gep 2013 8

7/23/2019 gep 2013 8

1/64

ANYAGSZERKEZETTANI S ANYAGTECHNOLGIAI

INTZET KLNSZMA

2013/8.64 oldal

LXIV. vfolyam

A GPIPARI TUDOMNYOS EGYESLET MSZAKI FOLYIRATA

AUTOTECHJrmipari anyagfejlesztsek:

clzott alapkutats az alakthatsg, hkezelss hegeszthetsg tmakreiben

TMOP4.2.2.A11/1/KONV20120029www.autotech.unimiskolc.hu

7/23/2019 gep 2013 8

2/64

Az SSAB vilgvezet a hozzado rtk, nagyszilrdsg aclok terletn, de mgennl is tbb. len llunk a design, innovci, technolgia s krnyeze felelssgvllals

terletn is.

Egy a partnereinkkel mi tovbb megynk mint brki ms, hogy realizljuk aknnyebb, ersebb s tartsabb acltermkekben rejl lehetsgeket.

SSAB termkeit az albbi mrkanevek fmjelzik: Hardox, Domex, Weldox, Docol

SSAB Swedish Steel Trading Ltd

Pcsi u. 11

9400 [email protected]: +36 99 510 510

www.ssab.com

VILGVEZET A NAGYSZILRDSG

ACLOK TERLETN

7/23/2019 gep 2013 8

3/64

A szerkesztsrt felels: Vesza Jzsef. A szerkesztsg cme: 3534 Miskolc, Szervezet utca 67.Telefon/fax: 06-46/379-530, 06-30/9-450-270 e-mail: [email protected]

Kiadja a Gpipari Tudomnyos Egyeslet, 1027 Budapest, F u. 68. Levlcm: 1371 Bp. Pf.: 433.Telefon: 06-1/202-0656, fax: 06-1/202-0252, e-mail: [email protected], internet: www.gte.mtesz.hu

A GP folyirat internetcme: http://www.gepujsag.huKereskedelmi s Hitelbank: 10200830-32310236-00000000

Felels kiad: Dr. Igaz Jen gyvezet igazgat.Gazdsz Nyomda Kft. 3534 Miskolc, Szervezet u. 67. Telefon: 06-46/379-530 e-mail: [email protected]

Elfizetsben terjeszti a Magyar Posta Rt. Hrlap zletga 1008 Budapest, Orczy tr 1.Elfizethet valamennyi postn, kzbestknl, e-mailen: [email protected], faxon: 06-1/303-3440. Tovbbi informci: 06-80/444-444

Egy szm ra: 1260 Ft. Dupla szm ra: 2520 Ft.

Klfldn terjeszti a Kultra Knyv s Hrlap Klkereskedelmi Vllalat,

H1389 Budapest, Pf. 149. s a Magyar Mdia, H1392 Budapest, Pf. 272.Elfizethet mg kzvetlenl a szerkesztsgben is.

INDEX: 25 343 ISSN 0016-8572A megjelent cikkek lektorltak.

A kiadvny a Nemzeti Kulturlis Alap tmogatsval jelenik meg.

GPA GPIPARI TUDOMNYOS EGYESLET

mszaki, vllalkozsi, befektetsi, rtkestsi, kutats-fejlesztsi, piaci informcis folyirata

SZERKESZTBIZOTTSGDr. Dbrczni dmelnk

Vesza Jzseffszerkeszt

Dr. Jrmai KrolyDr. Pter JzsefDr. Szab Szilrdfszerkeszt-helyettesek

Dr. Barkczi IstvnBnyai ZoltnDr. Beke JnosDr. Bercsey TiborDr. Bukoveczky GyrgyDr. Czitn GborDr. Danyi JzsefDr. Duds IllsDr. Gti JzsefDr. Horvth SndorDr. Ills BlaKrmn AntalDr. Kalmr FerencDr. Orbn FerencDr. Plinks IstvnDr. Patk Gyula

Dr. Pter LszlDr. Penninger AntalDr. Rittinger JnosDr. Szab IstvnDr. Sznt JenDr. Szcs EditDr. Tmr ImreDr. Tth Lszl

A szerkesztsben kzremkdtt:Dr. Balogh AndrsDr. Lukcs JnosDr. Nagy Gyula

Dr. Trk Imre

Tisztelt Olvas!

A Miskolci Egyetem, a gyri Szchenyi Istvn Egyetem s a Kecskemti F-iskola, mint felsoktatsi partnerek, valamint a Bay-Logi Alkalmazott KutatsiKzhaszn Nonprot Kft. konzorciuma plyzatot nyert el az j Szchenyi TervTrsadalmi Megjuls Operatv Program (TMOP-4.2.2.A-11/1/KONV) keret-ben Jrmipari anyagfejlesztsek: clzott alapkutats az alakthatsg, a h-kezels s a hegeszts tmakreibencmmel. A konzorcium vezetje a MiskolciEgyetem Gpszmrnki s Informatikai Karnak Mechanikai TechnolgiaiTanszke. A 24 hnapos futamidre elnyert tmogats sszege: 473 milli Ft. Aprojekt 2013. janur 1-n indult, a tervezett befejezsi hatrid: 2014. december31.

A projekt f clkitzse a jrmipar, mint clzott felvev ipar ignyei s aze terleten vilgszerte megmutatkoz tendencik gyelembevtelvel integrltanyagtudomnyi s anyagtechnolgiai kutatsok komplex megvalstsa az

egyttmkd konzorciumi tagok, valamint klfldi s hazai partnerintzm-nyek kzremkdsvel.Magyarorszgon a jrmipar a kiemelt stratgiai hzgazatok egyike, magas

hozzadott rtk, a hazai GDP jelents hnyadt biztost tuds-intenzv gazat.A jrmipari fejlesztsek tern a globlis fejlesztsi trendekkel sszhangban az egyik legfontosabb fejlesztsi terlet a jrmvek tmegnek cskkentse. Atmegcskkents f i rnyait anyagtudomnyi oldalrl a nagyszilrdsg aclok,a knnyfmek (elssorban az alumnium), valamint a klnfle szlerstses,polimer mtrix kompozitok alkalmazsa jelenti. E korszer anyagok alkalma-zsa a jrmiparban szles krben alkalmazott anyagtechnolgikkal szembenis j kvetelmnyeket, fejlesztsi ignyeket tmasztanak. A projektben rsztvevpartner intzmnyek kompetencia terlete a korszer j anyagok fejlesztse, saz elzkben emltett anyagtechnolgik (hegeszts, hkezels, kplkenyalak-ts) szinergikus fejlesztse, minl szlesebb kr ipari alkalmazsi lehetsgei-

nek kutatsa, amelyek hozzjrulhatnak a hazai jrmipar nemzetkzi verseny-kpessgnek fokozshoz is. Az elzk alapjn a kutatsi feladat anyag oldalrla klnfle nagyszilrdsg aclok, valamint az autiparban egyre nvekv mr-tkben alkalmazott alumnium s magnzium tvzetek jellemzinek vizsgla-tt, mg technolgiai oldalrl e korszer, j anyagok hegeszthetsgi, hkezelsis alakthatsgi krdseinek elemzst tzte ki clul.

A kutatsok 5 Tudomnyos Mhelyben, 17 K+F tma keretben folynak. Akutatcsoportokban, Tudomnyos Mhelyekben foly munkrl, az eddigi ered-mnyekrl adunk szmot a Gp folyirat e szmban. A kutatsok a bevezetbenemltett projektben az j Szchenyi Terv keretben az Eurpai Uni tmogat-sval, az Eurpai Szocilis Alap trsnanszrozsval valsulnak meg.

Prof. Dr. Tisza Mikls

egyetemi tanr, intzetigazgat

7/23/2019 gep 2013 8

4/64

4 8. SZM GP, LXIV. volm, 2013.

TARTALOM

1. Tisza M.; Kocsisn Ban M.; Marosn Berkes M.;Trk I.:JRMIPaRI anyaGfEJLESZTSEK ............... 5A Miskolci Egyetem vezetsvel hrom magyar felsok-

tatsi intzmny s egy kutatintzet kzs kutatst foly-tat a jrmipari anyagfejlesztsek tmakrben. A szpon-zorlt alapkutatsok az autgyrts fmes s nemfmesanyagaira, az aclok alakthatsgra, hkezelsre shegesztsre irnyulnak.

2. Balogh A.; Gspr M.; Prm L.:a hEGESZTETT SZERKEZETEK KOnVEncI-OnLIS S KORSZER naGySZILRdSGacLJaInaK REndSZEREZSE S hEGESZ-TSI NEHZSGEI .................................................. 7A modern nagyszilrdsg aclok gyors fejldsvel azaclok megalapozott csoportostsi rendszere nem tartottlpst. Szerzk a hegesztett szerkezetek konvencionliss a korszer anyagaira idtll osztlyozsi rendszertdolgoztak ki. A nagyszilrdsg aclok hegesztse sok

problmt hozott felsznre.

3. Balogh A.; Prm L.:fERRIT-MaRTEnSITES (dP) acL VKOny-LEMEZEK ELLEnLLS-POnThEGESZT-hETSGE............................................................... 13Szerzk a svd SSAB ltal gyrtott Docol DP 600, DP800 s DP 1000-es mrkajel nagyszilrdsg autipa-ri acllemezek ellenlls-ponthegeszthetsgt vizsgl-

jk. A DP 600-as acl relatve jl ponthegeszthet, de amsik kt aclminsg klnleges hegesztstechnolgit

ignyel.

4. Gspr M.; Prm L.; Vkony S.; Balogh A.:dP 600 auTIPaRI acL aWI hEGESZTS-nEK VGESELEMES MOdELLEZSE ............. 19A ferrit-martensites DP aclok megkvnt mechanikai

jellemzit a gyrtk klnbz alaktsi s hkezelsifolyamatokkal rik el. A szerkezet instabilitsa hegesz-tsi nehzsgeket okoz. A cikk a vkonylemezek AWIhegesztsnek tervezsekor felhasznlhat vgeselemesmodellezsi lehetsgeket mutatja be.

5. Meilinger .; Lukcs J.:

aLuMnIuMTVZETEK LInERIS dRZS-HEGESZTSSEL KSZLT KTSEINEK

VISELKEdSE ISMTLd IGnyBEVTELESETN ...................................................................... 25A cikkben bemutatott kutatmunka egyrszt a linerisdrzshegesztssel (FSW) ksztett ktsek ismtldterhelssel szembeni ellenllkpessgnek vizsglatra,msrszt egyes Al tvzetek s a bellk FSW eljrssalhegesztett ktsek kifradsi hatrnak vagy tervezsigrbinek meghatrozsra irnyult.

6. Somoski G.:KIS TELJESTMny ELJRS VLTOZaTOKS aZ anyaGTVITEL MdJaI a VdGZaSfOGyELEKTRdS hEGESZTS TERLE-

TN ............................................................................ 31Szerz megksrel klnbsget tenni a hegesztgppiacon jelen lv nagyszm hegeszt eljrs vltozatkztt. Rszletesen foglalkozik a vdgzas, fogyelekt-rds vhegeszts (VFI) kisteljestmny (a rvidvestartomnyban mkd) varinsaival.

7. Dobosy .; Gspr M.; Prm L.; Meilinger .:BESZMOL aZ I. hEGESZTSI nyRIEGyETEMRL ........................................................ 35Idn jliusban rendezte meg a GTE HegesztsiSzakosztlynak Ifjsgi Fruma az I. Hegesztsi NyriEgyetemet a Miskolci Egyetemen. A fiatal rsztvevkszakmai eladsok meghallgatsa utn hangulatos prog-ramokon ismerkedtek egymssal s neves hegesztsiszakemberekkel.

8. Nagy Gy.; Dobosy .; Lukcs J.:KIScIKLuS fRaSZTSnL MEGhaTRO-ZOTT MRSZMOK MEGBZhaTSGa .. 39A cikk a kisciklus frasztvizsglatok sorn mrt para-mterek megbzhatsgval foglalkozik. Tbbek kzttmegllaptst nyert, hogy a feszltsg amplitdk szr-si egytthatja kisebb, mint az anyagvizsglat ltal meg-hatrozott ms feszltsg jelleg mrszmok.

9. Lukcs J.; Kuzsella L.; Dobosy .; Psalaky D.:

hEGESZTSI MELEGREPEdS-RZKEny-SG MEGTLSE fIZIKaI SZIMuLcISEGTSGVEL ...................................................... 45Szerzk elemzik a fizikai szimulci s a hegeszthet-sg, valamint a melegrepeds-rzkenysg kapcsolatt.Bemutatjk kt nagyszilrdsg aclon s egy alumni-um-tvzeten a Gleeble 3500 tpus szimultorral vg-zett vizsglataik eredmnyeit.

10. Kerekes G.; Kocsisn B. M.; Felde I.:EdZShEZ aLKaLMaZOTT hTKZEGEKMInSTSE ........................................................... 51A hlsi grbk alakja a htkzegtl s a htkzeg

llapott ler paramterektl fgg. A cikk a htkze-gek fontosabb paramtereinek (hmrsklet, keringtet-si sebessg, koncentrci) a hlssebessgre gyakorolthatst mutatja be.

11. Tisza M.; Kovcs P. Z.:LEMEZanyaGOK aLaKThaTSGa, aZALAKTSI HATRDIAGRAMOK MEGHAT-ROZSnaK VIZSGLaTa ................................ 55A nagyszilrdsg acllemezek hasznlata az autipar-

ban gyakran okoz alakthatsgi problmkat. Szerzkismertetik az acl finomlemezek alakthatsgnak meg-tlsre leginkbb alkalmas alaktsi hatrdiagramokra

irnyul elmleti s ksrleti vizsglataikat.

7/23/2019 gep 2013 8

5/64

GP, LXIV. vfolyam, 2013. 8. SZM 5

JRMIPARI ANYAGFEJLESZTSEK

MATERIAL DEVELOPMENTS FOR THE AUTOMOTIVE INDUSTRY

Dr. Tisza Mikls*

Kocsisn dr. Ban Mria**

Dr. Marosn dr. Berkes Mria**

Dr. Trk Imre***

1.

