Attualmente, i requisiti prestazionali complessivi per i materiali automobilistici sono elevata resistenza, resistenza alla fatica, resistenza allo scorrimento viscoso, resistenza alle alte temperature, resistenza ai solventi, stabilità dimensionale, eccellenti proprietà elettriche, ecc., il che impone requisiti più elevati per i materiali automobilistici domestici. Tra i materiali della carrozzeria delle automobili, i materiali metallici rappresentano quasi il 90%, di cui il 70% sono materiali in acciaio, il 20% sono leghe di alluminio, leghe di magnesio, ecc., mentre i tecnopolimeri, la fibra di carbonio e altri materiali rappresentano circa il 10%. Tenendo conto del costo, della sicurezza, della leggerezza e di altre caratteristiche, l'acciaio sarà ancora per molto tempo il materiale più adatto per le carrozzerie delle automobili.
In base al livello di resistenza, l'acciaio per autoveicoli può essere suddiviso in tre categorie: acciaio a basso tenore di carbonio, acciaio ordinario ad alta resistenza e acciaio avanzato ad alta resistenza.
1. Acciaio dolce
L'acciaio a basso tenore di carbonio si riferisce principalmente all'acciaio calmato con alluminio a basso tenore di carbonio o all'acciaio privo di interstizi (acciaio IF). Ha un basso carico di snervamento ed un elevato allungamento dopo la rottura. Ha eccellenti proprietà di lavorazione della plastica ed è molto adatto per la produzione di parti complesse e può essere utilizzato nelle portiere delle auto. Per lo stampaggio vengono utilizzati la piastra, il vano della ruota di scorta, la piastra del copriruota e altri prodotti per imbutitura profonda e ultraprofonda. In particolare, l'acciaio privo di interstizi viene prodotto aggiungendo una quantità adeguata di titanio e/o niobio all'acciaio a bassissimo tenore di carbonio. Gli atomi interstiziali (carbonio, azoto) nell'acciaio esistono sotto forma di carburi e nitruri, riducendo gli atomi della soluzione solida interstiziale nell'acciaio. , conferendogli una migliore formabilità.
2. Acciaio ad alta resistenza ordinario
Gli acciai ad alta resistenza comuni comprendono quattro categorie: acciaio ad alta resistenza con aggiunta di fosforo, acciaio IF ad alta resistenza, acciaio temprato a forno e acciaio ad alta resistenza a bassa lega.
Per acciaio ad alta resistenza con aggiunta di fosforo si intende l'aggiunta di non più del 0,12% di elementi rinforzanti in soluzione solida come il fosforo all'acciaio a bassissimo tenore di carbonio (basato su acciaio privo di interstizi) o all'acciaio a basso tenore di carbonio (basato su acciaio calmato con alluminio a basso tenore di carbonio) per migliorare la resistenza dell'acciaio. Questo acciaio ha un'elevata resistenza e buone proprietà di formatura a freddo, oltre a una buona resistenza agli urti e alla fatica, e viene spesso utilizzato per realizzare pannelli o parti strutturali di automobili.
L'acciaio IF ad alta resistenza migliora il rapporto di deformazione plastica (valore r) e l'indice di incrudimento (valore n) dell'acciaio controllando la composizione chimica dell'acciaio. Grazie all'effetto rinforzante della soluzione solida degli elementi di lega nell'acciaio e all'assenza di atomi interstiziali, questo acciaio ha sia un'elevata resistenza che eccellenti proprietà di formatura a freddo. Di solito viene utilizzato per realizzare parti complesse che richiedono un'imbutitura profonda.
L'acciaio indurito al forno trattiene una certa quantità di soluzione solida di atomi di carbonio e azoto nell'acciaio e la resistenza dell'acciaio può essere migliorata aggiungendo elementi rinforzanti come fosforo e manganese. Dopo essere stato lavorato, formato e cotto a una certa temperatura, il limite di snervamento dell'acciaio aumenta significativamente a causa dell'indurimento per invecchiamento. Viene solitamente utilizzato nei pannelli esterni delle automobili che richiedono prestazioni di indurimento in forno più elevate.
L'acciaio ad alta resistenza bassolegato viene prodotto aggiungendo elementi microleganti singoli o compositi come niobio, titanio e vanadio all'acciaio a basso tenore di carbonio per formare particelle di carbonitruro e precipitare per rinforzarlo. Allo stesso tempo, gli elementi microleganti affinano i grani per ottenere una maggiore resistenza elevata, utilizzata principalmente per parti strutturali e parti di rinforzo con elevati requisiti di formatura della flangia.
3. Acciaio avanzato ad alta resistenza
L'acciaio avanzato ad alta resistenza può ridurre al minimo il peso di un veicolo senza ridurne le prestazioni di sicurezza, soddisfacendo così i requisiti di risparmio energetico e riduzione delle emissioni dell'industria automobilistica.
L'acciaio avanzato ad alta resistenza comprende principalmente otto categorie: acciaio a doppia fase, acciaio a doppia fase a formabilità migliorata, acciaio a plasticità indotta dalla trasformazione di fase, acciaio multifase, acciaio multifase a formabilità migliorata, acciaio partizionato temprato, acciaio martensitico e acciaio a caldo acciaio formato.
