Forskning och utveckling inom presshärdning från innovation i Luleå till global teknologi

Relevanta dokument
av borstål Mats Oldenburg Per Salomonsson Avdelningen för hållfasthetslära Luleå tekniska universitet

Micro-structure and temperature dependent failure modelling for analysis of hot sheet metal forming (OPTUS hot)

Processimulering av presshärdning - Värmeöverföring och friktion i glidande kontakter - PROCSIM3

OPTUS 2 Modellering av brottkriterier baserade på mikrostruktur i borlegerade stålkomponenter

Kunskapsspridning och tillväxt inom plåtformning Forskning i kombination med SMF know-how

Hållfasthetslära Lektion 2. Hookes lag Materialdata - Dragprov

Kontrollerad oxidation - svartoxidering

Att svetsa i höghållfast stål lätt men inte simpelt. Eva-Lena Bergquist ESAB AB

Skyddande ytskikt för varmformade komponenter (Protective Metal Coating)

Termisk åldring av rostfritt gjutstål

Modellering av termo-mekaniska processer för förbättrad produktivitet och kvalitét Prediktering av verktygsslitage

LIGTHER Lättviktsteknologier, 6hp

Presshärdade lagerkomponenter (PRELAG) Hans Bodin Hållbar Produktionsteknik

Lokal värmebehandling av UHS med induktion

Olofström School of Automotive Stamping

LIGHTer PhD network Uppstartsprojekt för doktorandnätverk och forskarskola

Delrapport 16 Materialrapport

Dragprov, en demonstration

Gestamp köper SSAB HardTech

En sammanfattning av presshärdningsteknologin

KOHESIVA LAGAR I SKJUVNING EN EXPERIMENTELL METOD MED PLASTICERANDE ADHERENDER

Materiallaboration. Materialprovning

Belastningsanalys, 5 poäng Tvärkontraktion Temp. inverkan Statiskt obestämd belastning

Reducering av analystid vid svetssimulering

Prel förslag program Konferens dag 1

PVD-beläggningars motverkan på slitage och påkladdningar vid presshärdning. TECHTANK Conference November 1 December i Olofström

3.4 GKNs kunskapsspridning till underleverantörer. Isabelle Andersson M.Sc. Materials Engineer

Härdningsmekanismer OBS: Läs igenom handledningen för laborationen.

Material, form och kraft, F4

Utvärdering, hantering och modellering av tvångslaster i betongbroar OSKAR LARSSON

Advanced die structure analysis

Förstudie - Presshärdning med snabb uppvärmning. Jonas Holmberg Datum: Delprogram: Fordonsutveckling

Verktygskompetens för tillverkningsindustri Delaktivitet P2 Digital verktygsmodifiering

SAMVERKAN MELLAN FÖRANKRINGSSTAG, BRUK OCH BERG BeFo-förstudie

IMTAB Förbättrade skräddarsydda ämnen

WIRE TECHNOLOGY SHORT PRESENTATION OF SIMULATION ACTIVITIES AT ÖREBRO UNIVERSITY REVERSE ENGINEERING POWDER TECHNOLOGY THE FUTURE PROJECTS RESOURCES

Swerea IVF AB - Olofström

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

Metalliska material. Sammanfattande bedömning. Ämnesbeskrivning

FEM modellering av instabilitetsproblem

Utbildningsplan Civilingenjör Maskinteknik för läsåret 2007/2008

ALLMÄNNA EGENSKAPER ///////////////////////////////////////////////////////////////

Hållfasthetslära. HT1 7,5 hp halvfart Janne Carlsson

Polymerkylmedel. - Kvalitetsuppföljning och kylegenskaper. Innehåll Bakgrund Produktionsuppföljning Analys:

Högeffektiv magnetisk pulsteknik för stansning av plåt

LättUHS Rapport 18. Utbildningsmaterial. Lättviktprodukter i ultrahöghållfasta stål

Sintergods med hög statisk lastförmåga inverkan av anlöpning på deformationsstabilitet vid användning

En kort introduktion till. FEM-analys

Testbädd för framtidens produkter med smarta materiallösningar Diskussionsmöte

Spänning och töjning (kap 4) Stång

Ark1. Rally DM 2016 Övre Norra Bilsportförbundet. Tävlingar: 1 Umeå AK. Stärkesmarksrundan 1. Månstråket 4 Piteå MS. 3 Luleå MS