Bevezets, elzmnyek

Hrom felsoktatsi intzmny a Miskolci Egyetem, agyri Szchenyi Istvn Egyetem s a Kecskemti Fisko-la valamint a Bay-Logi Alkalmazott Kutatsi Kzhasz-n Nonprofit Kft. konzorciuma sikeres plyzatot nyert elaz j Szchenyi Terv Trsadalmi Megjuls OperatvProgram (TMOP-4.2.2.A-11/1/KONV) keretben Jr-mipari anyagfejlesztsek: clzott alapkutats az alakt-

hatsg, a hkezels s a hegeszts tmakreiben cm-mel. A konzorcium vezetje a Miskolci Egyetem G-

pszmrnki s Informatikai Karnak Mechanikai Tech-nolgiai Tanszke. A 24 hnapos futamidre elnyerttmogats sszege: 473 milli Ft.

2.

A projekt clkitzsei

A projekt fclkitzse a jrmipar, mint clzott felvevipar ignyei s az e terleten vilgszerte megmutatkoztendencik figyelembevtelvel integrlt anyagtudomnyis anyagtechnolgiai kutatsok komplex megvalstsa azegyttmkd konzorciumi tagok, valamint klfldi shazai partnerintzmnyek kzremkdsvel.Magyarorszgon a jrmipar a kiemelt stratgiai hz-gazatok egyike, magas hozzadott rtk, a hazai GDPjelents hnyadt biztost tuds-intenzv gazat. A vi-

lgmret globlis versenyben az autipari fejlesztseketszmos, gyakran egymsnak is ellentmond kvetelmnysztnzi: fogyaszti oldalrl a gazdasgos zemeltetsmellett a fokozd teljestmny, biztonsg s knyelemignye a meghatroz, mg a krnyezetvdelem szem-pontjait tkrz trvnyi elrsok a gpjrmvek krosanyag kibocstsnak egyre szigorod kvetelmnyeitrjk el. Ezek az elvrsok rszben sszhangban vannak,rszben olyan ellentmondsos kvetelmnyeket tmaszta-nak, amelyek kielgtse j anyagok s j eljrsok al-kalmazst ignyli. A jrmipari fejlesztsek, mint ki-emelt gazdasgfejlesztsi program egyik legfontosabbfejlesztsi terlete a jrmvek tmegnek cskkentse. A

tmegcskkents f irnyait anyagtudomnyi oldalrl anagyszilrdsg aclok, a knnyfmek (elssorban azalumnium), valamint a klnfle szlerstses, polimermtrix kompozitok alkalmazsa jelenti. Az elzk alap-

jn a kutatsi feladat anyag oldalrl a klnfle nagyszi-lrdsg aclok, valamint az autiparban egyre nvekv* egyetemi tanr, intzetigazgat

** egyetemi docens

*** c. egyetemi tanr

mrtkben alkalmazott alumnium s magnzium tvze-tek jellemzinek vizsglatt tzi ki clul.

Az albbi bra az utbbi vtizedek aclfejlesztsneknemzetkzi tendenciit foglalja ssze, amely az anyagku-tatsok firnyait is kijelli a projektben.A partner-intzmnyek kompetencia terlete a korszerjanyagok fejlesztse, minl szlesebb kr ipari alkalma-zsi lehetsgeinek kutatsa, amelyek hozzjrulhatnak ahazai jrmipar nemzetkzi versenykpessgnek fokoz-shoz is.A kutatsok 5 Tudomnyos Mhelyben 17 K+F tmakeretben folynak, amelyekrl rvid sszefoglal lerstezen a poszteren kzlnk, a Tudomnyos Mhelyekben

foly kutatsok eredmnyeit a konferencia szekcikbanelhangz orlis eladsok s a killtott tovbbi poszterekmutatjk be.

3. Hegesztsi kutatsok

A Hegesztsi Tudomnyos Mhelyben a jrmipari ha-gyomnyos s j fejleszts nagyszilrdsg aclok, alu-mnium tvzetek hegesztsnek kutatsa, a technolgiaiparamterek numerikus optimalizlsa, a hegesztsi fo-lyamatok vgeselemes modellezse s fizikai szimulci-ja a f feladat. Ennek keretben a kvetkez K+F prog-ramok megvalstsa folyik:

1. Vkonylemezek ellenlls- s mleszt hegeszt-hetsgi feltteleinek kutatsa

2.

Hidegen alaktott s bevonatolt lemezek he-geszthetsge

3.

Hegesztett ktsek egyenrtksgi kritriumai-nak vizsglata

4.

Hegesztsi technolgik tervezse s optimaliz-lsa

4.

H- s felletkezels kutatsok

A Miskolci Egyetem Mechanikai Technolgiai Tanszkea klnfle termokmiai kezelsek tern elismert kutat-hely. Ennek alapjn a H- s Felletkezelsi TudomnyosMhelyben ez a tmakr fontos kutatsi terlet, amelyetazonban j terletekkel is bvtettnk. A Tudomnyos

Mhelyben a kvetkez K+F programok megvalstsafolyik:1. Innovci s technolgia-transzfer a termokmi-

ai eljrsok terletn2.

A jrmiparban hasznlatos htsi kzegek ht-si teljestmnynek meghatrozst s a htsieljrs optimalizlst megalapoz mrsi sszimulcis mdszer kifejlesztse

3. Komplex felletvizsglati mdszerek kidolgoz-sa a h- s felletkezelsi technolgik fejleszt-se cljbl

7/23/2019 gep 2013 8

6/64

6 8. SZM GP, LXIV. vfolyam, 2013.

5.

Kplkenyalaktsi kutatsok

A kplkenyalakts a jrmiparban klnsen a karosz-szria alaktsban meghatroz technolgia. Ez az a ter-let, ahol a korszer nagyszilrdsg aclok alkalmazsaaz utbbi vtizedekben a legnagyobb volt. Ennek megfe-lelen az Alaktsi Tudomnyos Mhelyben a jrmiparihagyomnyos s j fejleszts nagyszilrdsg aclok,

alumnium tvzetek alakthatsgnak kutatsa, j alak-t eljrsok kidolgozsa kiemelt jelentsg. Ebben aTudomnyos Mhelyben a kvetkez K+F programokmegvalstsa folyik:

1. Hagyomnyos s extra-nagyszilrdsg aclokalakthatsgnak kutatsa

2.

j, innovatv alakt technolgik kidolgozsa3. Integrlt technolgiai s szerszmozsi rendsze-

rek fejlesztse

6. Nemfmes jrmipari anyagkutatsok

Ebben a Tudomnyos Mhelyben a fmes anyagok mel-lett a jrmiparban is egyre nagyobb jelentsgre szerttev mszaki manyagok, polimerek, nano-kompozitokkutatsa folyik az albbi K+F tmkban:

1.

Mszaki manyagok, j polimer technolgikkutatsa

2. Polimer nano-kompozitok s nano-fzissal ers-tett kermia kompozitok vizsglata

3.

Grafn nanolitogrfiai szimulcis kutatsok4. Porzus, rcsos megtmaszts hjszerkezetek

kutatsa

7. Technolgiai marad feszltsgekkel kapcsolatoskutatsok

A klnfle technolgik, megmunklsok gyakraneredmnyeznek jelents marad feszltsgeket az alkatr-szekben, szerkezetekben, amelyek a szerkezetek lettar-tamt is befolysoljk. Ezrt is tztk ki clul a technol-giai marad feszltsgek vizsglatt is, amely az albbiK+F tmakrkben folyik:

1.

A technolgiai marad feszltsgek modellezses alkalmazhatsguk a jrmiparban

2. A technolgiai marad feszltsgek mrsi md-szereinek kutatsa

3. A technolgiai marad feszltsgek hatsa a he-gesztett jrmipari szerkezetek integritsra

8. Ksznetnyilvnts

Az ismertetett kutatsok az AutoTech rvid nvvel jelltTMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0029. Jrmiparianyagfejlesztsek projektben valsulnak meg az j Ma-gyarorszg Fejlesztsi Terv keretben, az Eurpai Uni s

az Eurpai Szocilis Alap finanszrozsban.

ANYAGVIZSGLAT * HEGESZTS * HKEZELS * KPLKENYALAKTS

OKTATS * KUTATS-FEJLESZTS * SZAKRTS

MISKOLCI EGYETEMGPSZMRNKI S INFORMATIKAI KAR

ANYAGSZERKEZETTANI S ANYAGTECHNOLGIAI INTZETALKALMAZOTT ANYAGTUDOMNY* TECHNOLGIATERVEZS * KONSTRUKICS

TERVEZSANYAGTECHNOLGIAI (BSc SZAKIRNY) * HEGESZTSTECHNOLGIAI (MSc SZAKIRNY)

NEMZETKZI HEGESZT SZAKIRNY TOVBBKPZSI SZAK IWE/EWE KPZS

SZMTPES TERVZS S GYRTS SZAKIRNY TOVBBKPZSI SZAK

3515 MISKOLC-EGYETEMVROS *TEL. +36 46 565 164 * FAX: +36 46 561 504 *

7/23/2019 gep 2013 8

7/64


A HEGESZTETT SZERKEZETEK KONVENCIO-NLIS S KORSZERNAGYSZILRDSG

ACLJAINAK RENDSZEREZSE S HEGESZTSINEHZSGEI

CLASSIFICATION AND WELDING DIFFICULTIES OF CONVENTIONALAND ADVANCED STEELS FOR WELDED STRUCTURES

Dr. Balogh Andrs*, Gspr Marcell**,Prm Lszl**

Abstract

In the last three-four decades steel as the most importantbase material of present and future welding structures has

progressed in unimaginable measure. Steel grades devel-

oped on new theoretical bases and manufacturing proce-dures can not be listed into the traditional categories,

while new and widely accepted grouping system does not

exist. Focusing on automotive steel sheets and on themedium and thick plates of the moving or mobile welded

structures a new classification system was elaborated. Thenew system is based on the kmmaterial constant can becalculated as the product of Rmultimate tensile strength

and the Altotal elongation, therefore it can be applied notonly for conventional high strength steels (CHSS) but for

the available first, and the presently developed second and

third generations of advanced high strength steels(AHSS). Arc and resistance welding tasks of the CHSS

and AHSS have brought new welding difficulties to the

surface, whose solution seems not to be a simple matter.

1. Bevezets

A vilg orszgainak anyagfelhasznlsi adataibl jl lt-hat, hogy a korszernek tekintett szerkezeti anyagok(elssorban a kompozitok s polimerek) bizonyos foktrnyerse mellett ma is a fmek s fmtvzetek (tovb-biakban a rvidsg kedvrt afmek) tekinthetk a legfon-tosabb szerkezeti anyagnak s a gyrtsi adatok, valaminta felhasznlsi trendek arra utalnak, hogy ezen a tren azelkvetkezend vtizedekben sem lesz jelents vltozs[1].A hozzfrhetsg, a komplex tulajdonsgok s nem utol-s sorban az rviszonyok komplex nzpontjbl knnyenbelthat, hogy a 21. szzad elejn, a fmcsoporton bellaz aclok (mint vastvzetek), valamint kisebb mrtkbenaz alumniumtvzetek, esetenknt extra clokra a nikkel- s titntvzetek tekinthetk a mrnki clokra legin-kbb alkalmas szerkezeti anyagoknak.

* egyetemi docens

** PhD hallgat

A vasrc elfordulsi gyakorisga, az acl jl kidolgozotts nem tl bonyolult ellltsi technolgija, kivl fizi-kai s mechanikai jellemzi, j feldolgozhatsga, tarts-sga, sokflesge, az aclhulladk egyszerjrahasznos-tsi lehetsge az aclt a jelenkor s a kzeljvlegfonto-sabb szerkezeti anyagv teszi. lltsunkat azzal a pld-val illusztrljuk, amely szerint egy tbbfle anyagflesget

tartalmaz tipikus tmeggyrtmnyban (egy 2010-es tla-gos autban) legalbb 64 % acl tallhat [2].

2. Szilrdsg szerinti aclcsoportosts

A tervezk (s bizonyos mrtkig a felhasznlk) szmraa legfontosabb informci az acl szilrdsga. Az aclokszilrdsg szerinti csoportostsra trtnelmileg tbbfogalom (nagyszilrdsg; nvelt folyshatr; nagyszi-lrdsg, alacsonyan tvztt (HSLA)) terjedt el, amelyekma mr elavultak, vagy rtelmezsi zavarok miatt flreve-zetek. A 20. szzad vgn pldul a 355 MPa-t meghala-d folyshatr aclok nagyszilrdsgnak szmtottak, spl. a hdptsben vagy ms lenjr hegesztett szerkeze-

teknl is nehezen terjedtek a 420 s 460 MPa szilrdsg-kategrij aclok.A nagy vltozst rszben a sajt tmeg cskkentsreirnyul trekvsek (nmozg vagy szlltott szerkezetek,mint a kzti jrmvek, daruk, fldmunkagpek, hadiiparitermkek), rszben a megnvekedett acligny s a gyr-tkapacitsok kztti egyensly megbomlsa (Kna, Ko-rea, India aclhsge [1, 4, 5]) indtotta el. Soha nem ltottmrtkben gyorsult fel az aclok (fknt a hegesztett szer-kezetek acljainak) szilrdsgnvelse.J plda a szilrdsgnvelssel egytt jr tmegcskke-nsre, hogy a vilg dinamikusan nvekv autgyrtsaellenre az autipar ltal ignyelt s felhasznlt aclmeny-nyisg mrtkad prognzisok szerint a kvetkez 10vben a jelenlegi vi 120 milli tonnban llandsul [2].Ez a mennyisg hozzvetlegesen a vilg egy havi acl-termelsvel, vagy Kna vi acltermelsnek ktszeres-vel egyenl[5].rdekes vons, hogy a kzelmltban a szilrdsgnvelstmr nem a drga makrotvzssel kvntk megoldani,hanem mindenekeltt az aclokra vonatkoz fmtani is-meretek szleskrfelhasznlsra, a kiksztsi technikafejlesztsre (stmetallurgia, mikrotvzs, zrvnyalakszablyozs, vkuumozs) mellett j gyrtstechnolgiai

Dr. Balogh Andrs*, Gspr Marcell**,Prm Lszl**

7/23/2019 gep 2013 8

8/64


elvek (termomechanikus kezelsek, szemcsefinomt s

nemest, vagy kvzinemesthkezelsek) alkalmazsra(vagyis olcsbb megoldsokra) trekedtek [3]. Az ered-

mnyl kapott aclstruktra a hegesztsi folyamatban

krosodik s ksbbiekben nem reproduklhat, ezrt ahegeszthetsget a karbontartalom alacsony rtken tart-

sval, az egyenrtk karbontartalom korltozsval, a

szennyeztartalom erteljes cskkentsvel s az alkal-mazhat falvastagsg felshatrnak limitlsval kvn-

tk javtani [4].

