Modelling the Influence of Phase Transformation Kinetics in 22MnB5 Hot Stamping

La deformazione di lamiere sta guadagnando, negli ultimi anni, sempre più importanza dal momento che l’industria automobilistica sta richiedendo caratteristiche molto specifiche per la nuova generazione di componenti per la scocca. Le richieste di leggerezza per aumentare il risparmio di carburante sta diventando un fattore chiave per il design di nuovi componenti, ma la leggerezza deve necessariamente essere accoppiata con l’alta resistenza meccanica per garantire la sicurezza dei passeggeri. Uno dei metodi più efficaci per incontrare tali richieste è stato l’utilizzo della nuova generazione di acciai alto resistenziali (HSS), le cui proprietà meccaniche possono essere migliorate grazie ai trattamenti termici. Lo stampaggio a caldo diretto rappresenta una soluzione efficace per questo scopo, grazie alla possibilità di accorciare la catena di processo di molti componenti metallici della scocca dell’auto. Lamiere più sottili vengono impiegate per la produzione di molte parti dell’auto, garantendo le desiderate leggerezza e alta resistenza, per ottenere la resistenza agli urti necessaria a proteggere i passeggeri del veicolo. Lo stampaggio a caldo è, oggigiorno, ampiamente applicato nell’industria automobilistica, ma la ricerca in questo campo è ancora di alto interesse nell’ambiente accademico. Questo è dovuto al fatto che lo stampaggio a caldo coinvolge un’ampia serie di parametri che devono essere accuratamente compresi per migliorare il potenziale del processo e la complessità delle parti stampate. A partire dal primo stage di riscaldamento all’ultima fase di tempra, il materiale subisce una serie di trasformazioni microstrutturali e meccaniche, la cui ottimizzazione e il loro corretto timing controlla le caratteristiche finali del componente. Parallelamente al lavoro di ricerca sperimentale, una grande branca della ricerca è volta allo studio delle simulazioni numeriche che sono di fondamentale importanza per simulare il processo e ottimizzarne ogni step. Il presente lavoro si inquadra nella ricerca nell’ambito dello stampaggio a caldo. Il materiale studiato in questo lavoro è l’acciaio temprabile 22MnB5 rivestito da AluSi®, conosciuto commercialmente con il nome di Usibor 1500 P®. La completa caratterizzazione del materiale ha come scopo di coprire le mancanze nella letteratura nell’ambito dei test ad alta temperatura sulla reologia di tutte le microstrutture, proponendo un modello di fitting per rappresentare i dati nei modelli FE. La formabilità ad alta temperatura è altresì soggetto di studio, analizzando gli effetti della temperatura e della microstruttura nella risultante curva limite di formabilità (FLC). La cinetica di trasformazione di fase è stata oggetto di studio, confermando i dati presentati in letteratura e fornendo le basi per questo lavoro. Infine, il nuovo modello di danneggiamento Generalized Incremental Stress-State dependent damage MOdel (GISSMO) è stato calibrato. L’intera attività sperimentale è stata affiancata alle simulazioni numeriche, per la necessità dell’analisi e calibrazione dei dati. Il lavoro presentato in questa tesi è stato portato avanti nei laboratori del Dipartimento di Ingegneria Industriale, DII, dell’università di Padova, da ottobre 2016 a settembre 2019 sotto la supervisione del prof. Andrea Ghiotti. Questo lavoro è parte del progetto di ricerca dell’Università chiamato “Advanced CAE method to predict failure and material properties in hot forming” ref. 2014-4050 URP Award, sviluppato in collaborazione con Ford Motor Company GMBH.