فولاد‌های دو فازی - √دنیـــــــای متـــــــــــالورژی فقـــــــط از ایـــــــنجا
به "با سابقه ترين و محبوب ترين وبلاگ متالورژي در ايران" خوش آمديد

تاريخ : پنجشنبه ۱٥ اردیبهشت ۱۳٩٠

الف) کلیات

شرکت‌های خودروسازی دائما به دنبال راه‌هایی برای بهبود کارایی سوخت وسائل نقلیه خود و ساخت خودروهایی از مواد اولیه‌ای هستند که ایمنی سرنشینان را حفظ کند.

هرگونه موادی که جهت استفاده در فرآیند خودروسازی استفاده می‌شود، باید به آسانی قابلیت شکل‌دهی، جوش‌پذیری، پوشش‌پذیری (به‌منظور حفاظت از خوردگی) و قابل تعمیر باشد. یک گروه از چنین موادی که می‌توانند این انتظارات را برآورده کند، فولاد‌های دوفازی هستند.

به دلیل داشتن قابلیت‌های ذکر شده این فولاد‌ها که دارای حداقل نیروی کششی معادل 590Mpa هستند در خودروهای تولید شده سال‌های 2007و2008 میلادی مورد توجه عمده سازندگان قرار گرفته‌اند. با استفاده از فولاد‌های دوفازی با نیروی کششی
Mpa 590 در بدنه خودروها، شرکت‌های خودروسازی دریافتند که این مواد بدون آنکه نیروی کششی خود را از دست بدهند دارای خاصیت شکل‌پذیری بسیار عالی هستند.

با ترکیب دو خاصیت فرم‌پذیری و کشش‌پذیری بالای این فولادها می‌توان از فولاد‌های بسیار نازک در بدنه خودروها استفاده کرد و بنابراین می‌توان شرایط اقتصادی بهبود یافته‌ای را برای خودروها از نظر میزان مصرف سوخت فراهم کرد.

به واسطه خاصیت ضربه‌پذیری فوق‌العاده این فولاد‌ها ایمنی سرنشینان نیز ارتقا یافته است، بنابراین جای بس شگفتی نیست که چرا این مواد به‌طور عمده در خودروهای تولید شده سال‌های 2007 و 2008 مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

این فولاد‌ها جزو فولاد‌های با کشش‌پذیری بالا(AHSS) Advanced High Strength Steel محسوب می‌شوند که سبب متمایز ساختن آنها از فولاد‌های کشش عادی (HSS) High Strength Steel شده است.

فولاد‌های نوع HSS شامل فولادهای کم کربن با نیروی کششی بالا و فولادهای کربن منگنز با نیروی کششی تا 440Mpa هستند. اگرچه فولادهای AHSS تا سال 2001 اصلا مورد استفاده قرار نمی‌گرفتند ولی به‌دلیل خاصیت کشش‌پذیری بالای آنها در حدود 10 درصد محصولات ساخت سال 2005 مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

فولادهای دوفازی، دارای ترکیبی مطلوب از استحکام و انعطاف‌پذیری بوده و دلیل این امر، حضور ذرات سخت مارتنزیت در فاز انعطاف‌پذیر فریتی است. افزایش استحکام عمدتا با کسر حجمی فاز سخت مارتنزیت، نوعا از 5 تا 30 درصد، کنترل می‌شود.

ترکیبی از استحکام تسلیم کم و استحکام نهایی بالا و در نتیجه میزان کار سختی بالا مشخصه این نوع فولادها است. از نظر تئوری و همچنین به‌صورت عملی، نشان داده‌ شده ‌است که ریز شدن دانه‌ها در فولاد DP باعث بهترشدن نرخ کار سختی و در نتیجه بهبود ازدیاد طول کل می‌شود. بنابراین، ترکیب بهینه‌ای از استحکام و شکل‌پذیری با توزیع یکنواخت جزایر ریز مارتنزیت در زمینه فریتی ریزدانه، قابل حصول است.

