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AÇO LAMINADO A QUENTE NA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA

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Diversos tipos de aços laminados de dupla-fase laminados a quente foram comparados com aços microligados convencionais através de vários testes de conformação.

Utilização do Aço Laminado a Quente na Indústria Automotiva Brasileira

Vários tipos de aços de dupla-fase laminados a quente preparados por simples controle de temperatura em laminadores de tiras a quente, ou por tratamento térmico em uma linha de recozimento contínuo, foram comparados neste artigo com aços microligados convencionais através de vários testes de conformação.

Espessura destes aços varia de 1,8 a 2,5 mm e força de rendimento de 300 a 520 MPa. Os testes de formação utilizados incluem esticamento, estiramento, alargamento de flanges ou expansão de orifícios e modelagem simulada de peças automotivas, como o alojamento do eixo traseiro e o suporte da mola. O comportamento dessas chapas é discutido nesses processos.

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O interesse em aços de alta resistência tem uma longa história na indústria siderúrgica. O desenvolvimento recente de chapa de aço de alta resistência e baixa liga depende da grande quantidade de informações técnicas disponíveis neste campo. Em resposta à demanda da indústria automobilística de reduzir o peso total do veículo e, assim, melhorar a economia de combustível e satisfazer os requisitos de segurança e resistência a acidentes, a indústria siderúrgica desenvolveu uma grande variedade de aços e processos para produzir laminados a quente e a frio de alta resistência. 

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Utilização de Chapas de Aço Laminado a Quente na Indústria Automobilística Brasileira

DESEMPENHO E ADEQUAÇÃO DO AÇO

A adequação global de vários aços para aplicações de painéis de carrocerias de automóveis é avaliada através da avaliação de suas características em relação aos requisitos de desempenho (formabilidade, soldabilidade, pintura, etc.). A formabilidade das chapas de aço é talvez o requisito mais importante para aplicações de componentes automotivos.

O objetivo deste texto é lançar alguma luz sobre as propriedades dos aços controlados pelas condições de fabricação e recuperar a perda de conformabilidade que ocorre à medida que a resistência aumenta. As possíveis aplicações para peças automotivas podem ser divididas em duas categorias gerais, ou seja, painéis de carroceria e peças estruturais e de segurança. 

Aços de dupla fase, que têm ductilidade muito melhor para uma determinada resistência do que os aços convencionais de alta resistência, foram desenvolvidos. Eles têm microestruturas consistindo de duas fases principais: martensita e ferrita. O método adequado para fazer estes aços é rolar até a espessura necessária e, em seguida, fazer uso de tratamento térmico em uma linha de recozimento contínuo. Outro método é descobrir a condição de resfriamento e as composições de aço que atingem propriedades típicas de fase dupla diretamente de um laminador de tiras a quente contínuo. Estes levam à disponibilidade de aços de dupla fase laminados a quente, feitos por dois métodos diferentes e composições substancialmente diferentes.

Apesar das diferenças entre os aços, é necessário que a indústria automotiva tenha comportamento e desempenho de formação semelhantes. Portanto, este estudo compara algumas propriedades de nove aços laminados a quente, dois aços de fase dupla tratados termicamente, dois aços convencionais de alta resistência e um aço comercial de baixo carbono com resistência de 300 a 520 MPa.

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PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO: Alongamento, Deformação e Estiramento

A prensagem destes aços é estudada para se obter uma compreensão da influência do aumento da resistência nos parâmetros de formabilidade. A investigação da formabilidade é realizada através de uma avaliação da resposta da chapa de aço em três modos de deformação no diagrama limite de conformação: alongamento, deformação simples e estiramento.

Os estampados são julgados aceitáveis ​​se não houver rasgos, fissuras, fivelas, rugas ou pescoços óbvios na estampagem finalizada. Na formação de aços laminados a quente aplicados aos elementos de estrutura dos automóveis, que geralmente requerem uma folha mais espessa do que a dos painéis expostos, é importante que os aços exibam uma boa capacidade de estiramento e punção de estrias.

TESTE DE TENSÃO

O teste de tensão é realizado em amostras de lados paralelos com uma largura nominal de 25 mm. O teste é realizado usando uma velocidade cruzada constante, e alongamento para fratura, medido com um extensômetro de comprimento de calibre de 50 mm. As propriedades mecânicas médias são obtidas de um mínimo de cinco amostras em três direções de teste.

TESTE DE EXPANSÃO

O teste de expansão do furo é realizado da seguinte forma: um orifício de 20 mm é perfurado na folha antes da deformação e é expandido com um punção cônico. A expansão deste furo antes do ponto de falha é referida como a razão da expansão do furo.

TESTE DE ESTIRAMENTO

O teste de formação de estiramento é realizado com um punção hemisférica e de fundo plano, em que os espaços em branco de 400 e 450 mm são mantidos na matriz.

A modelagem de simulação é realizada com dois tipos de matrizes. Um é o suporte de mola do qual um caractere está esticando e o outro é um alojamento de eixo traseiro do qual um personagem está desenhando.

O Springback é medido após uma flexão simples em três dentes de raio de curvatura diferente. Espessura da amostra é reduzida para 1,7 mm por superfície de moagem, a fim de estabelecer uma tensão constante de flexão.

