroalaşımlı
çelikler Derin çekilebilir
çelikler
Yüksek alaşımlı
özel çelikler
Yumuşak
(derin çekmeye uygun)
Yüksek
mukavemetli
Geliştirilmiş yüksek
mukavemetli
Ultra
yüksek
mukavemetli
CP-çelikleri
MS-çelikleri
Sıcak şekillendirilip
sertleştirilmiş
Aluminyum alaşımları
Magnezyum alaşımları
Kopma uzaması A80, %
Çe
km
e m
uka
vm
eti
Rm
, M
Pa
7
Doege, Behrens, 2007
Bazı çeliklerin akma eğrileri
Log. şekil değişirme
Akm
a g
eir
lmesi
kf, M
Pa
Sıcak şekillendirilip
sertleştirilmiş
8
Doege, Behrens, 2007
Çelik saclara örnekler
Mikroalaşımlı yüksek mukavemetli çelik
H250G1 (ZStE250i), H220B (Bake Hardening Çeliği)
Kullanım: Otomobil karoser dış parçaları, ana şasi tavan sacı
Çok fazlı yüksek ve geliştirilmiş yüksek mukavemetli çelikler
DP-Çelik (Dual fazlı çelik); H300X (DP500), H340X (DP600)
Soğuk haddelenmiş: motor yatağı, B-sütunu desteği
Sıcak haddelenmiş: B-sütunu desteği, tekerlek diski
TRIP-Çeliği (Transformation Induced Plasticity- Dönüşüm Katkılı Plastiklik); TRIP700
Kullanım: Ana şasi, Taban
CP-Çelik (Kompleks fazlı çelik); CP800
Kullanım: B-sütunu desteği, Kapı darbe emicisi
MART/MS-Çelik (Martenzitik çelik); MS-W1200
Kullanım: Kapı takviyesi, Kapı darbe emicisi
Sıcak Damgalama Çeliği (Hot Stamping); 22MnB5
Kullanım: B-sütunu desteği, Kapı darbe emicisi
Sac çeliklerinin mikroyapısal karakteristikleri
9
Bleck, 2006
Çelik tipi
Tek faz (Düşük karbonlu
çelik)
İki faz (Dual fazlı çelik)
İki faz (Dupleks çeliği)
Çok fazlı (TRIP çeliği)
Parametreler
- Tane boyutu - Tane şekli
- Tane boyutları - Hacimsel miktar - Yöresel kimyasal bileşim
- Tane boyutları - Hacimsel miktar - Yöresel kimyasal bileşim
- Tane boyutları - Hacimsel miktar - Yöresel kimyasal bileşim - Faz stabilitesi
Fazlar
= ferrit
= ferrit
’ = martenzit
= ferrit
= östenit
= ferrit
= beynit
= kalıntı östenit
B
R
’
R
B
10
Doege, Behrens, 2007
Sac çeliklerinin mikroyapıları
Çok fazlı
TRIP-çelikleri
Çok fazlı
CP-çelikleri
Martenzitik
mikroyapı
Martenzitik
mikroyapı
İki fazlı
DP-çelikleri
Tek fazlı
Mukavemet
artışı
Ferrit (F)
Ferrit (F)
Martenzit (M)
(% 5-20)
Ferrit (F)
Beynit (B)
Kalıntı östenit (R)
Ferrit (F)
Beynit (B)
Martenzit (M)
Martenzit (M)
Martenzit (M)
Kalıntı östenit (R)
11
Doege, Behrens, 2007
Rp0,2 değerine bağlı olarak elastik geri dönme
Yumuşak
derin çekmeye uygun çelik
Geliştirilmiş yüksek
mukavemetli çelik
geri2 geri1
geri2
geri1
12
Doege, Behrens, 2007
Yüksek ve geliştirilmiş yüksek mukavemetli çeliklerde elastik geri dönme
Profil genişliği bp, mm
Pro
fil yü
ksekli
ği
hp, m
m
Zımba geometrisi
158 x 78 mm
Zımba yarıçapı
rSt=12 mm
Matris yarıçapı
rM=9 mm
Sac kalınlığı
S0=1,46 mm 0,02 mm
Çekme boşluğu
UZ= 2,16 mm