Az aclok szilrdsg szerinti csoportostsra ma mgnincs egysges llspont. Ilyen csoportostsi rendszer

megalkotsa az aclgyrtsban mrtkad orszgok fld-rajzi elhelyezkedse, az SI-tl eltr mrtkegysgek

hasznlata, felfogsbeli klnbsgek (tudomnyos iskolk

eltrsei) s a gyorsan vltoz aclvlasztk miatt nagy

nehzsgekbe tkzik. Az is problms, hogy a szilrd-sghatrok elmleti jellemzkhz nem, vagy csak tttele-

sen kthetk, ezrt a hatrrtkek klnfle megfontol-sokra hivatkoz deklarcin alapulnak.

2.1. Konvencionlis aclok s konvencionlis nagy-

szilrdsg aclok

Az egysges s szles krben elfogadott szilrdsgcsopor-

tosts hinyban a konvencionlis ([conventional] jelz-

vel klnbztetjk meg az ebbe a krbe tartoz aclokataz jonnan fejlesztett, korszer [advanced]acloktl). A

hegeszthet aclok csoportostsra az 1. tblzatban

bemutatott, az amerikai szilrdsgegysgben kifejezetthatrokat is figyelembe vevjavaslatot tesszk.

Szilrdsgi

osztly

Angol

rvidts

Szakt-

szilrdsg

Rm,MPa

Szakt-

szilrdsg

Rm,ksi

Folyshatr

Rp0,2MPa

Anyag-

konstans

km=Rm*Al

Kis-szilrdsg acl LSS 250-400 1000 10000

1. tblzat: A konvencionlis aclok szilrdsgi osztlyai

2.2. Elsgenercis korszer nagyszilrdsg ac-

lok

A jl ismert s rgta felhasznlt konvencionlis nagyszi-lrdsg acloktl (amelyeket kzismertsgknl fogva

legtbbszr a konvencionlis jelz nlkl emlegetnk) a

korszer(nagyszilrdsg) aclokat az klnbzteti meg,hogy fejlesztskkor a tervezsi (szilrdsgi) kvetelmny

mellett a gyrtsra val alkalmassgra (adott esetben a

szakadsi nylssal jellemzett alakvltozkpessgre) iskiemelt figyelmet fordtottak [6].

A fm(tvzet)ek (kzttk az aclok) ltalnos tulajdon-

sga, hogy a szilrdsggal fordtott arnyosan cskken az

alakthatsguk, vagy ms szval kplkenysgk. Ha aszilrdsgi jellemznek a szaktszilrdsgot (Rm), alak-

vltozsi jellemznek az ljeltvon (l jeltv egyezmnye-sen 80 mm, vagy a prbatest tmrjnek tszrse, illet-

ve tzszerese) mrt (szzalkos) szakadsi nylst (Al)

vlasztjuk, akkor j kzeltssel:

m lR A const (1)

Nevezzk az aclcsoportra jellemz lland rtketanyagkonstansnak s jelljk km-mel:

m l mR A k (2)

Az brzolsnl szoksos Al- Rmskon egy hiperbolikus

fggvnyt kapunk eredmnyl:

ml

m

kA

R (3)

A [7] diagramjt alapknt felhasznl 1. brn jl lthat,

hogy a klnfle aclcsoportok az Al- Rm skon a (3)sszefggst kvethiperbolikus svban helyezkednek el.

(A klnfle aclok angol nevt s rvidtst a 2. tblzattartalmazza).

7/23/2019 gep 2013 8

9/64


Jel Acltpus Jel Acltpus

IF Interstitial Free CMn Carbon Manganese

MILD Mild HSLA High Strength Low Alloy

IS Isotropic DP-CP Dual Phase - Complex Phase

BH Bake Hardened TRIP Transformation Induced Plasticity

IF-HS Interstitial Free -High Strength MART Martensitic

2. tblzat: A konvencionlis kisszilrdsg (fekete), a konvencionlis nagyszilrdsg (zld)s a korszernagyszilrdsg aclok (kk) jellsei

LSS UHScSHSSMSS

200

60

Szaktszilrdsg, Rm

, MPa

Szakadsinyls,

Al,

%

DP,CP

CMnTRIP

HSLA

MART

IF

BH

IS

Korszernagyszilrdsgaclok (AHSS)

km

=10000

Konvencionliskisszilrdsgaclok (CLSS)

Konvencionlisnagyszilrdsgaclok (CHSS)

70

50

40

30

20

10

0 4000 600 800 1 000 1200 1400 1600 1800

Mild

km

=15000

km

=20000

HS, IF

1. bra: Klnfle konvencionlis s korszer nagyszi-lrdsg aclok a szakadsi nyls - szaktszilrdsg

diagramban

Nagyszm aclminsg statisztikai feldolgozsval gy

talltk, hogy a konvencionlis aclokra az anyagkonstansj kzeltssel s kerektssel 10000 MPa % rtket vesz

fel. Szemlltetsknt az 1. brba berajzoltuk a 10000,

15000 s 20000 MPa %-hoz tartoz kmgrbket. Az braarrl tanskodik, hogy a konvencionlis kis-, kzepes-,

nagy s ultranagy-szilrdsg aclok a 10000-es hiperbo-

ln helyezkednek el. A korszer aclok kzl a MARTaclok mezejnek kzpvonala ugyanerre a 10000-es

hiperbolra illeszkedik, ugyanakkor DP-CP aclok a

15000-es grbhez, a TRIP aclok a 20000-es grbhezkzel helyezkednek el.

Chung s Kwon lthatan ugyanazt a forrsdiagramot

felhasznlva a DP s CP aclokat a 2. brn lthat mdona 15000-es, a TRIP aclokat a 20000-es hiperbolra he-

lyezi el [8]. A klnbsgek egyik fforrsa az idkzben

az aclgyrtsban bekvetkezett fejlesztsekben, msik aprbatestek jeltvolsgnak eltrsben kereshet: a rvi-

debb jeltvon mrt szakadsi nylsok ltalban (minden

olyan esetben, amikor a szakadsi helyen az egyenletesnylst meghalad nyls jn ltre) nagyobbak, mint a

hosszabb jeltvhoz tartozk. A problma cskkenne, hamindentt 10 mm-es prbatest-tmrt s azonos (pl.

80 mm hosszsg) jeltvot hasznlnnak.

200 400 600 800 1000 1200 14000 1600

10

0

20

30

40

50

70

60

Szaktszilrdsg, Rm

[MPa]

Szakadsinyls,

Al

[%]

DP,CPCMn

HS, IF

XHSS

TRIP

HSLA

MART

IF

BH km=40000

km

=60000

km

=15000

Harmadikgenercis

AHSS

UHSS

Msodikgenercis

AHSSISMild

km

=10000

km

=20000

2. bra:A msodik (km=40 000) s harmadik genercis

(km=60 000) korszernagyszilrdsg aclok a szakadsi

nyls - szaktszilrdsg diagramban

A 2. brn a kisszilrdsg aclok (LSS, vilgoszld) s a

konvencionlis nagyszilrdsg aclok (CHSS, vilgos-szrke) szn szerint is elklnlnek az elsgenercis

nagyszilrdsg acloktl (AHSS, sttszrke). Ebben a

vonatkozsban a jells meglehetsen kvetkezetlen,mivel a km anyagllandra alapozott osztlyozsi rend-

szerben a km=10 000-es hiperboln elhelyezkedmartensites (MART) aclok nem nevezhetk korszernek;

ezek valjban az jonnan (legalbbis a jl ismert HSLA

aclok utn) kifejlesztett konvencionlis, nagyszilrdsg

aclok (CHSS) kategrijba kellene, hogy tartozzanak.A km=15000-es s a km=20000-es hiperbola (az 1. brn

encin szn) acljai a konvencionlishoz viszonytvanvelt kplkenysggel rendelkeznek, ezrt ezeket mr

joggal nevezhetjk korszernek. Feltehet, hogy nhny

v mlva, amikor a korszernagyszilrdsg aclok m-sodik s harmadik genercija mr minden bizonnyal tbb

aclcsaldot fog tartalmazni s elterjedtebb lesz, valsz-

nleg, mint kvzi korszernagyszilrdsg aclok, vagymint tmenet a korszernagyszilrdsg aclok felelne-

vezst fogjk relisnak tartani.A rendszerezsi szempont kvetkezetes alkalmazsa aztkveteli, hogy az elz kt bekezdsben megnevezett

aclokat (vagyis a HSLA aclok utn kifejlesztett minden

olyan aclt, amelyek nagyszilrdsgak s anyag-konstansuk nem haladja meg a km=20 000-t, elsgenerci-

s nagyszilrdsg acl (AHSS) csoportnvvel klnbz-

tessk meg.

7/23/2019 gep 2013 8

10/64


2.3. Msodik s harmadik genercis korszer

nagyszilrdsg aclok

A valdi korszernagyszilrdsg aclok a km=40 000-es

(msodik genercis, vagy extra-nagyszilrdsg aclok)

s a ma mg kiss utpisztikus km=60 000-es (harmadikgenercis, vagy ultra-nagyszilrdsg aclok) hiperbol-

hoz tartoznak. Mindkt aclcsoport tagjai a szilrdsguk-

hoz kpest igen nagy (az elsgenercis korszer nagy-szilrdsg aclokhoz viszonytottan legalbb ktszeres,

illetve hromszoros) alakvltozkpessggel (szakadsi

nylssal) jellemezhetk (3. tblzat).

Szilrdsgi

osztly

Angol

rvidts

Szakt-

szilrdsg Rm,MPa

Szakt-

szilrdsg Rm,ksi

Folyshatr

Rp0,2MPa

Anyag-

konstanskm=Rm*Al

Msodik genercis (extra-nagy-

szilrdsg) korszeraclokXHSS 600-1400 90200 5001300 40000

Harmadik genercis (ultra-

nagyszilrdsg) korszeraclokUHSS 850-1400 120200 7001300 60000

3. tblzat: A korszernagyszilrdsg aclok (AHSS) msodik s harmadik genercija

Ez a nagy kplkenysg az acloktl szinte elkpzelhetet-

lenl szokatlan s a httrben vals 21. szzadi elmleti

felfedezsek s aclgyrtsi innovcik sorozata kell,hogy lljon.

3. A kmanyaglland fizikai tartalma

A korszernagyszilrdsg aclok kifejlesztst az aut-

ipari gyrtk kezdemnyeztk abbl a clbl, hogy a nagyszilrdsg mellett az aclok egyidejleg (kplkenyen) jl

alakthatk is legyenek. Ez a trekvs jrulkosan egyjabb fontos anyagtulajdonsg javulsval is jrt. Ennek

bizonytsra a 3. bra szolgl.

Az bra azt mutatja, hogy azonos szilrdsg, de klnb-zszakadsi nyls aclok esetben a R-skon a fgg-

vnygrbe alatti terlet nagyon klnbz, vagyis a pr-

batestek trsig klnbz munkt kell az acl prba-

testbe bevezetni. Ebbl a tnybl kiindulva az 1960-asvek elejn Gillemot az aclok szvssgnak jellemzs-

re bevezette a fajlagos trsmunkt (Wc) [9, 10].

Valdi nyls,

Valdifeszltsg,

R'

Valdifeszltsg,

R'

Valdi nyls,

Rp0,2

R'u

R'u

Rp0,2

3. bra: Azonos szilrdsg, eltralakvltozkpessg

aclok valdi feszltsg-valdi (marad) nyls diagram-

ja. A fggvnygrbk alatti terlet a fajlagos trsmunk-val arnyos

A fajlagos trsmunka (J/cm3mrtkegysggel) a bemet-

szs nlkli, sima szakt prbatest esetben a klserk

egysgnyi trfogatra vonatkoztatott munkjt jellemzi aszakads helyn. Az llapotjellemzktl (hmrsklet,

terhelsi sebessg, feszltsgllapot) fgg fajlagos t-

rsmunka az anyag szvssgt jellemz szerkezet-

rzketlen mrszm [11]. Szakt prbatestnl ez a mun-

ka j kzeltssel megegyezik a kplkeny alakvltozsimunkval, amely a kvetkezsszefggssel szmthat:

u u u

0 0

L L

c

L L 0

F dL F dLW R d

V S L

(4)

A (4) sszefggs tnylegesen a valdi feszltsg - valdi

nyls diagram alatti terletet jelenti, amit numerikus

integrlssal vagy planimetrlssal lehet pontosan megha-trozni. Kzelt szmtsra tbb mdszer ismert, ame-

lyek kzl itt most a legegyszerbbnek ltsz Markovecfle sszefggst emeljk ki [12]:

'm uc u

R RW

2

(5)

Az sszefggs szrmaztatsa a 4. bra alapjn kvethet.

Valdi nyls,

Mrnkifeszltsg,

R

Valdifeszltsg,

R'

Mrnki nyls,

ReH

R'u

Rm

Ru

Rm

eH

u

2

'm u

c u

R R

W

4. bra: A fajlagos trsmunkval arnyos diagram alattiterlet s kzeltse

A 4. bra bal s jobb oldali rszt s a grbe alatti terletetmegad integrlokat sszehasonltva lthat, hogy a

mrnki feszltsg-mrnki nyls diagram alatti terlet

nem egyezik meg a valdi feszltsg-valdi nylsdiagram alatti terlettel, de mivel a ktfle feszltsg s a

ktfle nyls kztt matematikai sszefggs ll fenn, a

mrnki rendszer diagramja alatti terlet arnyos atrsmunkval. Tovbbi kzeltssel a diagram alatti

7/23/2019 gep 2013 8

11/64


terlet az RmAl szorzattal vagyis a km anyagllandvalhelyettesthet. Ezzel kimondhat, hogy az anyagllands a fajlagos trsmunka kztt szoros kapcsolat ll fenn,teht az aclok anyagllandja egyfle szvssgimutatnak foghat fel.Gillemot L. munkatrsai (Czoboly, Havas, Gillemot F.)kimutattk, hogy a fajlagos trsmunka s egyestrsmechanikai mrszmok kztt bizonyoskrlmnyek kztt szoros kapcsolat van [10]. Az 5. braszerint pl. a fajlagos trsmunka s a KICtrsi szvssgkztt lineris regresszi ll fenn.

