La richiesta di più leggero, più forte, e materiali più durevoli per l'uso nei veicoli non è mai stato così alto. Le aziende stanno cercando materiali nuovi e avanzati come gli acciai leggeri ad alta resistenza avanzati (AHSS) per sviluppare componenti automobilistici che aiutino ad aumentare l'efficienza del gas, ridurre i costi di manutenzione, e salvare vite.

I ricercatori della United States Steel Corporation (USS) hanno recentemente utilizzato neutroni presso la Spallation Neutron Source dell'Oak Ridge National Laboratory per comprendere meglio le proprietà dell'AHSS idroformato e come risponde allo stress residuo introdotto durante la produzione.

"Poiché questo è un nuovo materiale contenente austenite trattenuta, dobbiamo avere una migliore comprensione delle sue prestazioni, " disse Lu Huang, Ingegnere di ricerca industriale USS. "Una migliore comprensione di come questo materiale risponde a diversi processi di produzione come lo stampaggio o l'idroformatura ci aiuterà a convalidare modelli ingegneristici che a loro volta semplificheranno la progettazione e la produzione di componenti per auto più leggeri, più forte, e più durevole."

Huang ha affermato che lo strumento VULCAN presso SNS è stato lo strumento migliore per questa ricerca grazie alla sua capacità di risolvere spazialmente lo stress residuo nei componenti. L'ambiente campione di VULCAN può anche ospitare componenti automobilistici di grandi dimensioni sotto osservazione in condizioni operative realistiche.

"Sulla base della letteratura, sapevamo che altri avevano usato la tecnica di scansione lineare della diffrazione di neutroni per studiare lo stress residuo nelle saldature per la saldatura, " ha detto Huang. "Abbiamo scoperto che è anche molto applicabile quando osserviamo le parti come formate, soprattutto quelli formati con AHSS."

La diffrazione di neutroni fornisce misurazioni non distruttive dello stress residuo all'interno della parte formata con AHSS, consentendo di osservare le proprietà intrinseche delle parti idroformate ed esaminarne l'emergenza attraverso varie sezioni trasversali e reticoli con grande dettaglio. Questa fondamentale conoscenza delle caratteristiche dell'acciaio, Huang ha detto, ha anche posto le basi per sondare l'impatto delle sollecitazioni residue nelle parti in acciaio idroformato sulla durata del veicolo.

I ricercatori hanno combinato i dati dei neutroni sulla distribuzione dello stress residuo con simulazioni al computer per vedere se potevano migliorare i modelli che gli ingegneri usano per progettare e produrre parti di automobili.

"Un veicolo è costantemente sottoposto a fatica, o forza ciclica, quindi le aziende automobilistiche vogliono assicurarsi che il veicolo sarà sicuro entro una certa durata, " Huang ha detto. "Lo stress residuo nella parte come formata può influenzare le sue prestazioni a fatica. Però, l'effetto della sollecitazione residua sulle prestazioni a fatica di solito non è incorporato nella simulazione a causa della mancanza di dati sulle sollecitazioni residue o di modelli di materiale convalidati."

Il team di ricerca ha recentemente pubblicato i risultati in un documento tecnico di SAE International che sperano renderà più veloce e più facile per le aziende progettare componenti per auto più leggeri, più durevole, e più sicuro.

"Pensiamo che le nostre simulazioni e test aiuteranno scienziati e ingegneri a comprendere le prestazioni a fatica dei componenti per auto e come i diversi processi di produzione possono influenzarlo, " Huang ha detto. "I dati sullo stress residuo del nostro esperimento possono anche stabilire un nuovo precedente di accuratezza e specializzazione per le convalide e le selezioni di modelli di materiali nella previsione o modellazione dello stress residuo.

I coautori di Lu Huang includono Xiaoming Chen di USS e Dunji Yu, Yan Chen, e Ke An dell'ORNL. I ricercatori della USS hanno ricevuto il tempo del fascio attraverso il programma di applicazioni industriali presso lo Shull Wollan Center, un istituto congiunto per le scienze dei neutroni.