VIDAREUTVECKLING AV DATORPROGRAM FÖR STUDIER AV SNABB SPRICKTILLWXT OCH SPRICKSTOPPNING I REAKTORTRYCKKÄRL

Regeringsuppdrag: förslag till FoU-program Produktionsteknik. Ulf Holmgren VINNOVA

1 Svetskommissionen

Örnsköldsviks Motorklubb - Jannes Tankservice Racet 2016

Välkommen ProcessIT 2009

Vännäs Motorklubb - Ramirent Racet Umeå AK

ALLOY 600 UNS N06600, , NiCr15Fe

PPU408 HT15. Beräkningar stål. Lars Bark MdH/IDT

Automation, additiv tillverkning och digitalisering

LättUHS Rapport 16. Teknik- och kunskapsplattformen LättUHS en plattform för lättviktsprodukter i ultrahöghållfast stål

TEKNIK. Ämnets syfte. Undervisningen i ämnet teknik ska ge eleverna förutsättningar att utveckla följande: Kurser i ämnet

TEKNIK. Ämnets syfte. Undervisningen i ämnet teknik ska ge eleverna förutsättningar att utveckla följande:

VÄGLEDNING FÖR GRANSKNING AV AVANCERADE BERÄKNINGAR INOM VATTENKRAFTS- OCH KÄRNKRAFTSTILLÄMPNINGAR

Oförstörande mättekniker hos Swerea MEFOS. Jan Niemi

KTH Royal Institute of Technology

Ark1. Rally DM 2016 Övre Norra Bilsportförbundet

TENTAMEN Material. Moment: Tentamen (TEN1), 3,5 högskolepoäng, betyg 3, 4 eller 5. Skriv din kod, kurskoden och kursnamn på varje inlämnat blad!

FEM-Modellering. - Svetsade provstavar i borstål. Anna Ekberg och Lina Lagerbäck

Hur restspänningar och utmattningsegenskaper påverkas av olika värmebehandlingsprocesser - Med fokus på Stål och Ythärdning

Belastningsanalys, 5 poäng Töjning Materialegenskaper - Hookes lag

Die Welt der Metallbearbeitung The world of metalworking

Modellering av katalytisk oxidation av metan över atmosfärstryck

SSAB Boron OPTIMERAT FÖR DIG OCH HÄRDNING

SMK Vingåker - Katrineholms MK - KMK / SMK Kvällsracet 2017

PPU408 HT15. Beräkningar stål. Lars Bark MdH/IDT

Title Simuleringsbaserad utvärdering av krockprestanda för ett trehjuligt lättviktsfordon med sandwichstruktur

Stabilitetsprovning hos asfaltbeläggningar

Praktik omfattande minst 12 veckor rekommenderas, men är ej obligatorisk.

Analys av robusta plåtformningsprocesser vid höga temperaturer - Hotform

Tentamen i tillverkningsteknik

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

Smidesseminarium i Karlskoga 9 april Krister Axelsson. Uddeholms AB

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

Beteende hos samverkansbjälklag med stål och betong utsatta för brand. Enkel dimensioneringsmetod

VÄRMEBEHANDLAD STÅNG FRÅN OVAKO

Officiell Resultatlista Klass 4 Super Nationell max 2150cc

IUC SYD GLIMTAR FRÅN 2017

Krokoms MK - OKQ8-racet

C-Vapen Klass Vintercupen Poäng. ã Sol Grovskyttarna (Resultat cup kort) 14:08:

Material - Repetition. VT1 1,5 p Janne Färm

Metallforskning vid Institutionen för teknisk fysik, Chalmers

Klass: 3A Pl Namn Klubb Resultat Tot P Stm

FEM-modellering och analys av en elastisk komponent

Utan bilen stannar Sverige. Program Almedalen 2009

Stålrör Precisionsrör Form 500, 600, 800 och 1000

Beteende hos samverkansbjälklag med stål och betong utsatta för brand. Numerisk parametrisk undersökning av den enkla dimensioneringsmetoden

DuplexWeld Prediktering av mikrostruktur och egenskaper i svetsar av duplexa rostfria stål

Material föreläsning 4. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

STIFTELSEN FÖR STRATEGISK FORSKNING SWEDISH FOUNDATION FOR STRATEGIC RESEARCH. Strategisk mobilitet. Bidrag för utbyte mellan industri och akademi

Transkript:

TECHTANK CONFERENCE 2017 Forskning och utveckling inom presshärdning från innovation i Luleå till global teknologi Luleå tekniska universitet

Innehåll Hållfasthetslära, Luleå tekniska universitet Experimentella metoder och utrustning Presshärdning bakgrund och industriell utveckling Modellering och simulering Relation mellan mikrostruktur och mekaniska egenskaper Pågående forskning Slutsatser

