témavezető: Lukács János
helyszín (magyar oldal): Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézet helyszín rövidítés: ATI
A kutatási téma leírása:
A nagyszilárdságú acélok napjaink szerkezeti alkalmazásaiban meghatározó szerepet töltenek be. A hegesztett szerkezetekben alkalmazott acélok kezdetben 235 MPa folyáshatárától – a fejlesztések révén – mára eljutottak az 1000 MPa folyáshatárt is meghaladó, nagyszilárdságú szerkezeti acélokig. Egyik jelentős felhasználási ágazatuk a mozgó gépészeti szerkezetek gyártása, amelyekben már évtizedek óta alkalmazzák a 690-890 MPa minimális folyáshatárú acélokat. Az iparilag fejlettebb országokban már szériagyártás során építik be az 1100 MPa, valamint az 1300 MPa folyáshatárú acélokat is. A nagyszilárdságú acélok legfontosabb előnye, hogy kiemelkedő szilárdsági tulajdonságaik révén alkalmazásukkor jelentős tömegcsökkenés érhető el a szükséges szelvényméret csökkenése, valamint az ebből adódó kisebb varrattömeg által. A kisebb varrattömeg csökkenti a hozaganyag-szükségletet, a gyártási időt és a gyártáshoz szükséges energiát, így a tömegcsökkenésből származó előnyök kihasználhatók a mozgó szerkezetek (például mobildaruk) esetén.
A magas folyáshatárt makro- és mikroötvözők alkalmazásával, termomechanikus hengerléssel, hőkezeléssel, illetve az anyagban található szennyezők csökkentésével érik el. Ezért a hegesztésükkor különös figyelmet kell arra fordítani, hogy a gyártás során létrehozott, többnyire nem egyensúlyi anyagszerkezetet minél kevésbé változtassuk meg. Ez komplex anyagtudományi ismereteket, korszerűbb hegesztéstechnológiát és modernebb hegesztő berendezéseket igényel. A hegesztés – a hőbevitelből adódóan – megváltoztatja az alapanyag eredeti mikroszerkezetét, így gyakran teljesen eltérő mechanikai tulajdonságokat kapunk, ami a hegesztett szerkezet szempontjából sok esetben nem megengedhető. Tekintettel arra, hogy a hegesztett kötések tulajdonságai eltérnek az alapanyagétól, indokolt azok kiemelt vizsgálata. Ezt alátámasztja, hogy a kötés minőségét, és ezáltal az igénybevételekkel szembeni ellenállását is meghatározzák a különböző hegesztési paraméterek. Ilyen a kötéskialakítás, az alkalmazott hegesztő eljárás, az áramerősség, a feszültség, illetve a hegesztési sebesség, általánosabb mérőszámmal a vonalenergia nagysága.
A nagyszilárdságú acélok hegesztésekor az ötvözőelemek hatására a hőhatásövezet keményedik, túl nagy hőbevitel esetén pedig az alapanyaghoz képest jobban kilágyul, a szilárdság pedig lecsökken. A varrat-alapanyag átmenetnél keménységnövekedés és keménységcsökkenés egyaránt kialakulhat. A munkadarabot ezért hegesztéskor egy adott lemezvastagság felett elő kell melegíteni, és korlátozott hőbevitellel kell hegeszteni. A megfelelő kötés kialakítása szempontjából, tehát kiemelt figyelmet kell fordítani a hegesztő eljárás, valamint a hegesztési paraméterek kiválasztására. Ennek megvalósítására a napjainkban legelterjedtebb hegesztő eljárása a védőgázas fogyóelektródás ívhegesztés és számos speciális eljárásváltozata (például impulzus hegesztés, csökkentett hőbevitelű hegesztés vékonylemezek hegesztéséhez, VFI ívpont hegesztés, keskenyréshegesztés) nyújthat megoldást.
A kutató munka célja egy olyan hegesztési technológia vizsgálata, amelynek segítségével a mobil autódarukban használt ultra-nagyszilárdságú (1100-1300 MPa folyáshatárú) különböző cégek által előállított acél elemek egyesíthetők a védőgázas fogyóelektródás ívhegesztés korszerű eljárásváltozatainak segítségével. Az alapanyag-fejlesztési koncepciók és a technológia vizsgálata során fizikai szimulátor (Gleeble 3500) és hegesztő robot alkalmazása egyaránt szükséges. A fizikai szimulátor segítségével lehetőség nyílik a hegesztési hőciklus modellezésére, a hőhatásövezet részletes elemzésével kísérletek sorozata végezhető el a nagyszilárdságú acélok esetén alkalmazott paraméterek vizsgálatára és a hőhatásövezet kritikus részeinek előállítására. A hegesztőrobot segítségével pedig ténylegesen elkészíthetők a (valós) hegesztett kötések, ezáltal biztosítva a szükséges mintákat a későbbi elemzésekhez (például fáradás).
Hazai és külföldi ipari kapcsolatok
A nagyszilárdságú acélok hegeszthetőségével és széleskörű alkalmazhatóságával kapcsolatos kutatásokra az ipar részéről is igény mutatkozik, ezért a PhD képzés keretében az egyes feladatok a Lorch, a Thyssen, a DEPA és a Fliess vállalatokkal együttműködve kerülnek elvégzésre. Tekintettel a külföldi társtémavezetőre, mind a külföldi részképzés, mind a külföldi partnerekkel való együttműködés lehetősége adott.
Irodalom
[1] Szunyogh L. (főszerkesztő): Hegesztés és rokon technológiák (kézikönyv); Gépipari Tudományos Egyesület, Budapest, 2007. p.: 1-895. (ISBN 978-963-420-910-2)
[2] Metals Handbook, Volume 6.: Welding, Brazing and Soldering, ASM International, USA.
[3] Balogh, A.; Lukács, J.; Török, I. (szerk): Hegeszthetőség és a hegesztett kötések tulajdonságai, Miskolci Egyetem, Miskolc, 2015. (ISBN 978-963-358-081-3)
[4] Bhadesia, H. K. D. H, Honeycombe, R. W. K.: Steels Microstructure and Properties, Third Edition, Elsevier Linacre House, Hordan Hill, Oxford OX2 8DP, UK, 2006.
[5] Granjon, H.: Fundamentals of welding metallurgy, Abington Publishing, Woodhead Publishing Ltd., Abington Hall, Abington, 2002.
[6] Lippold, J. C.: Welding metallurgy and weldability, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2015.
[7] Macdonald, K. A. (Ed.): Fracture and fatigue of welded joints and structures. Woodhead Publishing Limited, 2011
[8] Lampman, S. (Ed.): Weld Integrity and Performance, ASM International, 1997.
[9] Shome, M.; Tumuluru, M. (Eds.): Welding and Joining of Advanced High Strength Steels (AHSS), Elsevier, 2015.
Bejelentkezés
