07/11/2025
Akkor ahogy ígértem... Olvasd végig. Nagyjából 99% az esélye, hogy ilyen anyagokból épült az autód karosszériája
A kép nagyjából egy 5-10 éves autó szerkezetét mutatja az anyagválasztással együtt.
Nézzük meg az egyes acéltípusokat:
Mild Steel - sima acélok, hogy egyszerűbb legyen az élet, minden, ami 500MPa alatt van. Némi metallurgiai ügyeskedés - tisztább acél, kevesebb szennyeződéssel (pl. IF acélok), a mai poszt szempontjából nem fontos - kivéve a BH acélokat:
- BH (bake hardening - festék "sütésénél" keményedő) acél, vagyis olyan acél, ami nagyon jól alakítható, az alakítás során felkeményedik - szemben az IF acéllal, itt előnyös a növelt nitrogén- és karbontartalom az acélban. A trükk az, hogy az alakítás során az acélban rengeteg diszlokáció jön létre (ezek rácshibák, nagyon leegyszerűsítve), amik a szilárdságot növelik azáltal, hogy egy másik rácshiba egy ilyenbe beleakadva nem tud tovább menni, csak úgy, ha extra energiát (mechanikai terhelést) kap. De nem csak a rácshibák tudnak itt elakadni, hanem karbon- és nitrogénatomok is, így a mechanikai terhelés hatására mozgó rácshiba még nagyobb eséllyel akad bele egy ilyen akadályba. Hogy mindenhová jusson az akadályból, nem árt némi diffúziós folyamat. Ezt a festést követő lakkbeégetésnél alkalmazott, kb 170°C-n 30 percen hőntartással lehet elérni. Így a kb. 250MPa-s folyáshatárú anyag felmehet 400MPa-ra. Ideális panelelem. Viszont ha hőt kap, akkor a fenti mechanizmusnak annyi.
Növelt szilárdságú acélok. Itt maradok az 5-10 éves autó példájánál és ezt a csoport 3 részre szedem szét:
Nagy szilárdságú acélok - kékkel jelölve. Ide sorolnám:
- növelt szilárdságú IF (interstitial-free, nagyon leegyszerűsítve - de tényleg - olyan acél, ahol a karbon-, nitrogén- és oxigéntartalom extra alacsony, így nagyon jó mélyhúzási tulajdonságai vannak. Tartalmaz titánt és nióbot, pont azért, hogy az oxigén és a nitrogén vegyület formájában legyen megkötve).
- mikroötvözött acélt (HSLA - high steel, low alloy, nagyon leegyszerűsítve, az összes ötvözőanyag tartalma legfeljebb 3.5%). Jellemzője ezeknek az acéloknak a viszonylag magas mangán Mn tartalom. Komplex hőkezeléssel finom nitridek és karbidok jönnek létre. Hasonlóan műküdik, mint a korábban említett akadályok, amikbe a mechanikai terhelés hatására mozgó rácshiba beleakad. Minél finomabb a szövetszerkezet, annál nagyobb eséllyel.. Bármilyen hőhatás - tűzeset, lánggal nekiesnek egyengetni - tönkreteszi ezt a szövetszerkezetet
Extra nagy szilárdságú acélok - sárgával jelölve
- DP (dual-phase, kettős fázisú acél). Ez egy jópofa találmány. Itt az a trükk, hogy nem lehet "csak úgy" szilárdságot növelni hogy a képlékenység megmarad, illetve ha képlékenységet növelünk, akkor leesik a szilárdság. Szívás. De mi van akkor, ha azokat a szövetelemeket rakjuk össze, amelyik nagyon nagy szilárdságú (martenzit) meg amelyik nagyon képlékeny (ferrit)? Ekkor egy mátrixot kapunk - ahol a szilárdság immáron annak a függvénye, hogy a ferrit mátrixba mennyi martenzitet ágyazunk be. Ha a martenzit arányát felvisszük 40%-ra, akkor 980MPa folyáshatárt kapunk viszonylag jó alakíthatósággal, amit a puha ferrit mátrix biztosít. Erről - ahogy említettem készül a weboldal - külön cikk lesz majd. Amit jegyezzünk meg, nagyon magas szilárdság megfelelő képlékenység, HA a hőkezelést helyesen csináltuk. Bármilyen lánggal kókányolás ezt a szövetszerkezetet tönkre teszi, a szilárdság töredéke lesz az eredetinek
- TRIP (Transformation induced plasticity, vagyis fázisátalakulás okozta képlékenység. Szerintem ez elsőre nem mond semmit, de az elv nagyon egyszerű. Vegyünk a sima ausztenitet, ami kb. 2% karbont tud magában tartani. Alapvetően puha anyag, nagyon jó képlékenységgel. Adjunk hozzá némi ferritet - erről már tudjuk, hogy szintén puha, meg bénitet (köztes szövetelem, "aránylag" nagy szilárdságú, jelen poszt szempontjából ennyi elég). Állítsuk be úgy az összetételt, hogy legalább 10% ausztenitünk van, a maradék bénit meg ferrit. Még nem vagyunk készen. Adjunk mellé némi foszfort (fékezi a karbidképződést, mindjárt fontos lesz), egy kevés szilíciumot (stabilizálja a ferritet) meg némi mangánt.
