Нова разработка проправя пътя за формоване на по-устойчиви стоманени детайли

29.04.2025   |   Начало»Технологии

Редактор
Екатерина Амова

Редактор
Екатерина Амова

Изследователи от Института Фраунхофер за металообработващи машини и технологии за формоване (Fraunhofer IWU) и TU Bergakademie Freiberg (Германия) разработиха иновативна технология за получаване на студено формована, легирана с мед аустенитна стоманена отливка с TRIP/TWIP свойства, която бележи крайъгълен камък в материалознанието.

Откритието, което е плод на изследователски проект "Студено формоване на стоманени отливки", финансиран от Германската фондация за изследвания DFG, отваря изцяло нови перспективи за критични за безопасността приложения. Новата сплав предлага безпрецедентна комбинация от здравина и пластичност: тя е с висока твърдост и в същото време може да претърпи пластична деформация.

Какво се крие зад TRIP/TWIP ефекта

Същността на иновацията се състои в така наречения TRIP/TWIP ефект, на който се дължат изключителните свойства на новата стоманена отливка. Явлението TRIP (Transformation Induced Plasticity) и TWIP (Twinning Induced Plasticity) предизвиква промяна в микроструктурата на материала, която води до значително увеличаване на твърдостта и пластичността.

TRIP ефект: чрез механично натоварване част от аустенитната мека и жилава структурна фаза се трансформира в твърда мартензитна фаза с висока твърдост. Тази трансформация води до локално втърдяване на материала и повишава неговата устойчивост на пукнатини.

TWIP ефект: при него в аустенита се образуват така наречените деформационни двойници, които също допринасят за втвърдяване и повишена якост на материала.

"Чрез комбинирането на тези два ефекта здравината на материала се увеличава значително и се повишава издръжливостта на детайла срещу възникване на деформации при динамично натоварване. Освен това способността за формоване и капацитетът за абсорбиране на енергия в случай на удар са значително повишени", обяснява Надин Ленерт, ръководител на проекта във Fraunhofer IWU.

Технологията

Първоначалната заготовка, получена от разглежданата лята стоманена сплав, се оформя чрез студено формоване в продукт с финозърнеста, обратно трансформирана аустенитна микроструктура.

Производственият процес започва с едрозърнеста, аустенитна структура. Заготовката първо се намалява в диаметър в екструзионна матрица. Това механично напрежение води до частично мартензитна структура поради TRIP/TWIP ефекта. Последващата термична обработка в пещта води до намаляване на размера на зърната (получаване на финозърнеста структура) на детайла благодарение на обратната трансформация на мартензита в аустенит.

При високи натоварвания е възможно да възникне пукнатина в компонента, по-специално в аустенитната структура, която обаче не води до разрушаване, а мартензитната трансформация на микроструктурата предотвратява по-нататъшно напукване. Последващото втвърдяване (мартензит) допълнително увеличава носещата способност на материала.

Области на приложение

Уникалните свойства на новата стоманена отливка я правят идеална за критични по отношение на безопасността приложения, където изискванията за здравина, издръжливост и надеждност са особено високи.

• Автомобилостроене: за винтове, компоненти на шасито, амортисьори при сблъсък и компоненти на каросерията;
• Авиокосмическа индустрия: конструктивните компоненти и крепежни детайли могат да станат по-леки и по-устойчиви с новите стоманени отливки;
• Медицинска техника : имплантите и хирургическите инструменти могат да бъдат оптимизирани благодарение на високата биосъвместимост и здравина на материала;
• Строителство: анкерни болтове и крепежни елементи за мостове и тунели ще осигурят-по-голяма безопасност благодарение на повишената якост на материала. Новата сплав предлага предимства там, където издръжливостта при екстремни натоварвания е от решаващо значение.

Енергийноефективното студено формоване като ключова технология

Новата стоманена отливка е подходяща и за студено формоване. Този процес позволява детайлите да се произвеждат при стайна температура, което спестява енергоемки процеси като горещо валцуване. "Веригата на процеса на студено формоване е значително по-къса и по-ефективна. Започваме с предварително отлят детайл, който след това се формова директно. Това елиминира множество енергоемки стъпки, като нагряване, валцуване, които се изискват при горещо формоване", обяснява Ленерт.

Принос за повишена устойчивост и рентабилност

В допълнение към техническите предимства новата разработка допринася за устойчивостта и икономическата ефективност.

• Опазване на ресурсите, аспекти на здравето: частичното заместване на никела с мед намалява използването на скъпи и оскъдни ресурси и рисковете за здравето по време на обработката;
• Икономия на енергия : при студеното формоване се изразходва значително по-малко енергия от горещото формоване, което води до по-малко въглеродни емисии;
• Рентабилност: опростената технологична верига, намаленото използване на материали и по-ниското потребление на газ (при студено формоване) помагат за по-ниски производствени разходи.

Ключови думи: Fraunhofer IWU   TRIP/TWIP ефект   формоване   отливки   металообработка  

Област: Машиностроене