![]() | TRIP & TWIP Steelsสรุปและเรียบเรียงโดย คณาจารย์และนิสิต ภาควิชาวิศวกรรมวัสดุ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ Introduction
Fig.1 รูปแสดงโครงสร้างจุลภาคของเหล็ก TRIP [http://www.worldautosteel.org: 2012] TRIP (Transformation Induced Plasticity) คือ การเพิ่มความแข็งแรงโดยอาศัยโครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้า โดยการเปลี่ยนเฟสออสเตนไนต์ที่เหลือภายในโครงสร้างของเหล็กกล้าให้เป็นเฟสของมาร์เทนไซต์ที่มีความแข็งแรงสูงกว่า ในขณะกระบวนการการขึ้นรูปเหล็กกล้าจะมีส่วนประกอบของเฟสเฟอร์ไรต์ที่เป็นโครงสร้างหลักและ เฟสอื่นๆ เช่น เบนไนต์ มาร์เทนไซต์ และออสเตนไนต์ ตกค้างในปริมาณที่มากกว่า 5% ซึ่งเฟสออสเตนไนต์ที่ตกค้างนั้นจะสามารถเปลี่ยนเป็นเฟสของมาร์เทนไซต์ โดยกระบวนการ การเปลี่ยนเฟสจะเกิดขึ้นในขณะที่ทำการขึ้นรูป (Stamping/forming) ส่งผลทำให้ชิ้นงานมีความสามารถในการยืดตัว และความแข็งแรงที่เพิ่มมากขึ้น ซึ่งโครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้า TRIP จะมีลักษณะตาม Fig. 1 Fig.2 รูปแสดงโครงสร้างจุลภาค Twins boundaries ของทองแดง TWIP (Twinning Induced Plasticity) คือ กระบวนการแปรรูปเหล็กให้มีสมบัติทั้งความแข็งแรงและความเหนียวรวมอยู่ด้วยกัน โดยทำให้เกิด Twins boundary ซึ่งเป็น defect ชนิดระนาบ โครงสร้างเหล็กที่เกิด defect ชนิดนี้จะมีลักษณะตาม Fig.2 ซึ่งเป็นรูปร่างของ Twins boundaries ในทองแดงการเกิด Twins ไม่ได้เกิดจากแรงทางกลอย่างการเปลี่ยนเฟสที่เกิดขึ้นเมื่อวัสดุได้รับแรงหรือความร้อน แต่เป็นไปในทางตรงข้ามคือ จะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสใน เหล็ก TWIP ที่อยู่ในระหว่างการเย็นตัว หรือการเสียรูป แต่ทิศทางของเกรนในเฟสออสเตนไนต์จะถูกเปลี่ยนแปลงเนื่องจากเกิด Twins [Qin: 2007] Mechanisms TRIP (Transformation Induced Plasticity)
สามารถผลิตเหล็กกล้า TRIP ได้โดยการควบคุมส่วนผสมทางเคมี และควบคุมอุณหภูมิขณะทำการม้วนเก็บ (ประมาณ 400 °C) เพื่อให้เฟสออสเตนไนต์เปลี่ยนเป็นเฟสเบนไนต์ และเกิดเฟสออสเตนไนต์ตกค้างขึ้น 2. กระบวนการรีดเย็น (Cold work) จะต้องนำชิ้นงานไปอบอ่อน (Annealing) ในช่วงอุณหภูมิระหว่างเฟสเฟอร์ไรท์และเฟสออสเตนไนต์ จากนั้นจึงลดอุณหภูมิลงอย่างรวดเร็วเพื่อให้เฟสออสเตนไนต์เปลี่ยนเป็นเบนไนต์ และเกิดออสเตนไนต์ตกค้างขึ้น TWIP (Twinning Induced Plasticity)
Twins เป็นการเพิ่มอัตราความแข็งของเหล็ก ซึ่งโครงสร้างที่มีทิศทางเกรนต่างกันก็จะถูกกั้นไว้โดย Twins boundary ทำให้การแปรรูปชิ้นงานเหล็กเป็นไปได้ยาก เพราะ Twins ทำหน้าที่เป็นตัวขัดขวางการเคลื่อนที่ของดิสโลเคชันเป็นผลทำให้ได้ความแข็งเพิ่มขึ้นโดยปกติ Twin จะเกิดกับเหล็กกล้าที่มีเฟสเป็นออสเตนไนต์ เนื่องจากมีค่า Stacking fault energy ต่ำ Stacking fault คือ ความไม่สมบูรณ์แบบผิวที่เป็นผลมาจากการที่ระนาบของอะตอมระนาบหนึ่ง ไม่เรียงลำดับกับระนาบอื่น ๆ ในขณะที่โครงสร้างผลึกบนด้านใดด้านหนึ่งของระนาบอื่นนั้นสมบูรณ์ เช่น การเรียงลำดับในผลึก FCC มีลักษณะเป็น ABCABCABC… ถ้าเกิด stacking fault จะเปลี่ยนเป็น ABCABABCA.. ซึ่งถ้าหากมีค่า Stacking fault energy ก็คือสามารถเกิด ระนาบที่ปิดเบี้ยวได้ง่าย ดั้งนั้นจึงเหนี่ยวนำให้เกิด Twin ได้มากในเหล็ก TWIP จึงมีการใส่ธาตุที่ทำให้เหล็กเกิดเป็นเฟสออสเตนไนต์ (Austenite stabilizer) ซึ่งจะขยายบริเวณของออสเตนไนต์ในเฟสไดอะแกรม เช่น การใส่ธาตุแมงกานีสในปริมาณสูงถึง17-20 เปอร์เซ็นต์ [สถาบันเหล็กและเหล็กกล้าแห่งประเทศไทย: 2011] Application TWIP Application เหล็กกล้า TWIP มีสมบัติต่างๆที่เหมาะสมต่อการไปประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมรถยนต์เป็นอย่างยิ่งเนื่องด้วยความสามารถในการกระจายแรงและรับ ตาม Fig.6 ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยมากขึ้นกับผู้ใช้รถยนต์[Cooman: 2009]สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมยานยนต์นั้น จะมีการแบ่งไปใช้งานเพื่อผลิตเป็นชิ้นส่วนต่างๆ ซึ่งนำมาประยุกต์ใช้เป็น ชิ้นส่วนของตัวรับแรงต่างๆ ภายในโครงสร้างและตัวถังรถยนต์ Fig.7 รูปภาพแสดงลักษณะการใช้งานของเหล็กกล้า TWIP ที่มีส่วนประกอบของแมงกานีสสูง ซึ่งชิ้นส่วนต่างๆจาก Fig.7 เหล่านี้จะช่วยดูดซับแรงที่กระแทกเข้ามาและนำพลังงานเหล่านั้นมาช่วยในการเปลี่ยนเฟสจากออสเตนไนท์ มาเป็น มาเทนไซด์ ซึ่งสามารถลดแรงที่กระทำต่อผู้ขบขี่ได้และทำให้มีความปลอดภัยต่อผู้ขับขี่รถยนต์มากขึ้น [Ferrando: 2011] TRIP Application Fig. 8 a).B- pillar reinforcement in electro galvanized TRIP 780(thickness: 1.2 mm) ในปัจจุบัน การนำ TRIP Steel มาใช้กันอยู่ในวงการของยานยนต์เป็นส่วนใหญ่ จาก Fig. 8 ซึ่งจากคุณสมบัติในการดูดซับแรงที่ดีรวมถึงมีความแข็งแรงสูง จึงนำมาใช้เป็นชิ้นส่วนจำพวกกันชนรถยนต์ รวมถึงชิ้นส่วนเสริมความแข็งแรงในโครงสร้างของโครงสร้างรถยนต์ เนื่องจากโลหะTRIP และ TWIP มีข้อได้เปรียบเชิงกลที่ดีจึงมีการนำมาใช้สำหรับการปรับปรุงการออกแบบยานพาหนะ เช่น เป็นส่วนประกอบของโครงสร้างอีกทั้งยังลดน้ำหนักยานพาหนะได้อีกด้วย[Lou Kren: 2011] Conclusion
X-AHSS = extra advanced high-strength sheet steel Reference · [ArcelorMittal: 2012] ArcelorMittal. TRIP (Tranfomation Induced Plasticity) steels. Mittal company. Last updated 19/01/2012. · [Cooman: 2009] B. C. De Cooman, Kwang-geun Chin, Jinkyung Kim. High Mn TWIP Steels for Automotive Applications. Graduate Institute of Ferrous Technology. 2009. · [De Cooman, B. C.: 2004)] "Structure–properties relationship in TRIP steels containing carbide-free bainite." Current Opinion in Solid State and Materials Science 8(3–4): 285-303. · [Ferrando: 2011] R. Pla-Ferrando S. Sánchez-Caballero, M.A. Selles, A.V. Martínez-Sanz. TWIP/TRIP STEELS. FUTURE TRENDS IN AUTOMOTIVE INDUSTRIES. Universitat Politècnica de Valencia. Pl. Ferrándiz Carbonell. 