50 100 150 200 250

50

00

100

150

200

250

KIC

hagyomnyosan mrve, MPa m0,5

KICaWC-blszmtva,

MPam0,5

5. bra: A fajlagos trsmunkbl szmtott s a hagyo-mnyosan mrt KIC rtkek sszehasonltsa

4.

A fajlagos trsmunka s a trstesztek

A fajlagos trsmunka az anyagok kplkeny trsheztartoz jellemz. Knnyen belthat, hogy a komplettautk, vagy az autk felemeinek trstesztjnek (ahol akplkeny trs dominl) eredmnye a tervezsimegoldsokon (mechanikai oldal) kvl nagymrtkben

fgg az tkzssel krostott anyagok fajlagostrsmunkjtl (anyagoldal). Az tkzskor az autvzf szerkezeti elemei rugalmasan, majd kplkenyendeformldnak, mikzben az alakvltozshoz szksgesenergit elnyelik. Mivel az elzkben bemutatottgondolatmenet szerint a km anyagjellemz a (nem-rugalmas) trsmunkval sszefggsben van, ezrt akorszer anyagok szerkezeten belli tkzsiviselkedsnek elzetes jellemzsre s ezen tlmenenaclfejlesztsi s anyagkivlasztsi szempontknthasznlhat fel.

5. A korszer nagyszilrdsg aclok hegesztsi vi-selkedse

Az aclok fejlesztsekor az elsdleges cl a szilrdsgn-vels volt, amihez az autgyrtsi ignyek kielgtsre ajvben kifejlesztend korszer nagyszilrdsg aclok(XHSS s UHSS) esetben az alakthatsgi szempontotprostottk. Az is lthat, hogy csak azoknak a korszeracloknak van/lesz sikere, amelyek a piac ltal elfogadha-t kltsggel gyrthatk.Ugyanakkor azt is ltni kell, hogy a konvencionlis nagy-szilrdsg s a korszernagyszilrdsg aclok fejleszt-sekor a f (gazdasgi s mechanikai) szempontok mellett

a j hegeszthetsg biztostsa annak ellenre is csakmsodlagos volt, hogy ezeket az aclokat hegesztett szer-kezetekben (elssorban njr s mozgatott szerkezetek-ben) alkalmazzk.Milyen hegeszthetsgi nehzsgekkel kell szmolnunkezeknek az acloknak a hegesztsekor?1. A konvencionlis nagyszilrdsg aclok alacsonykplkenysgi tulajdonsga fokozott repedsveszlytprognosztizl, ami a hegesztmrnkk rmlma s elh-rtsa kltsges s fegyelmezett gyrtst ignyel (elmele-gts, szablyozott hlsid, hzott varratok, rtegkzihmrsklet, minsgfelgyelet, szemlyi s berendezsifelttelek). A korszer nagyszilrdsg aclok nagyobbnylsbl ereden ez a problma elre lthatan mrs-keltebb lesz.2. Az aclgyrtk minimlis makro- s mikrotvzsmellett sszetett gyrtsi technolgival (szablyozott(hengerlsi) melegalakts s bonyolult hkezelsek)operlnak, amelyeknek az eredmnye olyan instabilanyagszerkezet (szemcse- s szvetszerkezet, rcshibk),amelyet az egyes sorokhoz tartoz hegesztsi hciklusok

tbbnyire rossz irnyba vltoztatnak s ezek a vltozsoksem a hegeszts sorn, sem a hegeszts utn nem lltha-tk vissza.3. Az exogn mleszt hegeszts hozaganyagai a he-geszts sorn megolvadnak, majd kristlyosodnak, ezrtugyanazon az elven nem gyrthatk, mint az alapanyagok.A hozaganyagok megfelel szilrdsgi s fknt kpl-kenysgi jellemzi csak az alapanyagt jval meghaladmakro- s mikrotvzssel rhetk el, ami nem csak drgamegolds, de a hegesztett ktsben szksgszeren olyanheterogenitst okoz, amelynek kvetkezmnyeit ma mgnehz elre ltni.sszessgben az alapanyagok s a hegesztskhz al-kalmazott hozaganyagok sszehangolsa (matching) semgrkezik knny feladatnak. Valsznleg felrtkeldikaz undermatcing elven trtn hozaganyag-vlaszts.Ennek a krdsnek a megnyugtat megoldsa tovbbikiterjedt s intenzv kutatsokat ignyel, amire a trelmet-len felhasznlk aligha hajlandk elegenden hossz idtbiztostani.

6. sszefoglals

Az autipar jkeletversenykpessgi, let- s krnyezet-vdelmi ignyeinek (tmegcskkents, krosanyag-kibocsts mrsklse, hulladkhasznostsi lehetsg,trstesztek) kielgtsre j tpus aclokat fejlesztettekki s terveznek kifejleszteni. Az j aclok rendszerezse

tern kaotikus llapotok uralkodnak, ezrt a tisztnltsrdekben az albbiakban egy kvetkezetes osztlyozsratesznk javaslatot. Felhvjuk a figyelmet arra is, hogy azalapveten hegesztett szerkezetek gyrtsra sznt aclok-nl a hegesztsi szempontokat nem (elgg) vettk figye-lembe, ezrt a beptsk sorn komoly, (rszben megold-hatatlan) hegeszthetsgi problmkkal kell szembenzni.

1. Konvencionlis aclok (Conventional steels, CS)azok az aclok, amelyek kmanyagllandjnak k-zprtke 10 000. A konvencionlis aclokon bellszilrdsgi szempontbl kis-, kzepes, nagy- s ult-

7/23/2019 gep 2013 8

12/64


ra-nagyszilrdsg aclokat klnbztetnk meg.A szilrdsgi hatrok rendre: 400, 600 s1200 MPa, illetve angolszsz egysgben 60, 90 s180 ksi.

2. Els genercis korszer nagyszilrdsg aclok(AHSS) azok az aclok, amelyek szaktszilrds-ga meghaladja a 600 MPa-t (90 ksi) s a kmanyag-llandjuk kzprtkben 15 000 vagy 20 000.

3.

Msodik genercis korszernagyszilrdsg ac-loknak vagy extra nagyszilrdsg acloknak(XHSS) nevezik azokat az aclokat, amelyek szak-tszilrdsga meghaladja a 600 MPa-t (90 ksi) s akmanyagllandjuk kzprtkben 40 000.

4. Harmadik genercis korszer nagyszilrdsgacloknak vagy ultra-nagyszilrdsg acloknak(XHSS) nevezik azokat (a ma mg kiss utpiszti-kus) aclokat, amelyek szaktszilrdsga megha-ladja a 600 MPa-t (90 ksi) s a kmanyagllandjukkzprtkben 60 000.

5. A korszernagyszilrdsg aclok mindhrom ge-nercijnak (AHSS, XHSS s UHSS) kiemelke-

den nagy alakthatsga a konvencionlis aclok-hoz viszonytva egyttal kivl szvssgot iseredmnyez. Ennek bizonytsra a szaktdiagramalatti terlet, a fajlagos trsmunka s a trsmec-hanikai jellemzk kztti korrelci szolgl.

6. A klnbzanyagllandj korszernagyszilrd-sg aclokat eredenden nem a hegesztsi szem-pontok szerint fejlesztettk, ezrt hegeszthetsgk(fknt vastagabb szelvnyek esetben) elmleti sgyakorlati nehzsgekbe tkzik. Elbbi az alap-anyag eredeti llapotnak megolvads utni repro-duklhatatlansgban, utbbi a megfelel hozaga-nyagok hinyban s a kltsges s krlmnyestechnolgiai fogsok elkerlhetetlen szksgess-gben nyilvnul meg.

7. Ksznetnyilvnts

A cikkben ismertetett kutat munka a TMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 projekt eredmnyeire alapozva aTMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0029 jel projektrszeknt az j Szchenyi Terv keretben az EurpaiUni tmogatsval, az Eurpai Szocilis Alap trsfinan-szrozsval valsult meg.

8. Irodalom

[1] Balogh A.; Trk I.; Gspr M.; Juhsz D.: Presentstate and future of advanced high strength steelsJournal of Production Processes and Systems (Publi-cation of the University of Miskolc), Volume 5 (May2012), No 1. p.: 79-90.

[2] Blain, P.: Steel Perspectives for the automotive in-dustry Steel & Automobile, Lutsey, May 31, 2012.

[3] Balogh A.; Prm L.: Az aclminsg, a hidegalakt-si mrtk s a ponthegesztsi technolgia egymsrahatsa Hegesztstechnika, XXIV (2013), 1. szm, p.:41-47.

[4] Balogh A.; Gspr M.: Nagyszilrdsg aclok he-gesztsnek standardtl eltr koncepcijaHegesztstechnika, XXIII. (2012), 3. szm, p.: 23-28.

[5] World Steel Association: Steel Production 2012www.wordsteel.org

[6] International Iron and Steel Institute.: AdvancedHigh Strength Steel (AHSS) Application Guidelines.

Version 3. September, 2006. www.wordautosteel.org[7] World Steel Association: Advanced High Strength

Steel (AHSS) Application Guidelines. Version 4.1.,June, 2009. www.wordautosteel.org

[8] Chung, J.; Kwon, O.: Development of high perfor-mance auto steels at POSCO steels Proc. of the 9thICTP Conference, Gjeongjyu-Korea, September 7-11. 2008. p.: 3-8.

[9] Tth L.: A trsmechanika modelljei s gyakorlatialkalmazsai Anyagvizsglk Lapja (vlogats),2012. p.: 27-42.

[10] Czoboly E.; Havas I.; Orbulov I. N.: Trsi vizsgla-tok a BME Mechanikai Technolgia Tanszken

Anyagvizsglk Lapja (vlogats), 2012. p.: 43-45.[11] Gillemot L.: Anyagszerkezettan s Anyagvizsglat

Tanknyvkiad, Budapest, 1967.[12] Tisza M. (szerk): Anyagvizsglat Miskolci Egyetemi

Kiad, 2008.

7/23/2019 gep 2013 8

13/64


FERRIT-MARTENSITES (DP) ACL VKONYLE-MEZEK ELLENLLS-

PONTHEGESZTHETSGERESISTANCE SPOT WELDABILITY OF FERRITE-MARTENSITE (DUAL-

PHASE) STEEL SHEETS

Dr. Balogh Andrs* Prm Lszl

**

ABSTRACTDue to the material development taking place in the last

four decades application of advanced high strength steels

(AHSS) has came to the front in automotive industry. Fromthe viewpoint of industrial use the ferritic-martensitic (so

called dual phase, DP) steels stand in first place among

the different AHSSs. Because of the varied chemical com-position and the dissimilar manufacturing procedures, the

mechanical properties of the DP steels to be spot weldedchange in relatively wide interval, the weldability of these

steels can be very different. In this paper the resistance

spot weldability of DP 600, DP 800, DP 1000 AHSSgrades made by the Swedish Company SSAB are investi-

gated.

1. Bevezets

Az egyre kisebb zemanyag-fogyaszts irnti igny, azveghzhatst kivlt gzok kibocstsra vonatkoz

nemzetkzi krnyezetvdelmi elrsoknak val megfele-

ls, valamint az aclfelhasznls cskkentse s az jra-hasznosthatsg miatt az autipar rknyszerlt, hogy

egyre kisebb nsllyal rendelkezgpkocsikat gyrtson. Aszba jhet rivlis anyagokhoz (alacsonyabb srsg

fmek s nemfmek) viszonytottan kivl szilrdsgi s

alakvltozsi jellemzkkel rendelkez korszer nagyszi-lrdsg aclok (AHSS) alkalmazsa rvn lehetsg

nylik a clknt megfogalmazott nslycskkents megva-lstsra.

2.

A konvencionlis s korszer nagyszilrdsg ac-lok

Az autipari vkony acllemezek hagyomnyosan ala-csony szilrdsg (LSS), de hideg kplkeny alaktssal

jl feldolgozhat aclbl kszltek. Az 1. brn ilyen azIF, a Mild s az IS jel acl, jellemzen 275 MPa alattifolys- s 400 MPa alatti szaktszilrdsggal [1].

* egyetemi docens

** PhD hallgat

A jrmipar generlta szilrdsgnvelsi igny hatsra az

ezredfordul eltti vtizedekben (hozzvetlegesen 1970utn) megjelentek a valjban kzepes szilrdsg (MSS)

[2, 4], de abban az idben a jobban hangz nagyszilrds-

g nvvel illetett aclok, amelyeket ma konvencionlisnagyszilrdsg aclokknt (CHSS) emlegetnek. Az 1.

bra szerint ide tartoznak az IF-HS, a BH, a CMn s acsoport legismertebb tagjaknt a HSLA aclok [1].

A modern jelzt a nagyszilrdsg aclok el akkor ra-

gasztottk, amikor a korbbi ferrit-perlites acloktl eltrszveteket (bainit, martensit, maradk austenit) tartalmaz,

a korbban ismertekhez mrten nagyobb szilrdsg ac-lokat lltottak el (MART). A korszernagyszilrdsg

aclok tovbbi tpusai (DP-CP, TRIP) azonos szilrdsg

mellett nagyobb szakadsi nylsukkal tntek ki. Az ac-lok jelenlegi szilrdsgi kategorizlsa szerint a DP-CP,

TRIP s MART aclokat elsgenercis nagyszilrdsg

acloknak nevezik, megklnbztetve a msodik gener-cis extra nagyszilrdsg acloktl (XHSS), s a harma-

dik genercis ultra-nagyszilrdsg acloktl (UHSS) [3,4] .A szilrdsg s alakvltozkpessg egyttes jellemzsre

a km anyagkonstans szolgl, amelyet a szaktszilrdsg

(Rm, MPa) s a szakadsi (marad) nyls (A l. %) szorza-taknt definilnak [2, 4, 5]. Az 1. bra jl szemllteti, hogy

egy adott anyagkonstanshoz (pl. km=10 000-hez) tartozaclok az Al- Rm skon egy hiperbolra illeszkednek. A

DP-CP aclok a km=15 000, a TRIP aclok a km=20 000-es

hiperboln elhelyezkedve a specilis autipari ignyeket(trsig elnyelt energia magas rtke s nagymrtk hi-

degalakthatsg) kielgtve az aclok j kategrijt kp-

viselik, amelyre valban rillik a korszer (advanced)jelz.

