Спрос автомобильной промышленности на высокопроизводительные сплавы, известные как высокопрочные стали (AHS), в последние годы увеличился из-за все более жестких требований к безопасности пассажиров, характеристикам транспортных средств и экономии топлива.
Отличающиеся улучшенной формуемостью и сопротивляемостью ударам по сравнению с обычными сортами стали, высокопрочные стали используются в критических местах с точки зрения безопасности в конструкциях кузовов автомобилей для поглощения энергии от ударов. Однако некоторые из этих высокопрочных сплавов имеют тенденцию становиться хрупкими в результате сварки и могут сломаться при горячей штамповке и формовании, необходимых во многих производственных процессах.
«Эта проблема делает невозможным использование стали AHS не только в автомобильной промышленности, но и в других отраслях, например, в аэрокосмической», - сказал Милтон Серхио Фернандес де Лима, исследователь из Института перспективных исследований командования ВВС Бразилии (IEAv). Чтобы решить эту проблему, компания Lima разработала инновационный метод высокотемпературной лазерной сварки стали AHS, пригодной для использования в аэрокосмической отрасли.
Результаты, полученные в то время, когда Лима была приглашенным научным сотрудником в Колорадской горной школе в США при поддержке Исследовательского фонда Сан-Паулу, теперь опубликованы в Welding Journal .
Технология, разработанная Lima, заключается в нагреве листов стали 22MnB5 - наиболее многообещающей марки AHS для горячей штамповки и формовки - примерно до 450 ° C за 10 минут до лазерной сварки для выравнивания температур. Листы выдерживают при высокой температуре еще 10 минут после сварки для получения бейнитной структуры. Металлурги обнаружили, что бейнит, микрокомпонент, который образуется в стали при определенных условиях, является лучшим кандидатом для получения прочных и надежных сварных соединений. В частности, он показывает высокие значения текучести и прочности на разрыв.
Анализ показал, что листы, свариваемые при такой высокой температуре, содержали бейнит и были намного более жесткими, чем листы, сваренные при комнатной температуре, которые содержали мартенсит, микрокомпонент с более низким пределом текучести и пределом прочности на разрыв, чем бейнит. Стресс-тесты также продемонстрировали упругость листов, сваренных при высокой температуре. «Нам удалось изготовить прочные сварные детали непосредственно в бейнитной полосе без какой-либо дополнительной термообработки», - сказал Лима.
Возможные применения
По словам Лимы, эту технику можно легко применить в производстве для улучшения лазерной сварки высокопрочной и сверхвысокой прочности стали. В автомобильной промышленности лазерная сварка используется для соединения стальных заготовок и штампованных конструктивных элементов кузова, таких как стойки, балки, рельсы, рамы, туннели и стержни, быстрее и надежнее, чем при традиционной сварке.
В аэрокосмической промышленности лазерная сварка используется производителями самолетов, такими как Boeing и Airbus, а также некоторыми небольшими европейскими фирмами, для повышения надежности сварных швов в конструкциях самолетов, ракет, ракет, спутников, возвращаемых аппаратов, антенн, бортовых систем. и дроны.
«Сваренные лазером конструкции в этой отрасли должны выдерживать высокие температуры и внешнее давление», - сказал Лима. «Отсюда необходимость в очень высоком уровне надежности». «Хотя исследования находятся на начальной стадии, ожидается, что бейнитная сталь станет отличным материалом для защиты и брони из-за ее высокой способности поглощать механическую энергию», - добавил он.
«Многие материалы, разработанные в аэрокосмической отрасли, никогда не использовались, потому что они не отвечают необходимым требованиям отрасли к высокой надежности», - сказал Лима. «Но побочные продукты этих материалов могут найти применение и быть легко внедрены в других областях, например, в автомобильной промышленности ». В настоящее время Лима участвует в проекте, также поддерживаемом FAPESP, чтобы доказать возможность применения его технологии в Бразилии и использовать ее для лазерной сварки мартенситностареющей стали , которая является важным компонентом бразильских ракет и ракетных двигателей.