Ämnesföreträdare Prof. Seniora forskare Prof. Hans-Åke Häggblad Prof. Pär Jonsén Personal Researcher Göran Lindkvist Researcher Gustaf Gustafsson Adj. Lecturer Eva-Lis Odenberger Adj. Prof. Daniel Casellas Lecturer Jörgen Kajberg Doktorander Dan Forsström (SSAB) Liang Deng Dimitrij Ramanenka Lluís Pérez Caro (IUC Olofström) Samuel Hammarberg Simon Larsson Stefan Marth Centrumkoordinator CHS Hans Åhlin Teknisk and administrative personal Jan Granström Lena Olsson, Karin Soini 8 Hållfasthetslära Instititionen för teknikvetenskap och matematik Forskning: Modellering av tillverkningsprocesser och produktegenskaper and produktegenskaper Termomekanisk formning Partikel- och pulvermekanik Stötmekanik

Experimentella metoder och utrustning Komponentprovning, stötmekanik Materialegenskaper I höga töjningshastigheter True stress [MPa] Strain rate ~900 1/s 450 400 350 300 250 200 150 100 900 50 o C 1000 o C 1100 0 o C 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 True strain True stress [MPa] Strain rate ~4400 1/s 700 600 500 400 300 200 100 900 o C 1000 o C 1100 o C 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 True strain

Experimentella metoder och utrustning Höghastighetsprovning, fordonskomponent 15 m/s (54 km/h), max. 15 hastighet m/s (54 = km/h) 20 m/s, max. kraft = 100 kn

Experimentella metoder och utrustning Höghastighetsprovning, fordonskomponent 15 m/s (54 km/h), max. hastighet = 20 m/s, max. kraft = 100 kn

Uppmätt kraft Uppmätt hastighet

Experimentella metoder och utrustning Varmt dragprov vid 800 C o austenitfas Austenitisering vid 900 C o i 3 minuter, snabb kylning till 800 C o, töjningshastigheter = 1, 10, 50 och 200/sek Hårdnandekurvor [Ing.töjning MPa]

Experimentella metoder och utrustning Mätning av töjningsfält i provstav med notch med DSP vid höga hastigheter och höga temperaturer Snabb videokamera, 50000 bilder/sek, vid 512x512 upplösning Borstål, uppvärmt till 900 C o, snabb kylning till 800 C o, initiell töjningshastighet 200 /sek

Presshärdning bakgrund och industrialisering Tillverkning av komponenter i ultrahöghållfast stål Termomekanisk process Bor-legerat stål Samtidig formning och härdning Innovation från Luleå, över 40 år sedan. Samarbete mellan universitetet och järnverket NJA (nu SSAB) Industrialisering genom Plannja Hardtech (nu Gestamp Hardtech) Idag den globalt dominerande teknologin för lättviktskonstruktion av fordonsstrukturer.

1984: Första fordonskomponenten Sidokrockskydd för SAAB 9000 Avancerade fordonsapplikationer Strukturkomponenter med skräddarsydda materialegenskaper Sidobalk, takbåge A-stolpe, B-stolpe Övriga strukturkomponenter

Marknadsutveckling, presshärdade komponenter Drivkrafter från miljö och säkerhet Ref.: CHS 2 -seminarium Hannover, Prof. Kurt Steinhoff Ökande komplexitet Number of parts x 10 6 [-] 700 600 500 400 300 200 100 0 0 2006 2008 2010 2012 2014 2015 Year 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 UHS-Steel quantity [Mill. Tons] Källa: Volkswagen AG Presshärdade komponenter i Volvo V40 (Röda)

PRESSHÄRDNINGSTEKNOLOGI FRÅN LULEÅ TILL VÄRLDEN... 7 linjer 64 lines (2005) (2014)

Användning av presshärdade komponenter

Modellering och simulering av presshärdningsprocessen Metodutvecklingen initierades i slutet av 1990-talet Forskningsmål: Modellering av den kompletta termomekaniska processen - Möjliggöra prediktering av: - Plåtförtunning - verktygskrafter - Termisk historia och materialets fasinnehåll - Mekaniska och termiska materialegenskaper under hela processen - Möjliggöra direkt tillverkning av produktionsverktyg

Utveckling av termiskt skalelement - Kvadratisk temperaturfält i tjockleksriktningen linjär interpolation i elementets plan - Extra temperaturnoder i tjockleksriktningen - Möjliggör prediktering av temperaturfördelning vid en- och dubbelsidiga kontakter - Möjliggör olika fasutveckling i elementets tjockleksriktning