CONFORMABILIDADE DO AÇO LAMINADO

Os parâmetros de conformabilidade afetam a capacidade de um material de ser transformado de sua forma original em uma forma final definida por um processo de formação específico. Material, processo e forma interagem na formação de partes; portanto, eles devem ser considerados simultaneamente em um estudo de formabilidade.

Propriedades mecânicas como resistência à deformação, resistência à tração, alongamento total, expoente de endurecimento de trabalho, razão de deformação plástica e expoente de sensibilidade à taxa de deformação, que são determinadas no teste de tensão, geralmente indicam o comportamento de formação do material. A importância desses parâmetros de materiais, que todos interagem nos processos de formação, depende da forma da peça e dos processos de fabricação. Uma melhor compreensão e determinação precisa desses parâmetros de formação ajudam a prever o comportamento desses aços nas operações de estampagem.

Utilização do Aço na Indústria Automotiva Brasileira

ENDURECIMENTO E DEFORMAÇÃO DO AÇO 

O comportamento de encruamento dos aços laminados é frequentemente caracterizado pelo valor n, definido como o expoente na equação de Ludwig. Para a maioria dos aços laminados a quente, e também para aços livres intersticiais altamente moldáveis, as curvas de tensão-deformação não estão em conformidade com a equação de Ludwig. Para comparar o comportamento de endurecimento do trabalho dos aços, sugere-se que o parâmetro mais útil seja a taxa instantânea de endurecimento do trabalho normalizada em relação à tensão de escoamento. A expressão distinta do comportamento de endurecimento do trabalho é obtida por este parâmetro. No entanto, é tedioso estabelecer as curvas da taxa de endurecimento do trabalho normalizado na função da deformação por tração.

A taxa de expansão do furo é influenciada pela taxa de deformação plástica, pelo alongamento total (que afeta a expansão do furo crítico) e pela quantidade e forma das inclusões (que causam rachaduras). Os resultados indicam que a taxa de expansão do furo diminui com o aumento da quantidade total de inclusões.

Como relatado anteriormente, o controle da forma torna-se importante para alcançar uma maior ductilidade ao longo da borda cortada. Sem o controle de forma de sulfeto nestes aços laminados a quente, pode ocorrer uma expansão menor devido à ruptura que inicia na borda perfurada em inclusões de sulfeto alongadas. No entanto, mesmo em um material com controle de forma de sulfeto, há uma degradação bastante importante da ductilidade das arestas cortadas à medida que a resistência aumenta.

Note-se que um material de alta resistência com uma taxa de expansão de orifício superior a 1,5 pode ser considerado satisfatório em comparação com os aços com baixo teor de carbono. Uma investigação é feita na influência da folga entre o punção e a matriz quando um buraco é perfurado na chapa. É indicado que a folga tem um efeito relativamente pequeno na taxa de expansão do orifício.

CONSTATAÇÕES DA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA

Para os componentes automotivos, a capacidade de moldagem do aço laminado é determinada principalmente pela esticabilidade biaxial e pela capacidade de estampagem profunda. O alongamento total e o expoente de endurecimento do trabalho são medidas da extensibilidade biaxial da folha, e estes parâmetros diminuem à medida que aumenta a resistência ao escoamento da chapa de aço. Como regra geral, a taxa média de deformação plástica, que é uma medida da habilidade de tração profunda, também diminui à medida que a força aumenta. Para todos os aços examinados, os valores estão em uma faixa muito estreita e semelhantes aos do aço com baixo teor de carbono.

Existe uma boa correlação entre o índice de formação e o expoente de endurecimento do trabalho. Este teste é realizado paralelamente e transversalmente à direção de laminação, para que as propriedades de fratura da chapa em ambas as direções possam ser avaliadas. Há uma diferença na formabilidade devido à direção de laminação.

COMPONENTES DE FORMAÇÃO

A forma dos componentes de chapa automotiva pode desviar-se das configurações do projeto devido a vários efeitos de recuperação elástica, incluindo o retorno. Defeitos na precisão da forma das peças acabadas são responsáveis ​​por dificuldades nos processos de montagem. Os materiais devem ser tão uniformes quanto possível em relação à espessura e propriedades, a fim de minimizar o recuo após a estampagem.

Vários tipos de aços duplos laminados a quente são examinados através de testes de formação. Aços de dupla fase contendo manganês e silício são caracterizados por uma melhor formabilidade. Boa correlação é obtida entre a taxa de expansão do furo e o controle da forma de inclusão.

O expoente de endurecimento do trabalho é o principal fator que determina o desempenho da prensa de aços de dupla fase laminados a quente. Em particular, n-valor de 5 a 10 por cento tensão no teste de tensão é mostrado para ter uma boa correlação com a formabilidade. Isso permitirá a definição de diretrizes para otimizar as condições de fabricação desses aços.

Espera-se que as propriedades superiores dos aços laminados a quente resultem em aumentos significativos em seu uso para aplicações automotivas no futuro imediato.

Materiais como Aço Inoxidável, Aço Galvanizado e Galvalume, são utilizados muitas vezes em componentes com alta necessidade de resistência a corrosão em automóveis.

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