Çekme derinliği
H= 70 mm
Pot çemberi basıncı
p= 4 MPa
Yağlayıcı
CLF 240;
3g/m2
İstenen geometri
Genel Bakış
13
7. Plastik şekillendirme yöntemleri ile şekillendirilen malzemeler
7.1. Sac malzemeler
7.1.1. Çelikler
7.1.2. Aluminyum alaşımları
7.1.3. Magnezyum alaşımları
7.1.4. Saf titanyum
7.1.5. Kaplamalı malzemeler
7.2. Masif şekillendirmeye uygun malzemeler
14
Doege, Behrens, 2007
Aluminyumun özellikleri
Özellik
Düşük yoğunluk
Korozyon
dayanımı
Mekanik
özellikleri
iyileştirilebilir
Özellikler
kombine
edilebilir
Yüzey işlemleri ile
daha da artırılabilir
Isıl işlemler ile
Çökelti sertleşmesi ile
Pekleşme ile
Alaşımlama ile
Kompozit ve kompozit
bileşenleri üretimi
Şekillendirebilirlik
Döküm/sinterleme
Plastik
şekillendirme
Kaynak
Talaşlı işlem
Haddeleme
Kapalı kalıpta
dövme
Açık kalıpta dövme
Boru çekme
Tel çekme
Çubuk çekme
Derin çekme
Kabartma
Bükme
Ekstrüzyon
Tüm yöntemler
Çökelti sertleşmiş ve
pekleşme ile sertleşmiş
durumda çok iyi, yüksek
kesme hızı
Farklı döküm teknikleri
Sinterleme
Geri dönüşebilirliği yüksek
Genel Bakış
15
7. Plastik şekillendirme yöntemleri ile şekillendirilen malzemeler
7.1. Sac malzemeler
7.1.1. Çelikler
7.1.2. Aluminyum alaşımları
7.1.3. Magnezyum alaşımları
7.1.4. Saf titanyum
7.1.5. Kaplamalı malzemeler
7.2. Masif şekillendirmeye uygun malzemeler
16
Doege, Behrens, 2007
Magnezyum, Aluminyum ve Çelik alaşımlarının oda sıcaklığında özellikleri
Yoğunluk, g/cm3
Sac kalınlığı, mm
Çekme muk. Rm, MPa
Akma muk. Rp0.2, MPa
Kopma uzaması A80, %
Pekleşme katsayısı, -
Ortalama anizotropi rm, -
Oda sıcaklığında
ilgili özellikler
Malzeme
17
Doege, Behrens, 2007
Metallerde oda sıcaklığında kayma sistemleri
Diğer kayma düzlemlerinin ısıl
aktivasyonu
Yüksek sıcaklıkta magnezyum
alaşımlarının daha iyi şekillendirme
davranışı nedeni
Hsp: hegzagonal sıkı paket
Kayma
düzlemleri
Kayma
dpğrultusu
Kayma
Sistemi
Kayma
Sistemi
Yapı
(metal)
Ymk
(Al)
Hmk
(Fe)
Hsp
(Mg)
Kayma düzlemi
Kayma doğrultusu
Genel Bakış
18
7. Plastik şekillendirme yöntemleri ile şekillendirilen malzemeler
7.1. Sac malzemeler
7.1.1. Çelikler
7.1.2. Aluminyum alaşımları
7.1.3. Magnezyum alaşımları
7.1.4. Saf titanyum
7.1.5. Kaplamalı malzemeler
7.2. Masif şekillendirmeye uygun malzemeler
19
Doege, Behrens, 2007
Saf titanyum ile diğer metallerin mukavemet ve sünekliklerinin karşılaştırılması
Aluminyum***
Paslanmaz çelik*
Magnezyum****
Çelik**
Titanyum
Akma mukavemeti
Ko
pm
a u
zam
ası
* Yüksek alaşımlı ferritik
ve östenitik çelikler
** soğuk haddelenmiş,
AHSS ve UHSS çelikler
*** çökelti sertleşebilen
dövme alaşımları
**** Oda sıcaklığı
20
Doege, Behrens, 2007
Mekanik özellikler; Paslanmaz çelik ve saf titanyum
