L'acciaio al boro pressato è un acciaio ad altissima resistenza utilizzato in una varietà di settori, con un'applicazione particolarmente importante nell'industria automobilistica. Un'ampia percentuale di case automobilistiche utilizza l'acciaio al boro per componenti strutturali e sistemi antintrusione nelle automobili, in quanto fornisce un'elevata resistenza e un potenziale di risparmio di peso, consentendo auto più forti ma più leggere, con una maggiore sicurezza dei passeggeri.

Nel settore automobilistico, uno dei principali metodi di giunzione è la saldatura a punti a resistenza, con diverse migliaia di saldature eseguite su una singola auto. La saldatura a punti espone la lamiera di acciaio al boro direttamente sottostante a temperature molto elevate, facendo sì che il metallo superi la temperatura di fusione e poi si solidifichi rapidamente dopo il raffreddamento. Ciò si traduce in una zona termicamente alterata, dove i contratti dei materiali circostanti e le microstrutture sono alterati.

È importante comprendere gli effetti esatti che la saldatura a punti ha sull'acciaio al boro, poiché le zone termicamente alterate possono presentare una durezza ridotta, che a sua volta può ridurre la durata del materiale. Per studiare la correlazione tra durezza e sollecitazione residua, le misurazioni devono essere prese sullo stesso punto di saldatura. Perciò, deve essere utilizzato un metodo non distruttivo di misurazione delle sollecitazioni residue in modo che la saldatura possa essere successivamente sezionata per le prove di durezza. I metodi non distruttivi includono elettroni, Diffrazione di raggi X e neutroni; quest'ultimo è stato il metodo scelto in quanto il fascio di neutroni ha un volume di gauge cubico, che è il più adatto per la geometria del campione dato.

Una recente collaborazione tra l'ILL, WMG presso l'Università di Warwick, Tata Acciaio, e l'Engineering and Physical Science Research Council (EPSRC) ha condotto uno studio per studiare la correlazione tra la durezza dell'acciaio al boro e lo stress residuo. Tata Steel ha fornito le lamiere di acciaio al boro per gli esperimenti, che sono stati eseguiti dai ricercatori WMG sulla linea di luce SALSA (Stress Analyzer for Large-Scale Applications) dell'ILL. La diffrazione di neutroni è stata scelta come metodo per misurare lo stress residuo in questo studio grazie alla sua capacità di penetrare materiali pesanti come l'acciaio al boro, e la risoluzione più fine che fornisce. Le distribuzioni di durezza sono state misurate sulle stesse saldature.

Questo studio ha determinato sperimentalmente per la prima volta una forte correlazione tra la ridotta durezza nelle zone colpite dal calore delle saldature a punti di acciaio al boro e l'aumento dello stress residuo. I risultati hanno indicato la necessità di sviluppare nuovi metodi di saldatura che non abbiano lo stesso impatto dannoso della saldatura a punti, soprattutto perché non c'è nulla che si possa fare per evitare la reazione di ridotta durezza quando si usa la saldatura a punti su acciaio al boro.

Dottor Neill Raath, Assegnista di ricerca presso WMG, e il ricercatore principale di questo studio afferma:"Il nostro lavoro futuro esaminerà due metodi che possono eludere questo problema:saldatura a impulsi magnetici, che non utilizza calore e come tale non provoca una zona termicamente alterata, e trattamento termico post-saldatura, che inverte la riduzione di durezza causata dalla saldatura a punti. Ciò sarà di particolare importanza per le industrie che utilizzano acciaio al boro, vale a dire l'industria automobilistica e agricola, così come gli sviluppatori di materiali che possono utilizzare i dati per la modellazione e le simulazioni distruttive nel proprio lavoro."

Dottor Thilo Pirling, Scienziato ILL a capo del team SALSA, afferma:"La linea di luce SALSA è uno strumento adatto a questo studio, in quanto è specializzata nella determinazione delle sollecitazioni residue in un'ampia gamma di materiali tecnici, compresi gli acciai. Consente inoltre di posizionare strutture più grandi all'interno della linea di luce. In questo caso, la natura non distruttiva della tecnica ha permesso di analizzare efficacemente la correlazione di interesse, poiché i profili di durezza potrebbero essere determinati sulla stessa saldatura a seguito dei test di diffrazione dei neutroni per lo stress residuo."

Questo studio ha evidenziato la necessità di metodi di saldatura alternativi che possono allungare la durata dell'acciaio al boro ampiamente utilizzato al suo pieno potenziale. Con diverse migliaia di saldature eseguite su una singola macchina, i futuri lavori sulle tecniche di saldatura non distruttive e sui trattamenti post saldatura a punti consentiranno ai componenti in acciaio al boro delle auto di mantenere la loro durezza ed evitare sollecitazioni residue. È importante sottolineare che questo alla fine fornirà la sicurezza dei passeggeri di alto livello in veicoli più forti ma più leggeri.