La struttura del Dual Phase Steel (acciaio DP) è composta principalmente da ferrite e martensite. Ha un basso rapporto di snervamento, elevate prestazioni di incrudimento, buon allungamento uniforme e prestazioni di incrudimento. Allo stesso livello di snervamento, l'acciaio a doppia fase ha una resistenza maggiore rispetto all'acciaio ad alta resistenza a bassa lega, non subisce invecchiamento a temperatura ambiente e ha una buona formabilità. Attualmente, il livello di resistenza dell'acciaio bifase copre 450~1310 MPa e viene utilizzato principalmente per parti strutturali e rinforzi.
La struttura dell'acciaio a doppia fase con formabilità migliorata (acciaio DH) è composta principalmente da ferrite, martensite e una piccola quantità di bainite o austenite trattenuta. Rispetto all'acciaio bifase con la stessa resistenza alla trazione, ha un allungamento e un indice di incrudimento più elevati. Pertanto, questo tipo di acciaio è adatto per parti con requisiti di imbutitura più elevati.
La struttura dell'acciaio a plasticità indotta dalla trasformazione (acciaio TR) è composta principalmente da ferrite, bainite e austenite trattenuta e il contenuto di austenite trattenuta non è inferiore al 5%. Durante il processo di formatura, l'austenite trattenuta può trasformarsi in martensite, quindi l'acciaio ha un elevato tasso di incrudimento, allungamento uniforme e resistenza alla trazione. Rispetto all'acciaio bifase con la stessa resistenza alla trazione, presenta un allungamento maggiore.
La struttura dell'acciaio a fase complessa (acciaio CP) è principalmente una piccola quantità di martensite, austenite trattenuta o perlite distribuita su una matrice di ferrite o bainite, che viene rafforzata dalla grana fine o dal rafforzamento per precipitazione di elementi microleganti. Rispetto all'acciaio bifase con la stessa resistenza alla trazione, ha una maggiore resistenza allo snervamento e buone proprietà di flessione e viene utilizzato principalmente per piegare e flangiare parti sagomate.
Gli acciai a fase complessa con formabilità migliorata (acciaio CH) si basa sulla tradizionale struttura dell'acciaio a fase complessa (ferrite + martensite + bainite) e introduce la fase metastabile dell'austenite trattenuta. , martensite e bainite, conferendogli maggiore resistenza e maggiore velocità di espansione dei fori. La ferrite nell'acciaio può fornire una migliore plasticità, facendo affidamento sulla plasticità indotta dalla trasformazione di fase dell'austenite trattenuta per ottenere un allungamento uniforme e un allungamento totale più elevati. La struttura composita multifase conferisce all'acciaio CH un'elevata resistenza e presenta elevate prestazioni di espansione dei fori e buone prestazioni di allungamento.
L'acciaio da tempra e partizionamento (acciaio QP) è un acciaio ad altissima resistenza con elevata formabilità prodotto utilizzando il processo di tempra e partizionamento. La microstruttura dell'acciaio è composta da più fasi come martensite + ferrite + austenite trattenuta. Utilizza la resistenza ultraelevata apportata dalla martensite e la plasticità indotta dalla trasformazione (TRIP) dell'austenite trattenuta. ), ottenendo una formabilità superiore rispetto al tradizionale acciaio ad altissima resistenza, con un rapporto snervamento/resistenza medio ed elevate proprietà di incrudimento, ed è adatto per parti del telaio della carrozzeria e parti di sicurezza con forme relativamente complesse e requisiti di elevata resistenza.
La struttura dell'Acciaio Martensitico (acciaio MS) è quasi interamente martensitica. Di solito ha un'elevata resistenza alla trazione e un elevato rapporto di snervamento. Viene utilizzato principalmente per parti anticollisione e parti di sicurezza con requisiti di elevata resistenza. pezzi.
L'acciaio per stampaggio a caldo (acciaio HS) consiste nel riscaldare la piastra di acciaio al di sopra della temperatura di austenitizzazione. La piastra d'acciaio riscaldata viene stampata nello stampo, la formatura e la tempra vengono completate contemporaneamente e l'austenite viene trasformata in una struttura martensitica completa. Ottieni una formatura precisa di parti ad alta resistenza e risolvi problemi come la facile rottura di piastre di acciaio ad altissima resistenza durante lo stampaggio a freddo, un forte ritorno elastico, difficoltà nella formatura di parti complesse e gravi perdite di stampo. Attualmente, la resistenza dell'acciaio formato a caldo copre 1300 ~ 2000 MPa e viene utilizzata principalmente per parti strutturali e parti di sicurezza come montanti B e travi anticollisione.
Riassumendo, tra i materiali strutturali metallici, la resistenza e la plasticità dell'acciaio hanno un ampio range di regolazione. Allo stesso tempo, possono essere utilizzati vari processi come fusione, forgiatura e saldatura, ed è ancora ampiamente utilizzato nel campo automobilistico.
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