استحکام نهایی بالاتری در مواد درشت‌دانه بدون نیوبیم میکروآلیاژی وجود دارد. در نتیجه مواد میکروآلیاژی شده با نیوبیم می‌توانند به استحکام بالایی حتی با مقدار مارتنزیت کمتر برسند که این خود مزیتی در دستیابی به نسبت تسلیم پایین و ازدیاد طول نسبی بالاست.

در عملیات شکل‌دهی بسته به روش شکل‌دهی، مقدار واقعی استحکام تسلیم در قطعه نهایی به‌صورت موضعی برحسب دمای واقعی تغییر می‌کند و مقاومت خرد‌شدگی قطعه را تحت ‌تاثیر قرار می‌دهد. شکل یک ارتباط اندازه دانه و خواص مکانیکی در فولادهای دوفازی را نشان می‌دهد.


ب) مصرف فولاد‌های AHSS در حال افزایش است

با توجه به اهداف پیش روی شرکت‌های خودروساز به‌منظور ساخت خودرو‌های ایمن‌تر با کارایی مناسب در میزان مصرف سوخت و روند استفاده از فولاد برای برآورده ساختن نیازهای صریح و رو به افزایش دولت‌ها، پیش‌بینی می‌شود که استفاده از فولادهای AHSS در بدنه خودرو‌ها تا سال 2015 به میزان 60 درصد رشد داشته باشد.

 اگرچه تکنولوژی فولادهای دو فازی جدید نیست و این فولاد‌ها با کشش‌پذیری 590Mpa از سال 1979 وجود داشته‌اند ولی استفاده از آنها در مصارف خودروسازی قبل از سال 2000 واقعا وجود نداشته است.

روند رو به رشد تقاضاها به منظور نیل و دستیابی به الزامات استانداردهای(CAFE) Corporate Average Fuel Economy و همچنین نیازهای مقاوم‌سازی سقف و بدنه خودرو برای محافظت از سرنشینان در موقعیت‌های واژگون شدن خودرو، شرکت‌های خودروسازی را بر آن داشته تا برای دستیابی به این استانداردها به فولاد‌های دوفازی نگاهی نو و ویژه داشته باشند.

با توسعه و تجاری شدن فولاد‌های دوفازی با حداقل نیروهای کششی 780Mpa و 980Mpa، بسیاری از شرکت‌های خودروسازی هدف خود را بر استفاده از این دو درجه از فولاد در مدل‌هایی که قرار است در سال‌های آتی تولید کنند، قرار داده‌اند.


ج) مشخصات فولادهای دوفازی

برخی از مشخصات این فولاد‌ها که آنها را در کاربردهای خودروسازی مورد توجه قرار داده است به شرح ذیل هستند:

1) استحکام بالای این فولادها از طریق یک انتقال فازی از فاز آستنیت به فاز مارتزیت نشأت می‌گیرد.

2) بسته به سطح استحکام این فولادها به میزان 10 تا 40 درصد ساختار مارتزیت در دیاگرام آهن ـ فولاد خود دارا هستند.

3) برای دستیابی به استحکام بالاتر، ساختار مارتنزیتی بیشتری در فولاد نیاز است. بنابر این هرچه استحکام فولاد بالا رود مقدار ساختار مارتزیتی در این فولادها افزایش می‌یابد.

4) در مقایسه با فولاد‌های متعارف (HSS)، فولاد‌های دو فازی دارای استحکام و کشش بالاتری هستند.

5) فولاد‌های دو فازی دارای سختی بالایی هستند که نشانگر فرم‌پذیری مناسب آنها است.

6) فولادی دو فازی دارای نسبت کشش پلاستیکی پایینی هستند(rm). این نسبت عبارت است از کشش عرضی ورق به کشش ضخامتی آن. Rm پایین بیانگر خاصیت ضعیف کشش‌پذیری عمیق است و این به آن معنی است که این فولاد‌ها انتخاب مناسبی برای مواردی که نیاز به کشش‌پذیری عمیق هستند، نمی‌باشند.

