#materiałmiesiąca | O tym jak nowoczesna stal ratuje życie

Opublikowano: 07.04.2022 12:48

zdjecie auta

pxhere.com

Większość z nas widziała w życiu choć raz wypadek samochodowy - na żywo, w telewizji lub Internecie. Zderzenia jadących z dużą prędkością pojazdów zazwyczaj powodują duże zniszczenia i zagrożenia dla życia jadących nimi osób.

W ostatnich latach dużo mówi się o pomysłowych rozwiązaniach konstrukcyjnych mających na celu ochronę zdrowia pasażerów. Inżynierowie coraz więcej uwagi poświęcają odpowiedniemu projektowi strefy zgniotu pojazdu i maksymalizacji energii absorbowanej przez jego elementy w trakcie uderzenia w celu zapewnienia bezpieczeństwa podróżnym.

Rzadko jednak wspomina się w tym kontekście o inżynierii materiałowej i materiałach które dodatkowo wspierają wysiłki inżynierów. Dlatego to właśnie nowoczesne stale TWIP i TRIP są tematem tego #materiałmiesiąca.

Co kryje się pod przytoczonymi skrótami? Stale TWIP (TWinning Induced Plasticity) są stalami austenitycznymi, które dzięki zawartości konkretnych dodatków stopowych (przede wszystkim bardzo duża zawartość manganu, ok. 17-30%[1]) mogą odkształcać się plastycznie nie tylko poprzez poślizg dyslokacji, ale także przez bliżniakowanie[2]. Naukowcy wciąż poszukują jednoznacznego wytłumaczenia takiego zachowania opisywanych materiałów.

Dzięki wysokiej wytrzymałości i ciągliwości (mogą one bowiem osiągać wydłużenie dochodzące nawet do 100%), a ponadto dużej zdolności do pochłaniania energii przy zgniataniu (dwa razy wyższej niż w konwencjonalnych stalach), materiały te przyciągnęły uwagę inżynierów i konstruktorów przemysłu samochodowego.

Obecnie prowadzi się również badania nad tzw. stalami triplex, czyli stali Fe-Mn-Al-C, które są rozwinięciem idei stojącej za stalami TWIP. Ich użycie pozwala na osiągnięcie jeszcze lepszych właściwości mechanicznych przy jednoczesnym ograniczeniu masy użytych w konstrukcji elementów.

Stale TRIP (TRansformation Induced Plasticity) zawierają fazę austenityczną, która jest stabilna na tyle, że nie ulega przemianie fazowej w normalnej temperaturze. Jednocześnie,pod wpływem naprężeń zachodzi w niej przemiana martenzytyczna. Prowadzi to do dużo większego niż zazwyczaj umocnienie stali w wyniku odkształcenia plastycznego, przy jednoczesnym zużyciu energii zderzenia na przemianę fazową.

W efekcie takie elementy są w stanie pochłonąć dużą ilość energii przed zniszczeniem, dzięki czemu materiałów tych można używać w konstrukcjach strukturalnych i zabezpieczających w pojazdach.

Stale te już znalazły zastosowanie praktyczne. W samochodach wykorzystuje się je między innymi do produkcji belek poprzecznych, zderzaki, wzmocnienia słupków nadwozia, progów oraz zderzaków.

Elementy wykonane z tych stali wchłaniają dużą ilość energii podczas zderzenia, jednocześnie ulegając zniszczeniu dopiero przy dużych zniekształceniach, ponadto mocno umacniając się w trakcie odkształcenia i ograniczając zmiany kształtu elementów konstrukcyjnych, co dodatkowo chroni pasażerów.

Wyjątkowe właściwości nowoczesnych materiałów pozwalają nie tylko wprowadzać zmiany do istniejących konstrukcji i zwiększać ich bezpieczeństwo, ale również projektować dużo lżejsze pojazdy i wykorzystywać w ich produkcji mniejsze ilości stali. Dla każdego pojazdu zmniejszenie jego wagi przekłada się nie tylko na oszczędność surowców, ale również na tańszą jego eksploatację. Ponadto, wyższa wytrzymałość zmęczeniowa części wykonanych z nowoczesnych stali dodatkowo pozwala zwiększyć żywotność elementów stosowanych w konstrukcji i powoduje jeszcze większe oszczędności.

Przez ostatnie 20 lat nastąpił wzrost zainteresowania stalami TWIP oraz TRIP, co wskazuje, że mimo tego, iż stal jest znana ludzkości od kilku tysięcy lat, to nadal potrafi czymś zaskoczyć badaczy.

 

Autor: Krzysztof Jurko

 

Źródła:

Powiązane informacje