Az AHSS aclok tovbbi elnye, hogy az Rp0,2/ Rm h-nyadosuk lnyegesen kedvezbb (kisebb), mint a konven-cionlis nagyszilrdsg aclok (BH, HSIF,

CMn,HSLA), ezrt ezeket az aclokat nagyobb alakvlto-

zsi tartalk, s ennek kvetkezmnyeknt kisebb repedsihajlam jellemzi. A nagyobb szilrdsg s alakthatsg

rvn a napjainkban egyre jobban felrtkeldtrstesz-teken is jobban szerepelnek, mint a konvencionlis nagy-

szilrdsg (CHSS) aclok.

Dr. Balogh Andrs* Prm Lszl**

7/23/2019 gep 2013 8

14/64


200 400 600 800 1000 1200 14000 1600

10

0

20

30

40

50

70

60

Szaktszilrdsg, Rm

, MPa

S

zakadsinyls,

Al,

%

DP,CPCMn

HS, IF

TRIP

HSLA

MART

IF

Korszernagyszilrdsg

aclok (AHSS)

km

=20000

km

=10000

km

=15000

Mild

BH

IS

1. bra:Az elsgenercis korszernagyszilrdsg

aclok a szakadsi nyls (Al) - szaktszilrdsg (Rm)diagramban

Az AHSS aclok minden esetben heterogn szvetszerke-

zetek (az angol nyelvszakirodalomban elterjedt tbbf-zis kifejezs azrt megtveszt, mivel az egyszer lgy-

aclok (Mild, IF, IS) is tbbfzisak), a ferrit-perlites

acloktl eltren ltalban szvs ferrit mtrixba gyazott

kemny martensit szigeteket, esetenknt bainitet s/vagymarad austenitet tartalmaznak olyan mrtkben s kom-

binciban, melyekkel a kvnt mechanikai tulajdonsgokelrhetek.

Az UltraLight Steel Auto Body (ULSAB-AVC) program

keretben vgzett kutats eredmnyeknt megllaptottk,hogy egy szemlygpkocsi karosszrijnak 85%-nl lehet

AHSS aclokat hasznlni, s ezltal egy tlagos alapmo-

dellhez kpest akr 25%-os nslycskkentst is el lehetelrni, anlkl, hogy a gyrtsi kltsgek lnyegesen n-

vekednnek [1].

2. bra:LSS, CHSS s AHSS aclok alkalmazsi rszar-

nya egy korszerszemlygpkocsiban

A 2. brn jl lthat, hogy egy korszer szemlygpkocsikarosszrijnak gyrtsa sorn hasznlt acltpusok kzl

a ferrit-martensites szvetszerkezet DP aclok abszolt

tlslyban vannak.

3. Ferrit-martenzites szvet(DP) aclok

A Dual-Phase acl elnevezst a Single-Phase-nek vlt

lgyacloktl (LSS) a heterogn szvetszerkezet hangs-lyozsra elszr a japn Hayami s Furukawa hasznlta

[6] s az elnevezs pontatlansga ellenre gyorsan elterjedt

s ltalnosan hasznltt vlt.A DP-aclok ferrit mtrixba gyazott, finom, diszperz

eloszls, kemny martensit szigeteket tartalmaznak. Avegyi sszettel, ezen bell elssorban a karbontartalom s

a htsi sebessg szablyozsval a martensit arnya

2070 % kztt vltoztathat [7]. Ebbl addan a ke-reskedelmi forgalomban jelentsen eltrszilrdsggal s

alakvltoz kpessggel rendelkezDP aclok kaphatak,

mivel az tvztartalom mellett a martensit mennyisge,mrete s eloszlsa alapvet befolyssal br ezen aclok

mechanikai tulajdonsgaira. A lgy ferrit a j alakthats-got biztostja, mg a kemny martensit az acl szilrdsgt

nveli. Ezt a heterogn szvetszerkezetet ltalban folya-

matos hkezelssel (thz kemencben, vagysfrdben), vagy a meleg hengerlst kvetszablyozott

lehtssel lltjk el[2].

A hkezelsek mindegyiknek az a lnyege, hogy azA1A3 hmrsklet-kzben (az n. interkritikus hmr-sklet-kzben), azaz az +mezben kialaktjk a kvnt

ferrit/austenit szvetarnyt. Ilyenkor az apr austenit

krisztallitokat a jl alakthat ferrit krisztallitjai zrjkkrl. A nagyobb karbon-oldkpessg austenit

krisztallitok C-tartalma ezen a hmrskleten jval megha-ladja az tlagos rtket, ami a belle keletkezmartensit

kemnysgnek nvelst eredmnyezi. Amikor az

interkritikus hmrskletrl az aclt gyorsan htik, aztalakuls sorn az austenitbl martensit keletkezik [4]. A

DP aclok gyrtsa sorn a legnagyobb eltrst az acl

normlis edzshez kpest az jelenti, hogy azaustenitests csak rszleges, ezrt az austenit

krisztallitokat ferrit veszi krl. A martensit keletkezs-vel egytt jr fajtrfogat-nvekeds a ferritben (elssor-

ban a keletkez martensit-szigetekkel szomszdos tarto-

mnyokban) kplkeny alakvltozst okoz. Ennek kvet-keztben a ferritben a diszlokcisrsg jelentsen meg-

n.

A DP aclok igen nagy szaktszilrdsggal(Rm= 5001000 MPa), j szvssggal, valamint vi-szonylag j alakthatsggal (A80= 1530 %), s nagy

sebessg alakvltozs esetn kivl energiaelnyel k-

pessggel rendelkeznek. Az sszetartoz hatrrtkekblszmtsuk ki az anyaglland[4, 5] rtkt:

m m 1k R A 500 30 15000MPa% (1)

m m 1k R A 1000 15 15000MPa% (2)

Tetsn

Docol DP600

C oszlop

Docol DP600

Tetv

Docol DP600

A oszlop

Docol DP600

Ellsoldaltart

Docol DP600

Lkhrt merevtDocol DP800

AjtmerevtDocol DP800

Kereszttart

Docol DP600

B oszlopDocol DP600

3. bra:A DP tpus Docol aclok alkalmazsa egy mo-

dern szemlygpkocsi body in white egysgben

7/23/2019 gep 2013 8

15/64


Ezekbl az igen elnys tulajdonsgokbl kvetkezik,hogy a DP acltpusbl elssorban a gpkocsik lkhrti,A, B s C oszlopai, valamint a karosszria (ajtk, tet,stb.) klnbz merevt elemei kszlhetnek, amelyekjelents energiaelnyelsi kpessgk folytn egy esetlegestkzskor az utasok biztonsgt hivatottak szolglni. A 3.bra a DP aclok alkalmazsi lehetsgeit illusztrlja egynapjainkban gyrtott korszergpkocsinl [8].

4. A ksrleti DP aclok

A hazai autgyri beszllt kis-s kzpvllalkozsokhegesztsi tevkenysge a hagyomnyos lgyaclok mel-lett (pl.: DC01) elssorban a ferrit-martesites szvetanyagminsgre sszpontosul, ezrt a TMOP projektkeretben folytatott kutatsainkhoz ksrleti alapanyagknta Docol DP 600, DP 800, s DP 1000 mrkajel nagyszi-lrdsg vkonylemezt vlasztottuk. A mrkajelben lvszm az acl MPa-ban kifejezett szaktszilrdsgra utal.A svd SSAB-tl beszerzett finomlemezek vastagsgimrete nvlegesen 1,0 mm volt. A lemezeket a gyrt2000 x 1250 mm-es tblamretben, olajozott kivitelben

szlltotta. A lemeztblkat a nagy szilrdsg miatt a szo-ksos tblaolls darabols helyett szmjegyvezrls l-zervg berendezs segtsgvel vgtuk a vizsglatokhozszksges mretre.A Docol DP 600, DP 800, s DP 1000 aclok ponthe-geszthetsgnek vizsglata sorn megvizsgltuk az alap-anyagok mikroszerkezett (ferrit-martensit arny), roncso-lsos anyagvizsglati mdszerekkel meghatroztuk a mec-

hanikai jellemzket, spektromteres vizsglattal ellenriz-tk a lemezek vegyi sszettelt, amely alapjn a hegeszt-hetsgk megtlst segt karbonegyenrtk kiszmt-hat volt.4.1. A DP aclok mikroszerkezete

A rendelkezsnkre ll Docol DP 600, DP 800, sDP 1000-es alapanyagok ferrit-martensit arnynak meg-hatrozshoz mikrocsiszolati prbatesteket munkltunkki, majd az elkszlt csiszolatokat kpelemz szoftversegtsgvel rtkeltk.

4. bra:A DP 600-as s a DP 1000-es alapanyag szvet-kpe. Nagyts: 500x, Marszer: Nital

A 4. brn jl lthat a vilgos szn ferritbl s a stt

sznmartensitbl ll szvetszerkezet, valamint a szilrd-sgnvekedst okoz nagyobb martensit tartalom, a kisebbszemcsetmrs az eltrmrtkhidegalakts. A kp-elemzs eredmnyeit sszefoglal 1. tblzatban jl ltha-t a szilrdsg nvekedse s a martensit-arny kzttiegyrtelmkapcsolat.

MegnevezsFerrit-arny(%)

Martensit-arny(%)

tlagkemnysg(HV0,2)

DP 600 65 % 35 % 235DP 800 55 % 45 % 265

DP 1000 45 % 55 % 3241. tblzat:Ferrit-martensit arnyok vltozsa eltrszilrdsg DP acloknl

4.2. A DP aclok mechanikai jellemzi

A DP acloknak a nagy szaktszilrdsguk mellett szo-katlanul jk a kplkenysgi mutatik: szaktdiagramjukfolytonos, nincs kifejezett folyshatruk, alaktsi kem-nyedsi kitevjk meglehetsen nagy, ami jelents egyen-letes nylsra utal, azonban mechanikai tulajdonsgaikbankismrtkanizotrpia szlelhet[1, 2].A ksrletekhez hasznlt DP 600, DP 800 s DP 1000-esfinomlemezek mechanikai jellemzit szmjegyvezrlselektrohidraulikus anyagvizsglgpen szabvnyos krl-

mnyek mellett, szobahmrskleten hatroztuk meg. Aszaktvizsglat sorn gyjttt sszetartoz er-elmozduls rtkprokbl megszerkesztett szaktdiagra-mokat az 5. brn mutatjuk be. A szaktvizsglatblszrmaz szilrdsgi s kplkenysgi anyagjellemzket, afolyshatr s a szaktszilrdsg hnyadost, valamint azanyagllandt a 2. tblzatban sszegeztk.A szaktvizsglatok eredmnyei alapjn egyrtelmenmegllapthat, hogy a szilrdsg nvekedsvel a DPaclok folyshatr s a szaktszilrdsg kztti hnyadosafolyamatosan nvekszik, azaz a trsig rendelkezsre ll

alakvltozsi tartalkuk cskken. A trstesztek szempont-jbl azonban megnyugtat az a tny, hogy ez az rtkmg a legnagyobb szilrdsg, DP 1000-es anyagminsgesetben is jval kedvezbb, mint a nagyszilrdsg,kzpvastag szerkezeti aclok (pl.: S960Q) esetben.

Hzer,

F,

N

35 40302015 25151050

0

2500

5000

7500

10000

12500

15000

22500

20000

17500

Nyls, l, mm

5. bra:A ksrleti DP aclok szaktdiagramjai

7/23/2019 gep 2013 8

16/64


Anyagminsg

Mechanikai jellemzk

Rm(MPa)

Rp0,2(MPa)

A80(%)

Z(%)

Rp0,2/ Rm km(MPa.%)

DP 600 669 448 18,70 60,00 0,67 12500

DP 800 873 599 13,67 53,73 0,68 11950

DP 1000 1047 721 11,33 49,96 0,69 11850

2. tblzat:A DP aclok szilrdsgi s kplkenysgi jellemz

i

4.3. A DP aclok vegyi sszettele

A DP aclok kmiai sszettelt az alacsony

karbontartalom, minimlis tvzttsg s alacsonyszennyeztartalom (S, P, O, N) jellemzi. A DP tpus

aclok tlagos C-tartalma 0,10,15 % krli rtk. Aho-

gyan mr korbban is emltettk, a C-tartalom kiemelkedjelentsggel br a DP aclok esetben, mivel a martensit

adott trfogathnyada mellett a szilrdsg is alapveten a

C-tartalomtl fgg. A C-tartalom nvelsnek htrnya,hogy rontja a hegeszthetsget, cskkenti az tmunkt s

nveli az tmeneti hmrskletet, ezrt az ipari gyakorlat-

ban a 0,15%-nl kisebb C-tartalm DP aclok terjedtek el.A szilrdsgnvels cljbl a DP aclok Mn tartalmt

nvelik. A Mn szoksos mennyisge 0,5-2,0 % koncentr-

ci-tartomnyba esik, 1,5 % krli leggyakoribb rtkkel.

A szilrdsgnvels s a kn megktse mellett a Mn

tovbbi fontos szerepe abban nyilvnul meg, hogy jelent-sen cskkenti a fzistalakulsok kritikus hmrskleteit,

ennek rvn pedig knnyebben kzben tarthat a fer-

rit/martensit trfogatarny [1]. A Mn mellett alkalmazottegyb tvzk, mint pldul a Cr, V, Mo, Si s Ni kln-

kln, vagy valamilyen kombinciban tovbb nveli az

edzhetsget. A karbidkpz elemek, (Cr, Mo s V) al-kalmazsa gondos folyamatszablyzst ignyel, ugyanis

lehls kzben ezek az tvzk stabil karbidokat s

nitrideket vagy karbonitrideket kpeznek [2].

