Efterfrågan på lättare, starkare, och mer hållbara material för användning i fordon har aldrig varit högre. Företag tittar på nya och avancerade material som lätt avancerade höghållfasta stål (AHSS) för att utveckla fordonskomponenter som hjälper till att öka gaseffektiviteten, minska underhållskostnaderna, och rädda liv.

Forskare från United States Steel Corporation (USS) använde nyligen neutroner vid Oak Ridge National Laboratory's Spallation Neutron Source för att bättre förstå egenskaperna hos hydroformad AHSS och hur den reagerar på restspänning som införs under tillverkningen.

"Eftersom detta är ett nytt material som innehåller kvarhållen austenit, vi måste ha en bättre förståelse för dess prestanda, "sa Lu Huang, USS industriell forskningsingenjör. "En bättre förståelse för hur detta material reagerar på olika tillverkningsprocesser som stämpling eller hydroformning hjälper oss att validera tekniska modeller som i sin tur gör det lättare att designa och producera lättare automatiska komponenter, starkare, och mer hållbart. "

Huang sa att VULCAN -instrumentet vid SNS var det bästa verktyget för denna forskning på grund av dess förmåga att rumsligt lösa kvarvarande spänning i komponenter. VULCANs provmiljö kan också rymma stora fordonskomponenter under observation under realistiska driftförhållanden.

"Baserat på litteraturen, vi visste att andra hade använt neutrons diffraktionslinjescanningsteknik för att studera kvarvarande spänning i svetsningar för svetsning, "Sa Huang." Vi fann att det också är mycket tillämpbart när vi tittar på formade delar, särskilt de som bildats med AHSS. "

Neutrondiffraktion ger icke -destruktiva mätningar av restspänning i den del som bildas med AHSS, gör det möjligt att observera de hydroformade delarnas inneboende egenskaper och undersöka deras uppkomst över olika tvärsnitt och galler i detalj. Denna grundläggande kunskap om stålets egenskaper, Huang sa, lade också grunden för att undersöka påverkan av kvarvarande spänning i hydroformade ståldelar på fordonets hållbarhet.

Forskarna kammade neutrondata om restspänningsfördelning med datorsimuleringar för att se om de kunde förbättra de modeller som ingenjörer använder för att designa och tillverka bildelar.

"Ett fordon är ständigt trött, eller cyklisk kraft, så bilföretag vill se till att fordonet är säkert inom en viss livstid, "Sade Huang." Återstående spänning i den formade delen kan påverka dess trötthet. Dock, effekten av restspänningen på trötthetsprestandan är vanligtvis inte inkluderad i simuleringen på grund av bristen på restspänningsdata eller validerade materialmodeller. "

Forskargruppen publicerade nyligen sina resultat i ett SAE International teknisk dokument som de hoppas kommer att göra det snabbare och lättare för företag att designa lättare bilkomponenter, mer hållbar, och säkrare.

"Vi tror att våra simuleringar och tester kommer att hjälpa forskare och ingenjörer att förstå utmattningsprestanda hos bildelar och hur olika tillverkningsprocesser kan påverka det, "Sade Huang." Restspänningsdata från vårt experiment kan också skapa ett nytt prejudikat för noggrannhet och specialisering för valideringar och val av materialmodeller vid restspänningsprognos eller modellering.

Lu Huangs medförfattare inkluderar Xiaoming Chen från USS och Dunji Yu, Yan Chen, och Ke An från ORNL. USS -forskarna fick stråltid vid genom Industrial Applications -programmet vid Shull Wollan Center - ett Joint Institute for Neutron Sciences.