Uudenlainen optista
venymämittausta hyödyntävä
särmäyskoemenetelmä
Ultralujien terästen särmäyksessä on kuitenkin
omat haasteensa. Lujuuden kasvaessa terästen muovattavuus
yleensä heikkenee. Särmäyksessä muodonmuutoksella
on tapana keskittyä pienelle alueelle särmän ulkopinnalla,
mikä aiheuttaa helposti murtumia materiaaleilla, joilla
paikallinen muodonmuutoskyky on heikompi. Jotta muodonmuutos
jakautuisi tasaisemmin laajemmalle alueelle,
käytetään huonommin muovautuvien terästen särmäykseen
suurempia taivutussäteitä, eli suurempia painimia. Särmättävyyden
mittana käytetään yleisesti minimitaivutussädettä
Rmin, eli pienintä sädettä, jolla levy voidaan taivuttaa 90 asteen
kulmaan ilman vaurioita. Minimisäde määritetään särmäyskokeiden
avulla, joissa kokeillaan särmäystä erikokoisilla
painimilla ja arvioidaan visuaalisesti pinnan laatu ja
mahdolliset vauriot.
Ultralujilla teräksillä Rmin on yleensä noin 1 – 4 kertaa levynpaksuus.
Suuremmilla painimilla särmätessä haasteina
on muun muassa tarvittavan voiman kasvu, suurempi takaisinjousto
sekä ns. särmän karkaaminen, eli pienen raon
syntyminen painimen ja levyn välille särmän keskilinjalla.
Särmän karkaamisessa särmän sisäsäde pienenee painimen
sädettä pienemmäksi, mikä vaikeuttaa sekä lopputuotteen
geometrian arviointia että itse särmäysprosessia. Tämän
ja muiden ultralujien terästen särmäykselle tyypillisten
ilmiöiden perinpohjainen ymmärtäminen on elintärkeää
ultralujien terästen särmättävyyden ja särmäysohjeistusten
kehityksen kannalta.
■ DI AKI-PETTERI POKKA, OULUN YLIOPISTO
Oulun yliopistolla on tutkittu ultralujien terästen särmättävyyttä
jo toistakymmentä vuotta yhteistyössä mm. SSAB:n
ja Lapin AMK:n kanssa. Syvällisemmän tiedon saamiseksi
on särmäyskokeissa myös ajoittain hyödynnetty optista venymämittausta
digitaalisen kuvakorrelaation (Digital image
correlation, DIC) avulla. Edellisissä koejärjestelyissä venymät
on mitattu särmästä vasta kokeen jälkeen, jolloin ei saada
tietoa sen kehityksestä särmäyksen aikana. Viime vuosina
Oulun yliopistolla on kehitelty uudenlaista särmäyskoemenetelmää,
joka mahdollistaa särmäysvoimien ja painimen
siirtymän mittauksen, sekä DIC-venymämittauksen särmäysprosessin
aikana. Tällä uudella menetelmällä saadaan entistä
yksityiskohtaisempaa dataa särmäyksessä tapahtuvista
ilmiöistä sekä eri materiaalien käyttäytymisestä. Tässä artikkelissa
käydään läpi tällä menetelmällä Oulun yliopistolla
tehtyjä mittauksia. Mittaustuloksia on julkaistu diplomityössä
(Pokka 2020) sekä myöhemmin konferenssipaperissa
(Pokka ym. 2021)
Ultralujien terästen särmäys
Ultralujia teräksiä käytetään nykyään laajasti eri teollisuuden
aloilla. Suosittuja käyttökohteita ovat painokriittiset
sovellukset, kuten nosturit, autot ja työkoneet, joissa rakenteiden
keventäminen tuo merkittävää hyötyä. Särmäys
on joustavuutensa, kustannustehokkuutensa ja nopeutensa
vuoksi erittäin suosittu muovausmenetelmä lujille teräksille.
Kuva 1. a) Koejärjestelmän osat, b) DIC-kameroiden sijoittelu ja c) 900 MPa:n teräksen
muodonmuutoskenttä 90° särmäyskulmassa painimen säteellä Rp= 2t, sekä venymäjakaumien
ottokohdat.
KUVA 1. a) Koejärjestelmän osat, b) DIC-kameroiden sijoittelu ja c) 900 MPa:n teräksen muodonmuutoskenttä 90° särmäyskulmassa painimen säteellä Rp=
2t, sekä venymäjakaumien ottokohdat.
www.ohutlevy.com OHUTLEVY 1/2021 • 15
>
/www.ohutlevy.com
