Блог

Jun 07, 2023

Вдавить педаль в пол — и другие материалы в движении

Последние достижения в области полимеров, металлов и композитов приобретают все большее значение.

Последние достижения в области полимеров, металлов и композитов ведут обрабатывающую промышленность в смелые, часто неожиданные направления.

Люди начали превращать металлы в полезные формы тысячелетия назад, сначала с помощью меди и золота, затем бронзы, а затем железа и стали. Полимеры имеют гораздо более короткую историю – чуть более столетия – но с тех пор стали столь же важными, как и их металлические аналоги.

Кроме того, в эволюции материалов появились новички, среди которых пластики, армированные углеродным волокном (CFRP) и композиты с металлической матрицей, которые в последние годы становятся все более популярными благодаря своей прочности и жесткости, относительно небольшому весу и «настраиваемости». для различных приложений.

Инновации продолжаются во всем спектре материалов, создавая эклектичное сочетание передовых составов с специфичными для конкретного применения свойствами, повышающими прочность, долговечность и формуемость при одновременном снижении веса и повышении устойчивости. Не то чтобы когда-либо были большие сомнения, но разработка современных материалов действительно является наукой.

По иронии судьбы, один из наиболее авторитетных игроков в этом зверинце материалов, сталь, снова стремится стать лидером – по крайней мере, в автомобильном мире. Это связано с тем, что современные высокопрочные стали (AHSS) и сверхвысокопрочные стали (UHSS) заняли центральное место во многих конструкциях легковых и грузовых автомобилей благодаря их весу и экологическим преимуществам.

По данным Американского института железа и стали (AISI), так называемые стали третьего поколения «могут снизить вес конструкции автомобиля на целых 25 процентов и сократить общие выбросы CO2 в течение жизненного цикла на 15 процентов больше, чем любой другой автомобильный материал». , Вашингтон

Крис Кристок, вице-президент автомобильной программы AISI, отметил, что сталелитейная промышленность пережила несколько этапов на пути к использованию этих высокопрочных сталей. «Некоторые из нас, возможно, помнят практически неразрушимые Checker Cabs пятидесятых годов, кузовные панели которых были изготовлены из тяжелых углеродно-марганцевых сплавов», - сказал он. «Тогда прочность достигалась за счет использования более толстых материалов, а в наши дни это неслыханная практика».

Первым шагом на пути к более тонким металлам стало добавление колумбия, титана, ванадия и подобных легирующих элементов, которые служат для увеличения прочности при сохранении хорошей пластичности. Однако не все улучшения являются чисто металлургическими. Вскоре автопроизводители разработали процесс горячей штамповки, при котором сталь, содержащая немного большее количество углерода и марганца (и немного бора), нагревается до 1800° F (982° C) во время формовки, а затем закаливается еще в штампе. И хотя в результате этого процесса производились прочные и высококачественные детали, автопроизводители хотели большего.

Кристок объяснил, что стали Gen3 по своей природе являются двухфазными, с ферритно-мартенситной микроструктурой, которая значительно улучшает их механические свойства.

«Традиционная низкоуглеродистая сталь имеет предел текучести около 210 мегапаскалей (МПа), или 30 000 фунтов на квадратный дюйм», - сказал он. «Тем не менее, производители стали начали распространять коммерческие сплавы, которые можно подвергать холодной штамповке с пределом текучести в диапазоне 800 МПа и соответствующим пределом прочности на разрыв 1180 МПа, при этом некоторые марки для горячей штамповки способны достигать уровней предела текучести в готовых деталях до 1400 МПа или до в семь раз больше, чем у мягкой стали с соответствующим пределом прочности до 1500 МПа. И это еще не все — мы видим, что на горизонте появляются стали с 10-кратным уровнем прочности».

Как говорилось в начале, люди производили сталь на протяжении тысячелетий. Так что же изменилось? Связаны ли эти огромные улучшения с недавно обнаруженными легирующими элементами или с каким-то совершенно другим методом производства?

Ответ, как объяснил Кристок, ни тот, ни другой. «Благодаря усовершенствованному управлению процессом и множеству технологических усовершенствований мы лучше подготовлены к управлению термической обработкой, которая происходит во время производства стали», — сказал он. «Мы можем нагревать и охлаждать сталь таким образом, чтобы она разрушала традиционные соотношения прочности и пластичности».