Anyagminsg C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%) Nb (%) V (%) B (%)

DP 600 0,098 0,20 0,81 0,015 0,002 0,014 0,01 0,0002

DP 800 0,129 0,20 1,52 0,014 0,003 0,015 0,02 0,0003

DP 1000 0,148 0,49 1,50 0,010 0,002 0,015 0,01 0,0004

3. tblzat:a ksrleti DP aclok vegyi sszettele tmegszzalkban

A 3. tblzatban a ksrleti DP aclok vegyi sszettele

lthat. Jl megfigyelhet, hogy a szilrdsgot a gyrtelssorban a szoksos C, Mn, s Si elemekkel nvelte, a

mikrotvzk kzl a B tartalom szilrdsgkategrinkntegy tzezred szzalkkal nvekszik, mg a tovbbi szem-csefinomt s nitridkpzmikrotvzk (Nb, V) mennyi-

sge anyagminsgtl fggetlenl kzel azonos. Figyelmet

rdemel a szilrd fzis szennyezk (S, P) nagyon ala-csony koncentrcija, ami az ilyen tpus (alaktsra s

hegesztsre sznt) acloknl kiemelt jelentsg.

5. A klnbzszilrdsg DP aclok ponthegeszthe-

tsge

A hegesztssel foglalkoz szakemberek krben kevsb

ismert, hogy az ellenlls-ponthegesztsnek is ugyangy

megvannak a maga hegeszthetsgi felttelei, mint az

mleszt hegesztseknek. A ponthegesztsnl elvrs,hogy az elrt ponttmrjpontktseket reproduklhat-

an, repedsmentesen, az alapanyagra s a ktstpusrajellemzterhelhetsggel lehessen ltrehozni.

A hegeszthetsg a sajtolhegesztsek kz tartoz pont-hegeszts jellegzetessgei (gyors hevts, kismret heg-

frd, nyomfeszltsg s az elektrdok okozta intenzv

helvons alatti kristlyosods) miatt lnyegesen klnb-zik az vhegesztseknl megszokottl [9]. A ponthegeszt-

hetsg vizsglati kritriumaknt a ktsek maximlis

kemnysgt s a pontktsek valamilyen vizsgl eljr-

shoz kttt kedveztlen trsi mdjnak megjelenst

szoks megadni.Az alapanyag kmiai sszettelnek a hatst az mleszt

hegesztsekhez hasonlan a ponthegeszthetsg vizsglatasorn is a karbonegyenrtkkel fejezhetjk ki. A (3) ssze-fggs egy ilyen karbonegyenrtket mutat, amelyet japn

kutatk az autipari AHSS aclok hegeszthetsgnek

minstsre vezettek be. A 0,24 %-os hatrrtk a kedve-ztlen trsi md megjelensi hatrt jelli, ahol a ktsek

keresztszakt s nyr-szakt erejnek hnyadosa csk-

kenni kezd [10].

2 4 0,24 %30 20RSWSi Mn

CE C P S (3)

A ksrleti lemezanyagok vegyi sszettelbl a (3) ssze-

fggs segtsgvel kiszmtottuk a karbonegyenrtkeket,

amelyeket a 4. tblzatban foglaltunk ssze.

Anyagminsg CERSW%DP 600 0,18

DP 800 0,25

DP 1000 0,27

4. tblzat:A ksrleti DP aclok karbonegyenrtkei

A 4. tblzat eredmnyei alapjn megllapthatjuk, hogy a

DP 600-as anyagminsg esetben kapott 0,18 %-os

karbonegyenrtk 25 %-kal alatta van a veszlyessgihatrnak, azonban a DP 800-as s a DP 1000-es acl v-

konylemezek karbonegyenrtkei meghaladjk a 0,24 %-

7/23/2019 gep 2013 8

17/64


os hatrrtket. Ez azt jelenti, hogy a DP 600-as acl pont-hegesztett ktseinl hegesztsi nehzsgekkel s a ktsroml mechanikai jellemzivel mg nem kell szmolnunk,azonban a DP 800-as s DP 1000-es anyagok ktseinl, aszoksos ponthegesztsi technolgia alkalmazsa esetn ahhatsvezetben, illetve a heglencsben is keletkezhetrepeds vagy zem kzben ridegtrs kvetkezhet be.A DP aclok ponthegesztsnek gyrti hegesztsi utast-snak (WPS-nek) kidolgozsakor abbl kell kiindulni,hogy a DP lemez szvetszerkezete jelents mennyisg,alacsony karbontartalm, n. lgy martensitet tartalmaz, saz acl tvzi s mikrotvzi az talakulsi diagramokbefolysolsval az austenitesedett anyagtrfogatok (varrats a hhatsvezet egy rsze) edzdst egyarnt elseg-tik. A kedveztlen szvetszerkezetet a hlsi sebessglasstsval kerlhetjk el. Ellenlls-ponthegesztskor ezpraktikusan a szakaszos energiabevitel alkalmazst [11],vagy a hegesztfidutn beiktatott in machinehkezelciklus hasznlatt jelenti [12].A DP aclok ponthegesztshez a lgyaclokhoz (Mild)viszonytottan a nagyobb fajlagos ellenllsukbl, na-

gyobb melegszilrdsgukbl s a rvid idejhhats alattimegeresztsllsgukbl kvetkezen mintegy 2025%-kal nagyobb elektrder, a nagyobb elektrder okoztaellenllscskkenst kompenzl 10-20 %-kal nagyobbramerssg s ugyanolyan mrtkkel hosszabb hegesztsifid javasolhat. Tovbbi nyr-szakter, felszaktervagy szakternvekeds vrhat nagyobb elektrdtm-r s ms elektrdacscs-geometria alkalmazstl [1, 8].A DP aclok a tbbi AHSS aclminsghez hasonlan AC s MFDC hegesztgpekkel egyarnt hegeszthetk.

6. sszefoglals

A mai kor fokozott kvetelmnyeit kielgt szemlygp-kocsik gyrtsa sorn egyre szlesebb krben alkalmazottferrit-martensites szvetszerkezet DP aclok elmleti sksrleti vizsglatval az ebbe a tpusba tartoz aclokellenlls-ponthegeszthetsgre vonatkozan a kvetke-zket llaptottuk meg.1. Az autgyrakban s beszlltiknl a korszernagy-szilrdsg aclok kzl leggyakrabban a klnbzvegyisszettel, pontosan nem ismert gyrtsi technolgij, smindezek kvetkeztben eltr hegeszthetsgi tulajdon-sg, jellemzen 600 s 1000 MPa kz es szaktszi-lrdsg s a szilrdsgnak megfelel ferrit-martensitszvetarny (DP) acltpusokkal tallkozhatunk.2. A DP aclok szilrdsgnak nvelsvel az edzdsihajlam nvekszik, a trsig elviselt kplkeny alakvltozs

mrtke (trsi alakvltozsi tartalk) cskken. A kedve-ztlen vltozsokat ugyanakkor a DP aclok kedvez(kiindulsi) Rp0,2 / Rm hnyadosa s az aclra jellemztlagos C koncentrcinl alacsonyabb karbontartalmferrit-mtrix kivl alakthatsga ellenslyozza.3. A DP aclok ponthegesztsekor az edzdsi kemny-sgnvekeds s az ennek eredmnyeknt megnvekvrepedsveszly cskkentsre/elkerlsre jl szablyozha-

t hbevitelre van szksg, amely gyakorlatilag szakaszosenergiabevitellel s/vagy in machine uthkezelssel(aszimmetrikus ktciklus) alkalmazsval oldhat meg. Azaclok nagyobb melegszilrdsgnak ellenslyozsra asajtoler, a hegesztram s a hegesztsi idenyhe nve-lse ajnlott.

7. Ksznetnyilvnts

A cikkben ismertetett kutatmunka a TMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 projekt eredmnyeire alapozva aTMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0029 jel projektrszeknt az j Szchenyi Terv keretben az EurpaiUni tmogatsval, az Eurpai Szocilis Alap trsfinan-szrozsval valsult meg.

8. IRODALOM

[1] World Steel Association: Advanced High StrengthSteel (AHSS) Application Guidelines, Version 4.1.,June, 2009, p.: 1-16 , www.wordautosteel.org

[2] Tisza M.: Jrmipari anyagfejlesztsek, GP, LXIII.(2012), 4. szm, pp.: 3-10

[3] Wagoner, R. H.: Advanced High Strength SteelWorkshop, October 22-23, 2006, Arlington, Virginia,USA

[4] Balogh A, Gspr M., Prm L.: A hegesztett szerke-zetek konvencionlis s korszer nagyszilrdsgacljainak rendszerezse s hegesztsi nehzsgei,Gp LXIV. (2013). No. x. p.: y-z

[5] Balogh A, Gspr M.: Nagyszilrdsg aclok he-gesztsnek standardtl eltr koncepcija,Hegesztstechnika, XXIII. (2012), 3. szm, p.: 23-28

[6] Tsipouridis, P.: Mechanical properties of Dual Phasesteels, PhD dissertation, Technische Universitt,Mnchen, 2006

[7] Dziedzic, M., Turczyn, S.: Experimental and numeri-cal investigation of strip rolling from dual phasesteel, Archives of Civil and Mechanical Engineering,Vol. X., No. 4., pp.: 21-30, 2010

[8] DOCOL Advanced High Strength Steels for Auto-motive Industry, www.ssab.com

[9] Balogh A.: Ellenllshegeszts (Hegeszts s rokontechnolgik Kziknyv 3.5. fejezete), GTE, Buda-pest, 2007. p.: 261-298

[10] Oikawa H., Sakiyama T., Ishikawa T., Murayama G.,Takahashi Y.: Resistance Spot Weldability of HighStrength Steel (HSS) Sheets for Automobiles, Nip-pon Steel Technical Report, No. 95, 2007

[11] Prm L., Balogh A.: Autipari lgyacl vkonyleme-

zek ellenlls-ponthegesztse klnbz energia-beviteli mdokkal, Gp LXIV. (2013). No. 2. p.: 7-10

[12] Balogh A, Prm L.: Az aclminsg, a hidegalaktsimrtk s a ponthegesztsi technolgia egymsra ha-tsa, Hegesztstechnika, XXIV. (2013), 1. szm, pp. :41-46

7/23/2019 gep 2013 8

18/64

A Miskolci Egyetem Gpszmrnki s Informatikai Kara kellszm jelentkezs esetn rendszere-

sen indtja a Nemzetkzi HegesztSzakirny Tovbbkpzsi Szakt. A kpzs 3 flves, diplomaterv ksz-

tssel s zrvizsgval vgzdik, amelyen a jelltek sikeres vizsga esetn nemzetkzihegesztszakmr-

nkoklevelet szerezhetnek.

A hegesztszakmrnki kpzs tanterve s tananyaga az EWF (Eurpai Hegesztsi Szvetsg) ltal elrtkvetelmnyeket maradktalanul kielgti, ezrt a rsztvevk a

Nemzetkzi Hegesztmrnki Diplomt (EWE/IWE) is megszerezhetik.

A hegeszt szakmrnk kpzs clja, hogy a hegeszts s rokoneljrsai terletn megfelel mlysg

szakmai, tudomnyos s gyakorlati ismereteket adjon a kvetkeztmakrkben:

anyagtudomny (anyagismeret s hegeszthetsg, anyagvizsglat)

hegeszteljrsok s berendezsek,

hegesztett szerkezetek tervezse,

hegesztett szerkezetek gyrtsa s minsgbiztostsa.

A kpzs nkltsges, a tandj flvente 400 e Ft/f(ltszmfgg), ami magba foglalja a kpzsi, a gya-

korlati munka, a diplomatervezs konzultlsi s tananyag tads djt. A zrvizsga s nemzetkzihegesz-

tmrnki egyttes vizsga dja 160 e Ft/f. A kpzsben rsztvevk flvenknt ngy alkalommal 5-5 napot

tltenek az egyetemen, az elsidszak vrhatan 2014. szeptember msodik fele.

A kpzsre a bemeneti felttel: gpszmrnki (fiskolai, BSc, MSc szint) diploma s kt ves gyakorlat.

Tovbbi informcikkal az Anyagszerkezettani s Anyagtechnolgiai Intzet kszsggel ll rendelkezsre.

A kpzsre jelentkezni lehet: Miskolci Egyetem, Felnttkpzsi Regionlis Kzpont

3515 Miskolc-Egyetmvros http://www.felnottkepzes.uni-miskolc.hu

Nemzetkzi HegesztSzakmrnkszakkpzettsget ad kpzs indul

a MISKOLCI EGYETEMEN

NEMZETKZI HEGESZTSZAKIRNYTOVBBKPZSI SZAK

keretben

7/23/2019 gep 2013 8

19/64


DP 600 AUTIPARI ACL AWI HEGESZTSNEKVGESELEMES MODELLEZSE

FINAL ELEMENT MODELLING OF TIG WELDING OF DP 600 AUTO-MOTIVE STEEL

Gspr Marcell*, Prm Lszl**,

Vkony Sndor***, Dr. Balogh Andrs****

ABSTRACT

Dual-phase steels, belonging to the group of ad-

vanced high strength steels, are widely used in automo-

tive industry. Within fusion welding technologies TIG

welding is one of the most suitable for sheets. The weld-

ability of these steels is different from mild steels, there-

fore the effect of welding parameters for properties of

weld metal and HAZ is suggested to be investigated by

final element modelling. This paper presents a TIG

welding technology for a DP 600 steel, verified by final

element modelling.

1. Bevezets

Az autiparban a sajttmeg cskkentse, az alacso-

nyabb zemanyag-fogyaszts s a kisebb mrtk

krosanyag kibocsts rdekben eltrbe kerlt a kor-szer nagyszilrdsg aclok felhasznlsa, amelyek

kzl napjaink szemlygpjrmiben szles krben

alkalmazzk a ferrit-martensites szvet Dual Phase

(DP) aclokat. Ezen aclok hegesztstechnolgijnak

kidolgozsakor a lgyaclokhoz kpest szigorbb kve-

telmnyeket kell betartani, mivel ezen aclok nagy szi-

lrdsgi s alakvltozsi jellemziket a ferrit-martensit

szvetarny megfelel belltsval nyerik el. A

hegesztstechnolgia tervezshez, a hegesztsi para-

mterek hatsnak vizsglathoz a vgeselemes szoftve-

rek kivl lehetsget teremtenek. Ezeket a program-

rendszereket az autipar fejleszt

mrnkei is rendszere-sen hasznljk. Napjainkban mr olyan szoftverrendsze-

rek is rendelkezsre llnak, amelyek segtsgvel fizikai

tesztek elvgzse nlkl a szemlygpkocsik nagyszi-

lrdsg aclbl kszlkarosszrialemezeinek alakt-

sa, hegesztse, illetve akr trstesztje is egy virtulis

krnyezetben elvgezhet[6]. Ebben a cikkben a ferrit-

martensites szvet korszer nagyszilrdsg acl v-

konylemezek DP 600 tpusnak semleges vdgzas,

volfrmelektrdos hegesztsvel foglalkozunk. A tech-

nolgia tervezse sorn a hegesztsi folyamatok

vgeselemes modellezsre specializlt SYSWELD s

VISUAL ENVIRONMENT programrendszerek segt-

sgvel elemezzk a szvetszerkezetben bekvetkez

vltozsokat, illetve a hegesztsi paramterek hatst. A

cikk vgn a vgeselemes modellezs szmtsa sorn

kapott eredmnyeket vals hegesztsi ksrletek anyag-

vizsglati eredmnyeivel hasonltjuk ssze.

