De vraag naar lichtere, sterker, en duurzamere materialen voor gebruik in voertuigen zijn nog nooit zo hoog geweest. Bedrijven kijken naar nieuwe en geavanceerde materialen zoals lichtgewicht geavanceerd hogesterktestaal (AHSS) om autocomponenten te ontwikkelen die de gasefficiëntie helpen verhogen, onderhoudskosten verlagen, en levens redden.

Onderzoekers van de United States Steel Corporation (USS) gebruikten onlangs neutronen bij Spallation Neutron Source van Oak Ridge National Laboratory om de eigenschappen van hydroformed AHSS beter te begrijpen en hoe het reageert op restspanning die tijdens de productie wordt geïntroduceerd.

"Omdat dit een nieuw materiaal is dat vastgehouden austeniet bevat, we moeten een beter inzicht krijgen in de prestaties ervan, " zei Lu Huang, USS industrieel onderzoeksingenieur. "Een beter begrip van hoe dit materiaal reageert op verschillende productieprocessen, zoals stempelen of hydrovormen, zal ons helpen technische modellen te valideren die het op hun beurt gemakkelijker maken om auto-componenten te ontwerpen en te produceren die lichter zijn, sterker, en duurzamer."

Huang zei dat het VULCAN-instrument bij SNS het beste hulpmiddel was voor dit onderzoek vanwege het vermogen om de restspanning in componenten ruimtelijk op te lossen. De voorbeeldomgeving van VULCAN biedt ook plaats aan grote auto-onderdelen onder observatie in realistische bedrijfsomstandigheden.

"Op basis van de literatuur, we wisten dat anderen de neutronendiffractielijnscantechniek hadden gebruikt om de restspanning in lasnaden te bestuderen, Huang zei. "We ontdekten dat het ook erg toepasbaar is als we kijken naar as-formed onderdelen, vooral degenen gevormd met AHSS."

Neutronendiffractie biedt niet-destructieve metingen van restspanning in het onderdeel gevormd met AHSS, waardoor het mogelijk wordt om de intrinsieke eigenschappen van de hydrogevormde delen te observeren en hun ontstaan ​​over verschillende dwarsdoorsneden en roosters in detail te onderzoeken. Deze fundamentele kennis van de eigenschappen van het staal, Huang zei, legde ook de basis om de impact van restspanning in hydrogevormde stalen onderdelen op de duurzaamheid van voertuigen te onderzoeken.

De onderzoekers kamden neutronengegevens over restspanningsverdeling met computersimulaties om te zien of ze de modellen konden verbeteren die ingenieurs gebruiken voor het ontwerpen en vervaardigen van auto-onderdelen.

"Een voertuig is voortdurend vermoeid, of cyclische kracht, dus autobedrijven willen ervoor zorgen dat het voertuig binnen een bepaalde levensduur veilig is, Huang zei. "Residuele spanning in het gevormde deel kan de vermoeidheidsprestaties beïnvloeden. Echter, het effect van de restspanning op de vermoeiingsprestaties wordt meestal niet meegenomen in de simulatie vanwege het ontbreken van restspanningsgegevens of gevalideerde materiaalmodellen."

Het onderzoeksteam heeft onlangs hun resultaten gepubliceerd in een technisch document van SAE International, waarvan ze hopen dat het het voor bedrijven sneller en gemakkelijker zal maken om auto-onderdelen te ontwerpen die lichter, lichter en lichter zijn. duurzamer, en veiliger.

"We denken dat onze simulaties en tests wetenschappers en ingenieurs zullen helpen om de vermoeidheidsprestaties van auto-onderdelen te begrijpen en hoe verschillende productieprocessen dit kunnen beïnvloeden, " zei Huang. "De gegevens over restspanning van ons experiment kunnen ook een nieuw precedent scheppen voor nauwkeurigheid en specialisatie voor validaties en selecties van materiële modellen in voorspelling of modellering van restspanningen.

De co-auteurs van Lu Huang zijn onder meer Xiaoming Chen van USS en Dunji Yu, Yan Chen, en Ke An van ORNL. De USS-onderzoekers ontvingen straaltijd via het Industrial Applications Program in het Shull Wollan Center - een gezamenlijk instituut voor neutronenwetenschappen.