Persgehard boorstaal is een ultrasterk staal dat in verschillende industrieën wordt gebruikt, met een bijzonder belangrijke toepassing in de auto-industrie. Een groot deel van de autofabrikanten gebruikt boorstaal voor structurele componenten en anti-inbraaksystemen in auto's, omdat het een hoge sterkte en gewichtsbesparing biedt, waardoor sterkere maar lichtere auto's mogelijk zijn, met verhoogde passagiersveiligheid.

In de auto-industrie, een belangrijke verbindingsmethode is weerstandspuntlassen, met enkele duizenden lassen die worden gemaakt op een enkele auto. Puntlassen stelt de boorstaalplaat direct eronder bloot aan zeer hoge temperaturen, waardoor het metaal de smelttemperatuur overschrijdt en vervolgens snel stolt bij afkoeling. Dit resulteert in een door warmte beïnvloede zone, waar omringende materiële contracten en microstructuren worden gewijzigd.

Het is belangrijk om de exacte effecten te begrijpen van puntlassen op boorstaal, omdat de door warmte beïnvloede zones een verminderde hardheid kunnen vertonen, wat op zijn beurt de levensduur van het materiaal kan verkorten. Om de correlatie tussen hardheid en restspanning te onderzoeken, metingen moeten worden uitgevoerd op dezelfde puntlas. Daarom, er moet een niet-destructieve methode voor het meten van restspanning worden gebruikt, zodat de las achteraf kan worden doorgesneden voor de hardheidstests. Niet-destructieve methoden omvatten elektronen, Röntgen- en neutronendiffractie; de laatste was de gekozen methode omdat de neutronenbundel een kubisch meetvolume heeft, die het meest geschikt is voor de geometrie van het gegeven monster.

Een recente samenwerking tussen het IBL, WMG aan de Universiteit van Warwick, Tata Staal, en de Engineering and Physical Science Research Council (EPSRC) hebben een studie uitgevoerd om de correlatie tussen de hardheid van boorstaal en restspanning te onderzoeken. Tata Steel leverde de boorstaalplaten voor de experimenten, die werden uitgevoerd door WMG-onderzoekers op de SALSA (Stress Analyzer for Large-Scale Applications) beamline van het ILL. Neutronendiffractie werd gekozen als de methode voor het meten van restspanning in deze studie vanwege het vermogen om zware materialen zoals boorstaal, en de fijnere resolutie die het biedt. De hardheidsverdelingen werden gemeten op dezelfde lassen.

Deze studie heeft voor het eerst experimenteel een sterke correlatie vastgesteld tussen verminderde hardheid in door warmte beïnvloede zones van puntlassen van boorstaal en verhoogde restspanning. De bevindingen hebben de noodzaak aangetoond om nieuwe lasmethoden te ontwikkelen die niet dezelfde schadelijke impact hebben als puntlassen, vooral omdat er niets kan worden gedaan om de reactie van verminderde hardheid te voorkomen wanneer puntlassen wordt gebruikt op boorstaal.

Dr. Neill Raath, Onderzoeker bij WMG, en hoofdonderzoeker van deze studie zegt:"Ons toekomstige werk zal kijken naar twee methoden die dit probleem kunnen omzeilen:magnetisch pulslassen, die geen warmte gebruikt en als zodanig geen door warmte aangetaste zone veroorzaakt, en warmtebehandeling na het lassen, die de vermindering van hardheid die door puntlassen wordt veroorzaakt, omkeert. Dit zal met name van belang zijn voor industrieën die boorstaal gebruiken, namelijk de auto- en landbouwindustrie, evenals materiaalontwikkelaars die de gegevens kunnen gebruiken voor modellering en destructieve simulaties in hun eigen werk."

Dr. Thilo Pirling, IBL-wetenschapper die het SALSA-team leidt, zegt:"De SALSA-bundellijn is een zeer geschikt instrument voor deze studie, omdat het gespecialiseerd is in het bepalen van restspanningen in een breed scala aan technische materialen, inclusief staal. Het maakt het ook mogelijk om grotere structuren binnen de bundellijn te plaatsen. In dit geval, de niet-destructieve aard van de techniek maakte het mogelijk de correlatie van belang effectief te analyseren, omdat hardheidsprofielen op dezelfde las konden worden bepaald na de neutronendiffractietests voor restspanning."

Deze studie heeft de noodzaak aangetoond van alternatieve lasmethoden die de levensduur van het veelgebruikte boorstaal tot zijn volle potentieel kunnen verlengen. Met enkele duizenden lassen aan een enkele auto, toekomstige werkzaamheden aan niet-destructieve lastechnieken en nabehandelingen van puntlassen zullen de boriumstalen onderdelen van auto's in staat stellen hun hardheid te behouden en restspanning te vermijden. belangrijk, dit zal uiteindelijk de passagiersveiligheid van het hoogste niveau bieden in sterkere maar lichtere voertuigen.