2.

A ksrleti alapanyag

A hegesztsi ksrletek s a vgeselemes modellezs

alapanyagaknt a nagy mlt svd aclgyrt, az SSAB

ltal ellltott Docol DP 600 jelkorszernagyszilrd-

sg acl vkonylemezt vlasztottuk. Ez az anyagmi-

nsg a legjabb autipari anyagfejlesztseknek k-

sznheten egyre szlesebb krben terjedt el s jelent

meg az elmlt nhny vben nemcsak a nemzetkzi,

hanem a hazai jrmipari beszlltk ltal feldolgozott

acltpusok kztt.A hidegen hengerelt DP 600-as acl vkonylemez

jratos lemezvastagsg tartomnya 0,5-2,1 mm. A he-

gesztsi ksrletekhez 1 mm-es lemezvastagsgban,

1250 mm x 2000 mm-es tblamretben, olajozott kivi-

telben szlltott vkonylemezeket hasznltunk. A lemez-

tblt (kemnysge miatt) szmjegyvezrlslzervg

berendezs segtsgvel daraboltuk a prbahegesztsek-

hez s a vizsglatokhoz szksges kvnt mretre.

A kis karbontartalm, mikrotvztt DP 600-as acl

mleszt hegesztshez leggyakrabban alkalmazott

hegeszt eljrsok a vdgzas fogyelektrds vhe-

geszts, a semleges vd

gzas, volfrm elektrdos v-hegeszts, a plazmav hegeszts s a lzersugr hegesz-

ts. A hegesztend alapanyag vastagsgi mrett s a

fent emltett eljrsok elterjedtsgt alapul vve a ksr-

letek s gy a modellezs sorn alkalmazand hegeszt

eljrsnak a semleges vdgzas, volfrm elektrdos

vhegesztst (SWI) vlasztottuk. Az SWI eljrs alkal-

mazsnak tovbbi nagy elnye, hogy ennl az eljrs-

nl az v hforrs s a hozaganyag elklnl egymstl,

gy a hbevitel rendkvl jl szablyozhatv vlik,

amely egy 1 mm vastagsg vkonylemez tompakt-

snek hegesztsekor alapvetfontossggal br.

*PhD hallgat, Miskolci Egyetem,**PhD hallgat, Miskolci Egyetem,***MSc hallgat, Miskolci Egyetem****egyetemi docens, Miskolci Egyetem,

7/23/2019 gep 2013 8

20/64


3. A DP 600-as acl hegeszthetsge

A DP 600-as elnevezsben a DP (Dual Phase) jel-ls az acl ketts fzis szvetszerkezetre, mg a600-as szm az elrt, minimlisan garantlt, MPa mr-tkegysgszaktszilrdsg rtkre utal.

A ferrit-martensites szvetszerkezetet a legtbb

esetben egy folyamatos h

kezelssel (thz kemenc-ben) lltjk el, melynek lnyege, hogy az +mez-ben kialaktjk a kvnt ferrit/austenit fzisarnyt, majdszablyozott htssel, a bainites mezt elkerlve, azaclt edzik. A lgy s szvs ferrit a j alakthatsgotbiztostja, mg a ferritet krllel, diszperz eloszlsmartensit szigetek az acl szilrdsgt nvelik [3]. ADP 600-as acl ferrit-martensit arnynak meghatroz-shoz mikrocsiszolati prbatesteket ksztettnk, majdaz elkszlt csiszolatokat kpelemzszoftverrel rtkel-tk. Az elkszlt csiszolatokon mikrokemnysg mrs-sel meghatroztuk a ferrit s a martensit, valamint azalapanyag tlagkemnysgt is.

1. bra. A DP 600-as acl ferrit-martensites

mikrocsiszolati kpe. Nagyts: 500x, Marszer: Nital

Az 1. brn jl megfigyelhet a heterogn szvet-szerkezet: a jval lgyabb ferrit mtrixba gyazott ke-mny martensit szigetek (ferrit-vilgos, martensit-stt).A kpelemzs s a kemnysgmrsek eredmnyeit az1. tblzatban foglaltuk ssze.

Megnevezs DP 600Ferrit-arny (%) 65%Martensit-arny (%) 35%Ferrit-kemnysg (HV0,01) 178Martensit-kemnysg (HV0,01) 335tlag-kemnysg (HV0,2)

2351. tblzat: A DP 600-as acl mikroszerkezetnekjellemzi

A DP 600-as alapanyag mechanikai jellemzit szak-tvizsglattalhatroztuk meg, melynek eredmnyei a 2.tblzatban szerepelnek. A vizsglatok sorn felvettszaktdiagramok egyikt a 2. bra mutatja. A szakt-vizsglatok eredmnyei jl tkrzik, hogy a DP aclokviszonylag nagy szaktszilrdsguk mellett igen jelen-ts szakadsi nylssal s nagy kemnyedsi kitevvel

(n) rendelkeznek. Az is jl megfigyelhet, hogy a szak-tdiagram folytonos, nincs benne hatrozott folyshatr.

2. bra. DP 600 jelacl szaktdiagramja

Az Rp0,2/Rmarny igen kedveznek mondhat, 0,67-

as rtket mutat, amely azt jelenti, hogy a DP 600-asacl kplkenysge j kzeltssel megegyezik a krl-bell fele akkora szilrdsg hagyomnyos, szintnhidegen hengerelt lgyacl vkonylemezek alakvltoz-si tartalkval (pl.: DC01).

Anyagminsg

Mechanikai jellemzk

Rm

(MPa)

Rp0,2

(MPa)

A80

(%)

Z

(%)

DP 600 669 448 18,7 60

2. tblzat: A DP 600-as acl mechanikai jellemzi

A Dual Phase aclok vegyi sszettelt elemezve ar-ra a megllaptsra juthatunk, hogy a gyrtk a hegeszt-hetsgi szempontokat szem eltt tartva a DP aclokatltalban 0,15%-nl kisebb C-tartalommal, illetve 1,5%-ot nem meghalad Mn-koncentrcival lltjk el. AMn tvzs mellett azonban a szilrdsg s az edzhet-sg javtsra szmos ms tvzt is alkalmaznak, mintpldul a Cr, Mo, Ti vagy Nb, V s a B-t. Ezen tvzkkzl a krm, molibdn, vandium s a br nvelik azedzhetsget, valamint a ridegedsi hajlamot. A DocolDP 600-as acl vegyi sszettelt spektromteres vizs-glatokkal hatroztuk meg, a kapott eredmnyek a 3.

tblzatban lthatak.

C Si Mn Cr Ni Nb V B

0,098 0,20 0,81 0,03 0,04 0,014 0,01 0,0002

3. tblzat: A ksrletekhez hasznlt DP 600-as acl

vegyi sszettele tmegszzalkban

Az ltalunk vizsglt acllemez vegyi sszettelbllthat, hogy a kedvez szilrdsgi jellemzket hideg-alaktssal s szemcsefinomt tvzk hozzadsvalrtk el. Kiemelst rdemel, hogy a gyrtstechnolgia

17500

5 l, mm0 10 15 20 25 30

15000

20000

12500

10000

7500

5000

2500

0

F

N

7/23/2019 gep 2013 8

21/64


szempontjbl rendszerint ktfajta DP acl rhet el a

piacon. Az egyik a melegen hengerelt, ersebben tv-

ztt vltozat, a msik a kisebb tvz tartalommal ren-

delkezhidegen hengerelt tpus. A hegesztsi technol-

gia tervezse sorn semmi esetre sem hagyhatjuk fi-

gyelmen kvl, hogy a hegesztend alapanyag szvet-

szerkezetben "vakedzett" (alacsony karbon-tartalm,

n. lgy) martensit van jelen, tovbb az edzdst el-segt tvzk hatsval is szmolnunk kell. Ebbl

kifolylag a DP 600-as anyagminsg vhegesztse

sorn korltozott vonalenergira van szksg. Ezen

aclok hegesztsekor kis vonalenerginl az tvzele-

mek hatsra a hhatsvezet felkemnyedhet, a kts

elridegedik, tlzottan nagy vonalenergia alkalmazsa

esetn pedig a hhatsvezet kilgyul, kemnysge az

alapanyag kemnysgvel kzel egyez lesz, a kts

teherbr-kpessge pedig lecskken [1, 2].

A Dual Phase aclok kedvez tulajdonsg, kln-

leges heterogn (esetnkben ferrit-martensites) szvet-

szerkezete az alaktsi folyamat s a lehts clirnyoskombincijnak eredmnye (termomechanikus keze-

ls), ezrt ezeknl az acloknl az eredeti, kiindul

anyagllapotot sajnlatos mdon mg hegesztst kvet

hkezelssel sem lehet visszalltani.

4. vhegesztsi folyamatok vgeselemesmodellezse

A termikus eljrsok sorn, mint pldul hegeszts-

kor, az anyagban rendkvl sszetett, komplex vltoz-

sok mennek vgbe. Hegeszt eljrstl fggen a heg-

frdben klnbz kmiai s fizikai folyamatok ala-

kulnak ki. A munkadarabban a rajta vgrehajtott

hciklus kvetkezmnyeknt pedig htguls-zsugorods s fzistalakuls(ok) jtszdnak le. A leg-

tbb hegesztsi feladat sorn a hfolyamat kvetkezt-

ben kialakul alakvltozs gtolt, ez a darabban marad

feszltsgeket s deformcikat okoz, amelyhez a fzis-

talakuls(ok)bl szrmaz strukturlis feszltsg is

hozzaddik, az alkatrszek lettartamt, zemeltethet-

sgt rontva [7].

A termikus, mikroszerkezeti s mechanikai folyama-

tokat egyttesen csatolt folyamatoknak nevezi a szak-

irodalom, mivel ezek egy idben lejtszd folyamatok

[5]. A hegesztsi folyamat sszetettsgbl addan a

vgeselemes szoftverek kzl viszonylag kevs az olyanprogram, amely a korbban emltett valamennyi jelen-

sg egyidej modellezsre kpes. A hegeszts kvet-

keztben kialakul specilis folyamatok vizsglatra

ezrt elssorban egy adott gyrtsi folyamat modellez-

sre specializlt clszoftver, mint pldul a SYSWELD

s VISUAL ENVIRONMENT bizonyul a legalkalma-

sabbnak, amely akr a hhatsvezetben s varratban

kialakul szvetszerkezet elrejelzsre is kpes. Ezek a

programok azonban nem alkalmasak a varratban kiala-

kul ramlsi folyamatok modellezsre, amelyre a

ksbbiekben bemutatott modellezsi feladat szempont-

jbl nincs is felttlenl szksg. A VISU-

AL ENVIRONMENT lnyegben a SYSWELD j,

grafikus felletnek tekinthet, a szmtsok tovbbra is

a SYSWELD-en keresztl trtnnek.

Az ltalunk vizsglt DP 600 acl szempontjbl a

hegesztstechnolgia tervezsre az emltett program-

rendszer kivlan alkalmas, mivel a numerikus szmt-

sok elvgzsvel a hegesztstechnolgiai paramterekszvetszerkezetre gyakorolt hatsa elemezhet, vala-

mint informcit kaphatunk a marad feszltsgek el-

oszlsrl is.

5. Modellezsi feladat sszelltsa

A modellezsi feladat sorn egy virtulis krnyezet-

ben 1 mm vastagsg 150x80 mm mretprbalemeze-

ket hegesztnk ssze autogn mdon (hozaganyag nl-

kl), az SWI csoportba tartoz argon vdgzas volf-

rmelektrdos vhegesztssel (AWI, ISO kd: 141).

Els lpsknt elksztettk a geometriai modellt s a

vgeselemes hlt. Hlzskor arra trekedtnk, hogy altrejv varrat s hhatsvezet krnyezetben minl

finomabb hlsrsget alkalmazzunk. Ezt kveten

trtnk r a hegesztsi folyamattal kapcsolatos modelle-

zsi feladatok elvgzsre. Els lpsknt az anyagmi-

nsget kellett kivlasztanunk. Mivel nem alkalmaztunk

hozaganyagot, ezrt a ksbbi varrathoz s alapanyag-

hoz ugyanazt az anyagminsget rendeltk hozz. A

modellezs szempontjbl az egyik legkritikusabb rsz

az anyagjellemzk, illetve anyagtrvnyek megfelel

ismerete. A hegesztsi folyamat modellezse szempont-

jbl viszonylag sok anyagjellemzre van szksg,

amelyek jelents rsze fgg a hmrsklettl. Ameny-

nyiben a hegeszts sorn megvltozott szvetszerkezet-

rl is szeretnnk informcit kapni, akkor a vizsglt

aclunk folyamatos hts talakulsi diagramjra is

szksg van. A 4. tblzatban azok az anyagjellemzk

szerepelnek, amelyek a numerikus szmtsok elvgz-

shez nlklzhetetlenek.

