Design and application of quenching and tempering on slender screws to obtain class 10.9

This study considers high strength low alloy (HSLA) steels used for the production of long screws for fastening batteries on electric vehicles. The steels considered are 30MnV6 and 33MnCrB5, which have a medium amount of carbon and manganese. Objective of this study is to find specific heat treatments applied on these kinds of steels in order to obtain high mechanical properties. These properties must be reached before the cold forming process, so no post heat treatments are needed. Performing heat treatments before deformation is a way to reduce costs and environmental impact (less CO2 emissions). The goal is to reach the resistance class 10.9, that means UTS = 1040 MPa and YS = 940 MPa. To achieve these values, steels must be quenched and tempered, and so thermodynamic analyses are performed to identify the most appropriate temperatures and times of treatment. Finally mechanical and microstructural tests are performed on the materials to identify the best time/temperature combination to achieve class 10.9. After running all these tests, it’s possible to observe that the best condition to obtain the desired class is quenching and tempering the 30MnV6 steel for 10 minutes at 540°C. Instead with 33MnCrB5 isn’t possible to achieve the class 10.9 with any kind of treatments considered in this study, even by changing the tempering parameters, such as time and temperature. To evaluate which are the best heat treatments in order to reach the desired class, a large number of tensile tests are made. With these tests is possible to characterize the material, determining mechanical and elastic properties of the steels. Furthermore, to have a better characterization of the material, other analyses are made. For example, images of microstructure to analyse the structure of the steels after heat treatments, but also microhardness test to evaluate the hardness of the steels.

Questo studio prende in considerazione gli acciai basso legati ad alta resistenza (HSLA) utilizzati per la produzione di viti lunghe per il fissaggio delle batterie dei veicoli elettrici. Gli acciai considerati sono 30MnV6 e 33MnCrB5, che hanno un tenore medio di carbonio e manganese. L'obiettivo di questo studio è trovare specifici trattamenti termici da applicare a questi tipi di acciai per ottenere elevate proprietà meccaniche. Queste proprietà devono essere raggiunte prima del processo di formatura a freddo, in modo da evitare trattamenti termici successivi. Eseguire i trattamenti termici prima della deformazione è un modo per ridurre i costi e l’impatto ambientale (meno emissioni di CO2). L'obiettivo è raggiungere la classe di resistenza 10.9, ovvero UTS = 1040 MPa e YS = 940 MPa. Per raggiungere questi valori, gli acciai devono essere bonificati e perciò sono state eseguite analisi termodinamiche per individuare le temperature e i tempi del trattamento più appropriati. Infine sono stati effettuati test meccanici e microstrutturali sui materiali per identificare la migliore combinazione tempo/temperatura per ottenere la classe 10.9. Dopo aver eseguito tutti questi test, è possibile osservare che la condizione migliore per ottenere la classe desiderata è bonificare l’acciaio 30MnV6 per 10 minuti a 540°C. Invece con il 33MnCrB5 non è possibile raggiungere la classe 10.9 con nessun tipo dei trattamenti considerati in questo studio, anche cambiando i parametri del rinvenimento, come tempo e temperatura. Per valutare quali siano i trattamenti termici migliori per raggiungere la classe desiderata, vengono effettuate numerose prove di trazione. Con queste prove è possibile caratterizzare il materiale, determinando le proprietà meccaniche ed elastiche degli acciai. Inoltre, per avere una migliore caratterizzazione del materiale, vengono effettuate altre analisi, ad esempio, immagini microstrutturali per analizzare la struttura degli acciai dopo i trattamenti termici, ma anche prove di microdurezza per valutarne la durezza.