2011. · [Fischer: 2000] Fischer, F. D., G. Reisner, et al, "A new view on transformation induced plasticity (TRIP)" · [Hamada: 2007] Atef Saad Hamada. Manufacturing, Mechanical Properties and corrosion behaviour of high-Mn TWIP Steels. 2007. · [Idrissi, H., K. Renard, et al.: 2010] "On the mechanism of twin formation in Fe–Mn–C TWIP steels." Acta Materialia 58(7): 2464-2476. · [Keytometals: 2007] KEY to METALS, “Multi Phase Twinning-Induced Plasticity (TWIP) Steel.”, http://www.keytometals.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=kts&NM=207, last visit : 29/06/2012. · [KeyToMetals: 2012] KeyToMetals. Multi-Phase Twinning-Induced Plasticity (TWIP) Steel. Last visited 24/08/2012. Available from: http://www.steelguru.com · [Lou Kren: 2011] Lou Kren. Developments in Making GigaPascal-Strength Steels. Last visited 24/08/2012. Available from: http://www.metalformingfacts.com. · [Materials-pisit.blogspot: 2012] http://materials-pisit.blogspot.com/2010/03/blog-post_5128.html, last visit: 29/06/2012. · [Ming: 2011] Ming-hui Cai, Hua Ding, Zheng-you Tang, Hua-ying Lee, Young-kook Lee. Strain Hardening Behavior of High Performance FBDP, TRIP and TWIP Steels. Department of Materials Science and Engineering, Yonsei University, Seoul 120-749, Korea, School of Materials and Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110004, China. 2011. · [Nature: 2012] http://www.nature.com/am/journal/2009/200904/full/am2009128a.html, last visit: 29/06/2012. · [Practical maintenance: 2012] http://practicalmaintenance.net/?p=1135, last visit: 29/06/2012. · [Qin, 2007] Qin, Bo. “Crystallography of TWIP Steel." · [สถาบันเหล็กและเหล็กกล้าแห่งประเทศไทย, 2011] สถาบันเหล็กและเหล็กกล้าแห่งประเทศไทย, “ชนิดของเหล็กแผ่นที่ใช้ในอุตสาหกรรมชิ้นส่วน” และ “มาตรฐานและสมบัติของเหล็กกล้าที่ใช้งานในงานอุตสาหกรรม”, http://www.mme.ea-rmuti.com/?p=1017, เข้าถึงข้อมูลวันที่ 29/06/2012. · บทความจากสถาบันเหล็กและเหล็กกล้าแห่งประเทศไทย เรื่อง “มาตรฐานและสมบัติของเหล็กกล้าที่ใช้ในอุตสาหกรรม” และ “ชนิดของเหล็กแผ่นที่ใช้ในอุตสาหกรรมชิ้นส่วน” · http://www.mme.ea-rmuti.com/wp-content/uploads/2011/11/Copy-of-_Sep-2011.pdf (21/07/2012) · http://www.arcelormittal.com/automotive/saturnus/sheets/B_EN.pdf (20/07/2012) · http://www.worldautosteel.org/steel-basics/steel-types/transformation-induced-plasticity-trip-steel/(22/07/2012) · http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/def_en/kap_5/backbone/r5_4_1.html (28/08/2012) · http://www.keytometals.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=kts&NM=207 (23/07/2012)
|