Mechanikai

anyagjellemzk

Hfizikai

anyagjellemzk

folyshatr Rp0,2(T) hvezetsi tnyez, (T)

alaktsi szilrdsg, kf() fajh, cp(T)

Young modulusz, E(T) entalpia, h(T)

Poisson tnyez, srsg, (T)Termikus nyls,

L(x,y,z,T)

fzistalakulsok

reakcii

4. tblzat: A modellezshez szksges anyagjellemzk

A fentiekbl kvetkezik, hogy termszetszerleg a

felhasznl rszrl nem lehet elvrs, hogy egy ilyen

szoftver minden hegeszthet acl anyagjellemzit

ismerje, ezrt a program lehetsget biztost ms

anyagadatbzisokban szerepl, vagy mrsi ton

meghatrozott anyagjellemzk bevitelre. Ez utbbi

azonban meglehetsen idgnyes s kltsges

7/23/2019 gep 2013 8

22/64


feladatnak bizonyul. Szerencsre a szoftver viszonylagkorltozott anyagadatbzisa ellenre tartalmazottDP 600 aclt, amely szintn ennek az acltpusnak azautiparban trtn elterjedtsgre utal. A szoftverbenszereplDP W 600 acl br mechanikai tulajdonsgaittekintve azonos kategriba esik a hegesztsiksrleteinkhez hasznlt korszer nagyszilrdsg acl

tulajdonsgaival, gyrtstechnolgijt tekintve eltrattl. Mg a ksrletek sorn alkalmazott Docol DP 600hideghengerlssel kszl, addig a programadatbzisban lv DP-aclt meleghengerlsselgyrtjk, amelyre a jellsben a W bet utal. Agyrtstechnolgiai klnbsgt igazolja a kt acleltr vegyi sszette (3. s 5. tblzat), ugyanis ahidegalaktssal gyrtott DP aclbl lnyegbenhinyzik az tedzdst segt krm. Ilyen esetben a

korszer anyagvizsglati mdszerek, pl. a fizikaiszimulci nyjthat segtsget, amellyel sikeresenmeghatrozhatk a modellezshez hasznltanyagjellemzk [8].

C Si Mn Cr Al

0,085 0,11 1,54 0,41 0,16

5. tblzat. Szoftver anyagadatbzisban szerepl

DP W 600 acl vegyi sszettele tmegszzalkban

A modellezs kvetkezlpsben kivlasztottuk sbelltottuk az adott hegeszteljrsra (AWI) jellemzhforrs modellt (Goldak-fle hforrs) [6, 7]. Ezutn ahegesztsi paramterek megadsra kerlt sor, amelye-ket a 6. tblzat foglal ssze. A szmtst kt klnbz

vonalenergival futtattuk le, amelyet a vgeselemesmodellezst kvethegesztsi ksrlet sorn egyedl azramerssg vltoztatsval rtnk el.

Uv(V)

Ih(A)

vh(cm/min)

Ev(J/mm)

1. 11,5 38 8-9 186

2. 11,3 31,6 8-9 151

6. tblzat. Hegesztsi paramterek

A modellezs, illetve a vals hegesztsi ksrlet so-rn alkalmazott hegesztsi paramtereket a 6. tblzat

tartalmazza, amelyben az vfeszltsg rtkeit azargonvdgzas volfrmelektrdos vhegesztshez tar-toz (ISO ltal ajnlott) munkaegyenes segtsgvelhatroztunk meg [9].

A hegesztsi paramterek s a hegeszts plya defi-nilsa utn a termikus s mechanikai peremfelttelekmegadsa kvetkezett, amelynl a megfogsokkalegytt figyelembe vettk a modellezst kvet tnyle-ges hegesztsi ksrlet sszelltsi tervt.

A modellezs sorn kapott eredmnyek kzl el-szr a kt klnbzvonalenergihoz tartoz hmrsk-letmezt hasonltottuk ssze (3. bra). Az bra a hegesz-

tett kts egy adott keresztmetszetben a hforrs elha-ladsakor kialakul hmrskletmez keresztirny

hmrsklet eloszlst szemllteti. Lthat, hogy azadott hmrsklethez tartoz izotermk nagyobb vonal-energia esetn a varrat kzpvonalhoz kpest tvolabbhelyezkednek el. A vgeselemes analzis sorn szmtotthmrskletmezt a kvetkezfejezetben vals hegesz-

tsi ksrlettel is igazoltuk.

3. bra. A hegesztsi paramterek hmrskletmezregyakorolt hatsa

Kvetkez lpsknt a hegesztsi folyamat sornmegvltoz szvetszerkezetet vizsgltuk meg, amelyet aprogram a folyamatos htsi talakulsi diagramokfelhasznlsval prognosztizl. Fontos kihangslyozni,hogy a szoftver a hegesztstechnolgira jellemzgyorshlsi sebessgek miatt a szmtsoknl csak amartensites talakulst veszi figyelembe, annak ellen-re, hogy ezek az aclok elvileg bainitet is tartalmazhat-

nak.

0

20

40

60

80

100

0123456

Martensitmennyisge,%

Varrat kzpvonaltl mrt tvolsg, mm

4. bra. A martensit mennyisgnek rszarnya kereszt-

irnyban (2. ksrlet)

Az austenites talakuls kezdett s vgt jelzh-mrskletek a szoftver adatbzisa alapjn a kvetkezk:

Ac1 = 727 C, Ac3 = 867 C. Az anyagjellemzket tar-

talmaz fjl sajnos nem nyjt informcikat a kiindulszvetek arnyra, ezrt az ltalunk vizsglt DP 600acl esetben a kpelemzsi ton meghatrozott 35%martensit arnyt vettk alapul. Ahogyan a 4. brn lt-

7/23/2019 gep 2013 8

23/64


hat, az alapanyagtl a varrat fel haladva a martensitarnya folyamatosan n, s lnyegben a varrat s ahhatsvezet beolvadsi vonalhoz kzelesrsze szin-te teljesen martensites szvetszerkezetlesz.

A kt eltrvonalenergival kszlt modell sszeha-

sonltsakor azt tapasztaltuk, hogy a kisebb fajlagos

hbevitel alkalmazsval kszlt kts hhatsvezete

szlesebb tartomnyban tartalmaz martensitet, amelyfokozott ridegedsi hajlamot jelez. A jelents martensit

tartalom az alacsony vonalenergia mellett a krm jelen-

ltnek ksznhet, amely a folyamatos htstalaku-

lsi diagramban szerepl grbket jobbra tolva kedve-

zen hat a martensit kpzdsre.

A hegesztsi folyamatok vgeselemes modellezs-

nek risi elnye, hogy olyan informcikat kaphatunk

a hegesztett ktsrl, amelyet ms mdon nem, vagy

csak krlmnyesen tudnnk megszerezni. Ezek kz

tartozik a marad feszltsg, amelynek mrtkre s

eloszlsra csak viszonylag kltsges anyagvizsglatok-

kal (rntgen diffrakci, mrblyeges mrs) kaphatunkvlaszt. A szoftver segtsgvel azonban a mechanikai

peremfelttelek precz megadsval elzetes becslst

tudunk adni a marad feszltsg eloszlsrl, gy olyan

hegesztstechnolgit tudunk kidolgozni, amely alacso-

nyabb szint marad feszltsget, ezrt hosszabb tv

s biztonsgosabb zemeltethetsget biztost a hegesz-

tett szerkezet szmra. A szmtsok alapjn a hegesz-

tett ktsben (5. bra) a marad feszltsg maximlis

rtke megkzeltette, illetve bizonyos esetben a folys-

hatrt is meghaladta (2. tblzat).

5. bra. A marad feszltsg eloszlsa a hegesztstkveten (Von Mises elmlet alapjn)

6.

Modellezs eredmnyeinek sszehasonltsa ahegesztsi ksrlettel

A vgeselemes modellezs sorn kapott eredmnye-

ket sszevetettk a vals hegesztsi ksrletet kvet

anyagvizsglatok eredmnyeivel. A modellezs igazol-

sa szempontjbl a legalapvetbb a virtulis s vals

hmrskletmez sszevetse. Amennyiben nem ll

rendelkezsnkre termoelemes mszer, elegend egy

keresztirny makrocsiszolatot ksztennk, amelyen a

likvidusz hmrsklethez (Tlik) tartoz beolvadsi vonal

s a lthat hhatsvezet szle (A1) jl azonosthat.

Amennyiben a modellezs sorn ez a kt grbe a kts

keresztirny metszetnek j kzeltssel ugyanazon

pontjaiban helyezkedik el, akkor a hforrs belltsa

szempontjbl a modellezs sikeresnek mondhat. A

hmrskletmezalapjn a szoftver meg tudja jelenteni

a hhatsvezetben szerepl csompontok hciklusait

is, amelyek bemeneti paramterknt szolglhatnak a

fizikai szimultor hhatsvezeti tesztjeihez [7, 8]. A 6.

brn jl lthat, hogy a hforrsra vonatkoz clkit-zst sikerlt teljestennk, a modellezs sorn kapott

hmrskletmez kritikus izotermi megegyeznek a

vals hegesztett kts beolvadsi vonalhoz, illetve a

lthat hhatsvezet szlhez tartoz grbkkel.

6. bra. A modellezs s a vals hegesztsi folyamatsorn kialakul hmrskletmezsszehasonltsa (2.

ksrlet)

Az anyagtechnolgikkal (alakts, hkezels, he-

geszts) kapcsolatos modellezsi feladatoknl az ered-

mnyek igazolsra gyakran a virtulis s vals ke-

mnysgeloszlst szoktk sszevetni. A 7. bra bal

oldala az elsksrlet sorn mrt kemnysgeket, a jobb

oldali rsz pedig a modellezs eredmnyeit szemllteti.

7. bra. A modellezs sorn szmtott eredmnyek sz-

szehasonltsa a vals hegesztett kts kemnysgelosz-

lsval (1. ksrlet)

Lthat, hogy a modellezs sorn kapott cscske-

mnysg (350 HV) jelentsen meghaladja a vals he-

gesztett ktsben mrt cscskemnysget (250 HV).

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

-6 -4 -2 0 2 4 6

Varrat kzpvonaltl mrt tvolsg, mm

Kemnysg, HV1

MRT MODELLEZETT

7/23/2019 gep 2013 8

24/64


Ennek elsdleges oka, hogy br mindkt esetben kzelazonos mechanikai tulajdonsgokkal rendelkezDP 600aclt alkalmaztunk, a vgeselemes modell esetben aszoftver anyagadatbzisban szerepl DP W 600 aclmeleghengerlssel kszl, ebbl kifolylag pedig na-gyobb krmtartalommal kell rendelkeznie ahhoz, hogy ahideghengerelt aclra jellemz mechanikai tulajdons-

gokat elrje. Ebbl addan a 350 HV cscskemnysglegfbb indoka a krm, amely a varrat s a hhatsve-zet beolvadsi vonalhoz kzel esrsznek martensitesszvetszerkezett igazolja. rdemes megemlteni, hogyelzetes vponthegesztsi ksrleteket vgeztnk a hide-gen hengerelt DP 600 alapanyagon, ahol a heglencsben340 HV cscskemnysget mrtnk.

7. sszefoglals

A cikkben ttekintettk a Dual Phase (DP) acloktulajdonsgainak s hegeszthetsgnek legfontosabbjellemzit. A hegeszts hciklusa a lehts s hengerlsi

alakts specilis kombincijaknt ltrehozott ferrit-martensites szvetszerkezetet irreverzibilisen megvl-toztatja, ezrt a hegesztstechnolgia tervezsekor algyacl lemezekhez kpest krltekintbben kell eljr-ni.

A vgeselemes modellezs nagy lehetsget jelentezen specilis aclok hegesztstechnolgijnak terve-zsre, illetve a hegesztsi folyamatok mlyebb megr-tsre. A cikkben a Mechanikai Technolgiai Tansz-ken elrhet hegesztsi folyamatokra specializltvgeselemes szoftverrendszer segtsgvel egy DP 600korszer nagyszilrdsg autipari acl argonvdgzas volfrmelektrds vhegesztst sikerlt egy

virtulis trben megvalstani. A modellezs sorn in-formcikat kaptunk a hegesztsi paramterek hatsrl,a folyamat sorn kialakul szvetszerkezetrl s a ma-rad feszltsgekrl is. A kapott eredmnyeket valshegesztsi ksrletekkel igazoltuk, azonban a modelle-zsi feladat pontostshoz a hideghengerlssel kszltDP 600 acl anyagjellemzinek pontos meghatrozsravan szksg.

IRODALOM

[1]

Balogh, A., Trk I., Gspr M., Juhsz D.:Present State and Future of Advanced HighStrength Steels, Production Processes and Systems5, pp. 79-90., 2012

[2]

Nilson, T.: Welding Guide of AHSS/UHSS for theautomotive industry A guide for the automotiveindustry, SSAB Knowledge Service Center,Borlange, Sweden, 2012

[3] Tisza, M.: Jrmipari aclfejlesztsek, GP, LXIII.vf. 4. sz., pp. 3-10., 2012

[4] Balogh, A.; Komcsin, M.: Hegesztsi technolgi-k szmtgpes tervezse, A felsoktats szerke-zeti s tartalmi fejlesztse CAD/CAM/FEM kom-petencia kurzusok projekt, Miskolci Egyetem, 2005

[5] Pogonyi, T.; Palots, B.: SYSWELD a hegesztsvgeselemes modellezsnek eszkze, 26. Hegesz-tsi Konferencia s Hegesztstechnikai Killts,Budapest, 2012, pp. 35-44

[6] Tejc, J.: Welding Simulation Solution, Elads,Sysweld s Visual Environment tanfolyam, ESIGroup, Dunajvros, 2012

[7] Gspr, M.: A hmrskletmez ellltsa nagy-szilrdsg aclok hegesztsnek vgeselemes mo-dellezsekor, GP, LXIV. vf. 4. sz. pp. 37-42.2013

[8] Kuzsella, L.; Lukcs, J.; Szcs, K.: Fizikai szimu-lcival vgzett vizsglatok S960QL jel, nagyszi-lrdsg aclon, GP, LXIII. vf. 4. sz., pp. 37-42.,2012

[9] Balogh A., Srvri J., Schffer J., Tisza M.: Mec-hanikai Technolgik, 4. kiads, Miskolci Egyete-mi Kiad, pp. 143-270., 2008

KSZNETNYILVNTS

Az ismertetett kutatmunka TMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 projekt eredmnyeire alapozvaa TMOP-4.2.2/A-11/1-KONV-2012-0029 jelprojektrszeknt az j Szchenyi Terv keretben az Eur-pai Uni tmogatsval, az Eurpai Szocilis Alap trs-finanszrozsval valsult meg.

7/23/2019 gep 2013 8

25/64


KT ALUMNIUMTVZET LINERISDRZSHEGESZTSSEL KSZLT KTSEINEK

VISELKEDSE ISMTLDIGNYBE

Documents

gep 2013 8