Ha csak simán hőkezelnénk, akkor jönne a klasszikus recept, ausztenit átalakul bénitté (ami ferrit és cementit) a marad vissza ferrit, aztán kicsit megnöveltük a szilárdságot. De mi nagyon meg akarjuk növelni a szilárdságot. Ehhez viszont egy nagyon spéci hőkezelés kell, ahol elkerüljük az ausztenit átalakul bénitté játékot. Na, ehhez kell a foszfor. Megtörténik a hőkezelés - rendkívül szűk tartományban és ellenőrzött lehűlési körülmények között - AMIT PISTA NEM TUD A LÁNGGAL, SEM A HEGESZTÉSSEL ÖSSZEHOZNI - akkor az a kevés ausztenit kb. 5-7% marad - bekajálja a 0.1-0.2% karbont, vagyis feldúsul úgy 1.2%-ra. Ez bizony az alsó határa a szerszámacéloknak.. A lemezt így hagyjuk.
Most jön a trükk: a lemezünk tartalmaz ferritet és bénitet (jól alakítható) meg ausztenitet, ami nincs megeresztve és tele van karbonnal. Ha elkezdjük a lemezt alakítani, akkor olyan nyomás = feszültség ébred az anyagban, hogy termodinamikailag szobahőmérsékleten már nem ausztenit a legkisebb energiájú állapot, hanem a martenzit... Hoppá. 30-40%-os alakváltozásnál a kezdeti 400MPa-ról felmegyünk 1000-1200MPa folyáshatárra. Nézd meg a képen a narancssárga elemeket... Sokat alakítottak rajtuk és mindezt hőbevitel nélkül. ÚJRA: BÁRMILYEN HŐBEVITEL ITT TÖNKRE TESZI A SZÖVETSZERKEZETET!
Ultra nagy szilárdságú acélok - pirossal
Még mindig tudjuk fokozni.
PHS acélok - van, amikor már a TRIP hatás sem elég és még nagyobb szilárdság kell. Ekkor jön a melegalakításra kifejlesztett ultranagy szilárdságú acél, vagyis a Press Hardening Steel (PHS). Itt a bór hatását használják ki mangánnal. Ezek egyszerű ötvözetek - pl. 22MnB5 - melegen alakítva és a hőkezelést a présszerszámban csinálják. A szilárdságnövelési folyamat - most elégedjünk meg ennyivel - hasonlít a TRIP-hez, némileg komplikáltabb hőkezeléssel a szerszámban. Itt 2000MPa-s folyáshatárt érhetünk el.
Ha eddig eljutottál az olvasásban, akkor láthatod, hogy a kulcs mindenhol a KOMPLEX HŐKEZELÉS, IRÁNYÍTOTT LEHŰLÉSSEL. Ha ennek valaki nekiesik lánggal, ráhegesztget, ott ezek az opciók már nincsenek meg. Ugyanígy gond van pl. egy motortér tűr után.
Ez sem vicc. Elhiszem, hogy a felni-hegesztő egyháznak vicces volt az előző poszt, de ez sem játék. Egy tartószerkezetről beszélünk, amikre nehezen felfogható erők hatnak minden időpillanatban és a szerkezet NEM KÁROSODOTT ALAPANYAGRA van méretezve...
Lehet, hogy az autó külsőleg jó állapotban van, de az alapanyag nem felejt és erre egy esetleges balesetnél előforduló "furcsa deformáció" ad majd egyértelmű választ - csak félő, hogy ez a válasz az utasoknak már semmit sem fog jelenteni.
