Vývoj nových materiálových konceptů pro automobilový průmysl

Mgr. Dagmar BUBLÍKOVÁ

Doctoral thesis

Development of new material concepts for the automotive industry

Abstract:

Moderní vysokopevné nízkolegované oceli přestavují v současné době důležitou složku pro automobilový průmysl. Zejména v automobilovém průmyslu je při výrobě stavebních a bezpečnostních komponentů tvářením kladen důraz na kombinaci vysoké pevnosti a tažnosti a snižování hmotnosti jednotlivých komponentů. Důležitým faktorem je také snížení výrobních a provozních nákladů. Teoretická část práce vycházela z lineární rešerše, která byla zaměřena na problematiku vysokopevných nízkolegovaných ocelí a jejich tepelným zpracováním. V první kapitole je popsáno rozdělení nízkolegovaných ocelí, jejich mechanické vlastnosti a způsoby průmyslového využití. V následující kapitole jsou stručně popsány způsoby tváření vysokopevných ocelí. Jelikož je experiment zaměřený na tepelné zpracování vysokopevných ocelí pomocí Q-P procesu (Quenching and Partitioning Process), je zde podrobněji popsána technologie Q-P procesu, fázové přeměny během Q-P procesu, vliv parametrů tepelného zpracování a legujících prvků na výsledné mechanické vlastnosti a mikrostrukturu vysokopevných ocelí. V první části výzkumu byly navrženy čtyři experimentální martenzitické oceli se speciálním legováním snižujícím teploty Ms a Mf s 0,4 % C legované především manganem, křemíkem, chromem, molybdenem a niklem. Technologie Q-P procesu byla nejprve vyvíjena v laboratorních podmínkách pomocí materiálově technologického modelování na termomechanickém simulátoru. Na termomechanickém simulátoru je možné na malém množství materiálu napodobit podmínky reálného procesu a přesně řídit teplotní profil. Postupně byly optimalizovány jednotlivé parametry procesu a byl zjištěn jejich vliv na výslednou mikrostrukturu a mechanické vlastnosti. V další části výzkumu bylo přistoupeno k aplikaci poznatků do reálného procesu. Z experimentální oceli, s nejlepšími vlastnostmi po modelovém zpracování, byl vykován reálný zápustkový výkovek. Tento výkovek byl tepelně zpracován a byl použit jako model pro získání dat pro tvorbu materiálově-technologického modelu. Tento model byl následně odzkoušen na termomechanickém simulátoru a byly porovnány mechanické vlastnosti modelu a reálného výkovku. S cílem získání lepší stability zbytkového austenitu uvnitř i na povrchu výkovku byla optimalizována teplota zakalení. Stabilita zbytkového austenitu byla hodnocena při různých teplotních expozicích a při deformaci zastudena.

Abstract:

Advanced high-strength low-alloy steels are currently an important component for the automotive industry. Especially in the automotive industry, in the production of building and safety components, the emphasis is placed on the combination of high strength and ductility and decrease the weight of individual components. Decrease production and operating costs is also an important factor. The theoretical part of the work was based on a linear search, which was focused on the issue of high-strength low-alloy steels and their heat treatment. The first chapter describes the division of low-alloy steels, their mechanical properties and methods of industrial use. The following chapter briefly describes the methods of forming high-strength steels. Since the experiment is focused on heat treatment of high-strength steels using Q-P process (Quenching and Partitioning Process), Q-P process technology, phase transformations during Q-P process, influence of heat treatment parameters and alloying elements on resulting mechanical properties and microstructure of high-strength steels are described in more detail. In the first part of the research, four experimental martensitic steels with special alloying reducing temperatures Ms and Mf with 0.4 % C alloyed mainly with manganese, silicon, chromium, molybdenum and nickel were designed. The technology of the Q-P process was first developed in laboratory conditions using material technology modeling on a thermomechanical simulator. On a thermomechanical simulator, it is possible to simulate the conditions of a real process on a small amount of material and precisely control the temperature profile. Gradually, the individual process parameters were optimized and their influence on the resulting microstructure and mechanical properties was determined. In the next part of the research, the application of knowledge to the real process was approached. A real die forging was forged from experimental steel, with the best properties after model processing. This forging was heat treated and was used as a model to obtain data for creating a material-technological model. This model was then tested on a thermomechanical simulator and the mechanical properties of the model and the real forging were compared. In order to obtain better stability of the retained austenite inside and on the forging surface, the clouding temperature was optimized. The stability of retained austenite was evaluated at different temperature exposures and cold deformation.

Keywords

Q-P proces, termomechanický simulátor, materiálově-technologické modelování, zbytkový austenit, zápustkový výkovek

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 9. 2021

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Prof. Dr. Ing. Bohuslav Mašek, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Manufacturing and Materials / Strojírenské technologie a materiály