Presshärdat borstål är ett ultrahöghållfast stål som används inom en mängd olika industrier, med en särskilt viktig tillämpning inom bilindustrin. En stor del av biltillverkarna använder borstål för strukturella komponenter och anti-intrångssystem i bilar, eftersom det ger hög styrka och viktbesparande potential, möjliggör starkare men lättare bilar, med ökad passagerarsäkerhet.

Inom bilindustrin, en viktig sammanfogningsmetod är motståndspunktsvetsning, med flera tusen svetsar som görs på en enda bil. Punktsvetsning utsätter borstålplåten direkt under för mycket höga temperaturer, vilket får metallen att överstiga smälttemperaturen och sedan snabbt stelna vid kylning. Detta resulterar i en värmepåverkad zon, där omgivande materialkontrakt och mikrostrukturer förändras.

Det är viktigt att förstå de exakta effekterna punktsvetsning har på borstål, eftersom de värmepåverkade zonerna kan uppvisa minskad hårdhet, vilket i sin tur kan förkorta materialets livslängd. För att undersöka sambandet mellan hårdhet och kvarvarande spänning, mätningar måste göras på samma punktsvets. Därför, en oförstörande metod för att mäta kvarvarande spänning måste användas så att svetsen kan sektioneras i efterhand för hårdhetsprovningen. Icke-förstörande metoder inkluderar elektroner, Röntgen- och neutrondiffraktion; den senare var den valda metoden eftersom neutronstrålen har en kubikvolym, vilket är det mest lämpade för det givna provets geometri.

Ett nyligen genomfört samarbete mellan ILL, WMG vid University of Warwick, Tata Steel, och Engineering and Physical Science Research Council (EPSRC) genomförde en studie för att undersöka sambandet mellan borståls hårdhet och kvarvarande spänning. Tata Steel tillhandahöll borstålplåtarna för experimenten, som utfördes av WMG-forskare på ILL:s SALSA (Stress Analyzer for Large-Scale Applications) strållinje. Neutrondiffraktion valdes som metod för att mäta kvarvarande spänning i denna studie på grund av dess förmåga att penetrera tunga material som borstål, och den finare upplösningen den ger. Hårdhetsfördelningar mättes på samma svetsar.

Denna studie bestämde experimentellt för första gången en stark korrelation mellan minskad hårdhet i värmepåverkade zoner av borstålpunktsvetsar och ökad restspänning. Fynden har visat på behovet av att utveckla nya svetsmetoder som inte har samma skadliga inverkan som punktsvetsning, speciellt eftersom det inte finns något som kan göras för att undvika reaktionen av reducerad hårdhet när punktsvetsning används på borstål.

Dr Neill Raath, forskarassistent vid WMG, och huvudforskare av denna studie säger:"Vårt framtida arbete kommer att undersöka två metoder som kan undvika detta problem:magnetisk pulssvetsning, som inte använder värme och som sådan inte orsakar en värmepåverkad zon, och värmebehandling efter svetsning, som vänder på minskningen i hårdhet som orsakas av punktsvetsning. Detta kommer att vara av särskild betydelse för industrier som använder borstål, nämligen fordons- och jordbruksindustrin, såväl som materialutvecklare som kan använda data för modellering och destruktiva simuleringar i sitt eget arbete."

Dr Thilo Pirling, ILL-forskare som leder SALSA-teamet, säger:"SALSA-strållinjen är ett väl lämpat instrument för denna studie, eftersom det är specialiserat på att bestämma restspänningar i ett brett spektrum av tekniska material, inklusive stål. Det tillåter också större strukturer att placeras inom strållinjen. I detta fall, teknikens oförstörande karaktär gjorde att korrelationen av intresse kunde analyseras effektivt, eftersom hårdhetsprofiler kunde bestämmas på samma svets efter neutrondiffraktionstester för kvarvarande spänning."

Denna studie har visat behovet av alternativa svetsmetoder som kan förlänga livslängden för det ofta använda borstålet till dess fulla potential. Med flera tusen svetsar som görs på en enda bil, Framtida arbete med oförstörande svetstekniker och behandlingar efter punktsvetsning kommer att göra det möjligt för borstålkomponenterna i bilar att behålla sin hårdhet och undvika kvarvarande stress. Viktigt, Detta kommer i slutändan att ge passagerarnas säkerhet på toppnivå i starkare men lättare fordon.