Снижение веса и повышение прочности

Выпуск инновационных, высокоэффективных марок стали расширяется стремительными темпами. Наряду с высокой прочностью и свойствами, способствующими повышению безопасности в целом ряде сфер применения, по сравнению с мягкой сталью, эти новые марки облегчают вес стальных конструкций, что, в свою очередь, ведет к снижению расхода топлива и, в конечном итоге, к оздоровлению окружающей среды в глобальных масштабах.

Применение прогрессивных высокопрочных (AHSS) и сверхпрочных (UHSS) сортов стали способствует радикальному преобразованию автомобилестроения, а сталь Docol® вносит в этот процесс весомый вклад. В современных автомобилях практически любого производителя эта сталь всё более широко применяется в различных сферах – от каркасов сидений, усилителей и защитных конструкций боковых дверей и крыши до бамперов и других жизненно важных компонентов.

Сильные стороны стали AHSS Docol®

Благодаря сильным сторонам стали AHSS Docol®, проектировщики получают возможность уменьшить расход материала без ущерба конструктивным характеристикам готовой продукции. Двухфазные и мартенситные сорта стали изначально обладают исключительно высоким пределом текучести. Помимо этого, такие сорта отличаются ярко выраженным механическим упрочнением при формовке, а также термоупрочнением в процессе окраски.

Механическое упрочнение обычно достигает 150 МПа при 2-процентном наклепе, а термоупрочнение после типовой окраски дает дополнительные 50 МПа.

Наряду с механическим и термоупрочнением, сталь AHSS отличается возрастанием упрочнения с повышением скорости деформации. Эта особенность обеспечивает дополнительное упрочнение примерно на 100 МПа при высокой скорости локальной деформации, типичной для автомобиля, попавшего в ДТП.

Потенциал снижения веса

Высокая прочность стали AHSS позволяет снизить вес неокрашенных кузовов, бамперов, усилителей боковых дверей, каркасов сидений и других конструкций. Для наглядной демонстрации этого потенциала приведем два теоретических примера с цифрами. При работе детали в режиме мембраны поверхностное напряжение обратно пропорционально его толщине (рис. 1a). При чистом изгибе поверхностное напряжение обратно пропорционально квадрату толщины листа (рис. 1b).

Рис. 1: Нагрузка на мембрану и нагрузка на лист

Повышение сопротивляемости материала напряжению позволяет уменьшить толщину при неизменных характеристиках. Потенциал снижения веса в наших двух теоретических примерах представлен на рис. 2.

В производстве компонентов, критически важных для обеспечения безопасности, потенциал снижения веса, как правило, находится в пределах этих двух крайних значений. Однако, пример чистого изгиба не является нижним пределом в силу того, что в относительно слабых конструкциях высока вероятность локальной потери устойчивости.

Как показано на рис. 2, чтобы использовать потенциал стали AHSS в полной мере, особое внимание уделяется повышению сопротивляемости материала локальным изгибам. Должны быть приняты меры к тому, чтобы избежать состояния чистого изгиба. Общий момент изгиба лучше всего передается элементами жесткости. Стальные изделия роликового профилирования или трубы служат превосходным материалом для проектирования конструкций оптимальной геометрии, выдерживающих момент изгиба.

Рис. 2: Снижение веса в при использовании стали AHSS в режиме мембраны и при чистом изгибе. Предел текучести указанных сортов стали соответствует 2-процентному упрочнению при обработке и после окраски.