Genel Bakış
21
7. Plastik şekillendirme yöntemleri ile şekillendirilen malzemeler
7.1. Sac malzemeler
7.1.1. Çelikler
7.1.2. Aluminyum alaşımları
7.1.3. Magnezyum alaşımları
7.1.4. Saf titanyum
7.1.5. Kaplamalı malzemeler
7.2. Masif şekillendirmeye uygun malzemeler
22
Doege, Behrens, 2007
Aluminyum saclarda kullanılan organik kaplamalar
Ön işlemler: Pasivasyon, alkali yağ alma, asitle
temizleme, asit nötralizasyon, kromatlama
Kaynaklanabilir organik ince film Katoforez
laklama
Polyester +
Dolgu malzemesi
Aluminyum Aluminyum Aluminyum
Ön işlem Ön işlem Ön işlem
Poliüretan-primer
Epoksi polyester
C-dolgu Epoksi polyester
Al+Zn-dolgu
yaklaşık
23
Doege, Behrens, 2007
Farklı organik ince kaplamalar Üstte: Çinko (Zn) ve Altta: Demirfosfit (Fe2P/FeP)
Modifiye edilmiş epoksi sistem,
Fe2P/FeP dolgulu
Ön işlem
7,5 m çinko
Çelik
Ön işlem
7,5 m çinko
Çelik
Epoksi/Poliüretan sistemi,
Zn-dolgulu
Kaynaklanabilir organik ince film kaplama
Kaynaklanabilir organik ince film kaplama
Ön işlem: Alkali oksidasyonu, Kromatlama ve fosfatlama
Genel Bakış
24
7. Plastik şekillendirme yöntemleri ile şekillendirilen malzemeler
7.1. Sac malzemeler
7.1.1. Çelikler
7.1.2. Aluminyum alaşımları
7.1.3. Magnezyum alaşımları
7.1.4. Saf titanyum
7.1.5. Kaplamalı malzemeler
7.2. Masif şekillendirmeye uygun malzemeler
Masif şekillendirmeye uygun çelikler (1/2)
25
C soğuk şekillendirme
W yarı sıcak şekillendirme
H sıcak şekillendirme
Masif şekillendirmeye uygun çelikler (2/2)
26
Dövme ile üretilen el aletleri-Soğuk iş takım çeliği
27
Soğuk iş takım çeliği (el aletleri)
Anahtarlar 31CrV3 (Su verme+Temperleme; 35-40 HRC)
Tornavidalar 50CrV4 (Yay çeliği; 45-55 HRC)
Çekiçler C45U yada C60U (Çok kalın değilse sertleştirme yapılmıyor, 40-45 HRC)
Eğeler C125U (65HRC)
(Berns, Ferrous Materials, 2008)
Mikroalaşımlı dövme çeliklerde ıslah çeliklerinin üretim (a) ve maliyet (b) açısından karşılaştırılması
28
Mikroalaşımlı dövme çeliklerin mikroyapısı (30MnVS6)
29
Çökelti sertleşen ferritik-perlitik çelikler, TS EN 10267
30
Çelik tipi
Kimyasal bileşimi Mekanik özellikleri
C Si Mn P
max
S V YS
N/mm2
TS
N/mm2
El.
%
R of A
%
19MnVS6 0.15
0.22
0.15
0.80
1.20
1.60 0.25
0.020
0.060
0.08
0.20 420
650
850 16 32
30MnVS6 0.26
0.33
0.15
0.80
1.20
1.60 0.25
0.020
0.060
0.08
0.20 470
750
950 14 30
38MnVS6 0.34
0.41
0.15
0.80
1.20
1.60 0.25
0.020
0.060
0.08
0.20 520
800
1000 12 25
46MnVS6 0.42
0.49
0.15
0.80
1.20
1.60 0.25
0.020
0.060
0.08
0.20 570
900
1100 8 20
46MnVS3 0.42
0.49
0.15
0.80
0.60
1.00 0.25
0.020
0.060
0.08
0.20 470
750
950 10 20
Çökelti sertleşen ferritik perlitik çeliklerin geçmişteki ve bugünkü durumu
31
Kaspar, 1996
Recommended