7) این فولاد‌ها از طریق فرآیند آنیلینگ (bake harden able) سخت می‌شوند (در درجه حرارت‌های مختلف استحکام آنها افزایش پیدا می‌کند). این عمل سبب افزایش استحکام فولاد پس از اتمام فرآیند جوشکاری بدنه، رنگ‌آمیزی و پخت آن می‌شود. جدول یک خواص کششی فولادهای دوفازی و فولادهایDQSK (Draw Quality Special Killed) جهت مقایسه آورده شده است.


د) مسائل جوش نقطه‌ای و اتصال


نقطه جوش مقاومتی روش اصلی اتصال اجزا در صنعت خودروسازی است و این در حالی است که هر خودرو دارای هزاران نقطه جوش است. برای آنکه بتوانیم از فولادهای دو فازی به بهترین نحو استفاده کنیم، درک و تشخیص رفتار این فولادها در حالت نقطه جوش بسیار حائز اهمیت است.

 برای کاربردهای خودروسازی به منظور حفاظت از خوردگی، فولادهای دوفازی با پوشش‌های آهن ـ روی (گالوانیل) و یا روی خالص (گالوانیزه) مورد مصرف قرار می‌گیرند. پیش از این رفتار نقطه جوش مقاومتی فولاد‌های دو فازی پوشش‌دار با کشش 590Mpa مورد توجه تمامی پژوهش‌ها بوده است.

نتیجه این تحقیقات منجر به کاربرد فولادهای دو فازی با این درجه کشش در تولید خودرو شد. با وجود فولا‌دهای 590Mpa و 980Mpa دانستن رفتار این فولادها در مقابل فرآیند جوش مقاومتی نقطه‌ای لازم است. بنابراین مطالعات گسترده‌ای در مورد جوش نقطه‌ای مقاومتی صورت گرفته تا رفتار فولادهای با درجه 590Mpa، 780Mpa و 980Mpa در مقابل فرآیند جوش نقطه‌ای مشخص شود.

با توجه به ارزیابی صورت گرفته بر روی عملکرد نقطه جوش مقاومتی3 درجه از فولادهای دو فازی (Mpa 590، 780 و 980) نتایج ذیل به دست آمد:

1) جوش‌ها بدون هیچ‌گونه عیب و نقصی در هر 3 درجه از فولادهای دو فازی که مورد مطالعه قرار گرفته‌اند ایجاد شدند که این نتیجه‌گیری و پیشنهاد را به ما ارائه می‌‌کنند که فولادهای دو فازی خاصیت جوش‌پذیری بسیار مناسبی دارند و این خاصیت که با عناصر مشابه جوشکاری شوند را دارا هستند.

2) در بررسی به‌عمل آمده هر 3 درجه فولاد دو فازی محدوده جریان جوشکاری گسترده‌ای را برای دستیابی به اندازه جوش قابل قبول از خود نشان دادند.

3) گسیختگی (شکست) ظاهر جوش نباید عاملی برای قضاوت کردن کیفیت نامناسب جوش فولادهای دو فازی محسوب شود.

لازم به ذکر است که مواد مورد آزمایش در این تحقیق تنها اطلاعات کلی را در بر می‌گیرند. هرگونه استفاده از این‌گونه مواد به شرایط و نوع کاربرد این فولادها بستگی دارد که باید بسته به شرایط کاری آنها مورد آزمایشات دقیق به منظور مناسب بودن شرایط کاری آنها توسط افراد واجد صلاحیت صورت گیرد.



جواد صالحی‌دهکردی / کارشناس شرکت ورق گالوانیزه خودرو چهارمحال و بختیاری



ارسال توسط محسن حیدری
آخرين مطالب
کارت اعتباری ویزا

کتاب کسب درآمد از اینترنت در ۷ روز

آدرس مجازی خارجی برای گوگل ادسنس