Termo-mekanisk materialmodell för presshärdning Omvandling från austenit till ferrit, perlit, bainit och martensit Temperaturberoende mekanisk respons för varje fas Transformationsplasticitet Termisk modell baserad på fasinnehåll Sammansatt mekanisk elasto-plastisk respons

Kopplade fenomen i den termo-mekaniska materialmodellen MEKANISKT FÄLT 1 2 TEMPERATURFÄLT 6 5 3 4 MIKROSTRUKTUR- UTVECKLING 1 Termiska randvillkor beror av deformation 2a Mekaniska egenskaper beror av temperatur 2b Termisk expansion 3a Latent värme beror av fastransformationer 3b Termiska egenskaper beror av mikrostruktur 4 Mikrostrukturutveckling beror av temperatur 5a Mekaniska egenskaper beror av mikrostruktur 5b Volymändringar beror av fastransformationer 5c - Transformationsplasticitet 6 Fastransformationer beror av spänning och töjning

Processmodellering Max återfjädring springback = 0.29 mm (negativ, skalad 20 ggr) Martensit Results final component Mätt och beräknad verktygskraft

Skräddarsydda materialegenskaper- processmodellering Verktygsmodell Stationärt tillstånd temperaturhistorier Omvandling till matrensit Omvandling till ferrit

Industriellt exampel, komponent med skräddarsydda egenskaper (Gestamp) Verktygskompensering för deformation vid kylning efter formning - Volvo XC90 A-stolpe, inre förstärkning - Initiell deformation -2.4 till 3.3 mm - Verktygsdesign baserad på formningsberäkning - Kompensering i ett steg - Komponenten inom toleranserna (+/- 1 mm) med bara små justeringar av produktionsverktyget Deformation ut ur planet Martensitinnehåll Skala -2.4 mm (blå) to 3.3 mm (röd) Skala 0.0% (blå) to 99.9% (röd)

Modellering av brott i multifas-material Experimentell metod Fältmätningar baserade på Digital Speckle Photography (DSP) Plana förskjutningsfält Små mätlängder, approx. 0.2 mm Effektiv plastisk töjning i tre olika stadier av deformation, mätt med DSP Modelleringsstrategi Utvärdering av hårdnandekurva genom lokalisering fram till brott med hjälp av töjningsfältsmätning.

Brottmodellering exampel på resultat Element med inbäddade diskontinuiteter Simulering av brott i multifas-material

Pågående projekt OPTUS III TECHTANK CONFERENCE 2017 DSP mätdata (ARAMIS) Mätlängd = 1.91 mm Brott-töjning, e eff = 0.289 Triaxialitet, η =

Preliminära beräkningsresultat OPTUS brottmodell

Modellering och simulering av verktygsslitage Förhållanden i kontakter Laboratorieprov Simulering verktygsslitage Full-skaleprov

Framtida forskning inom termo-mekanisk formning Ökade krav på precision från flera tillämpningar, brottmodellering i multifasmaterial, slitageanalyser, utveckling av nya material för presshärdning etc., förutsätter förfinade och utvecklade modeller för: - Fastransformationer, introduktion av flera typer av bainit, ferrit mm samt eventuell karbid- och/eller partikelbildning i modellerna. - Relationer mellan mikrostruktur och deformations-, brott- och utmattningsegenskaper - Kontakter, prediktering av tryckfördelning - Inverkan av alla steg i processkedjan, från materialtillverkning till slutanvändare

6th International Conference on Hot Sheet Metal Forming of High-Performance Steel, CHS 2-2017 Den sjätte internationella konferensen om varmformning och presshärdning arrangerades av Luleå tekniska universitet, Universitetet i Kassel och AIST i Atlanta, Georgia, USA, 4-7 Juni, 2017.

7th International Conference on Hot Sheet Metal Forming of High-Performance Steel, CHS 2-2019 Den sjunde internationella konferensen om varmformning och presshärdning arrangers av Luleå tekniska universitet i Luleå, 2-5 Juni, 2019.

Acknowledgements - Dr. Greger Bergman, Dr. Magnus Eriksson, Dr. Paul Åkerström, Dr. Eva-Lis Odenberger, Dr. Rickard Östlund, Dr. Stefan Golling, Liang Deng, Stefan Marth, Jan Granström - Forskningssamarbeten med Gestamp Hardtech, Ford Motor Company, Volvo Car Corporation, Dynamore Nordic, Scania, SSAB