mmt407-07

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


Bazı çeliklerin akma eğrileri

Log. şekil değişirme

Akm

a g

eir

lmesi

kf, M

Pa

Sıcak şekillendirilip

sertleştirilmiş

8


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


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


Rp0,2 değerine bağlı olarak elastik geri dönme

Yumuşak

derin çekmeye uygun çelik

Geliştirilmiş yüksek

mukavemetli çelik

geri2 geri1

geri2

geri1

12


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



7.1.4. Saf titanyum



14


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


7.1. Sac malzemeler

7.1.1. Çelikler



7.1.4. Saf titanyum



16


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


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


7.1. Sac malzemeler

7.1.1. Çelikler



7.1.4. Saf titanyum



19


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


Mekanik özellikler; Paslanmaz çelik ve saf titanyum

Genel Bakış

21


7.1. Sac malzemeler

7.1.1. Çelikler



7.1.4. Saf titanyum



22


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


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


7.1. Sac malzemeler

7.1.1. Çelikler



7.1.4. Saf titanyum



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

Documents

mmt407-07