Riduzione di peso e aumento della resistenza

Nuove gamme di acciai innovativi, ad alte prestazioni si stanno rapidamente evolvendo. Oltre ad essere più resistenti e mostrare una maggiore sicurezza rispetto all'acciaio dolce, contribuiscono a realizzare costruzioni più leggere che si traducono in un minor consumo di carburante e, in definitiva, a vivere in un mondo più pulito.

Gli acciai altoresistenziali (AHSS) e gli acciai ultra-altoresistenziali (UHSS) stanno contribuendo a rivoluzionare l'industria automobilistica e l'acciaio Docol® sta prendendo parte a questa rivoluzione. Nelle automobili moderne di quasi tutti i principali OEM del mondo si possono riscontrare acciai altoresistenziali in un numero crescente di componenti: telai dei sedili, barre anti-intrusione, traverse e paraurti.

I punti di forza dell'acciaio AHSS

La resistenza di Docol® AHSS consente ai progettisti di utilizzare meno materiale senza compromettere le prestazioni strutturali. Gli acciai Dual Phase e martensitici sono disponibili con un elevato limite di snervamento iniziale. Questi acciai mostrano un marcato incrudimento quando vengono formati e anche un effetto bake hardening dal processo di verniciatura.

Solitamente l'incrudimento è circa di 150 MPa per una deformazione del 2%, con un corrispondente effetto bake hardening pari a 50 MPa in un normale processo di verniciatura.

Inoltre, l’acciaio altoresistenziale di nuova generazione subisce un aumento di incrudimento e del limite elastico all’aumentare della velocità di deformazione. Questo effetto corrisponde ad un aumento di circa 100 MPa per elevate deformazioni che si presentano localmente in caso di incidente automobilistico.

Potenziale riduzione di peso

L'elevata resistenza degli AHSS consente una riduzione di peso del body-in-white (BIW), dei sistemi di paraurti, delle barre antintrusione, dei sedili e tanto altro ancora. Per poter evidenziare nel migliore dei modi questo potenziale, si possono considerare due casi teorici. Nel caso dell’effetto mensola (figura 1a), le sollecitazioni sono lineari in funzione dello spessore. Nel caso dell’effetto piastra (figura 1b), le sollecitazioni sono quadratiche in funzione dello spessore.

Figura 1. Effetto piastra e mensola.

Con un materiale in grado di sopportare maggiori sollecitazioni, è possibile ridurre lo spessore lasciando invariate le prestazioni. La figura 2 mostra la potenziale riduzione di peso relativa a due casi teorici.

Nei componenti di sicurezza la potenziale riduzione di peso è compresa fra questi due estremi. Tuttavia il caso della flessione non è da considerarsi come un caso limite significativo, in quanto possono generarsi altri effetti locali, come l'imbozzamento nelle strutture sottili.

Come indicato nella figura 2, con l'acciaio AHSS si pone maggiore attenzione sulla progettazione al fine di evitare flessioni localizzate e di sfruttare l'intero potenziale del materiale. Per evitare flessione pura, occorre prendere dei rimedi. Il momento flettente viene assorbito meglio in presenza di barre. Le sezioni profilate o i tubi forniscono ottime geometrie per contrastare i momenti flettenti.

Figura 2: Riduzione del peso usando acciaio altoresistenziale di nuova generazione in caso di membrana e di flessione. Lo snervamento degli acciai indicati corrisponde allo snervamento dovuto ad un incrudimento del 2% e dopo la verniciatura.