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Se compararon varios tipos de aceros laminados en caliente de doble fase con aceros microaleados convencionales a través de varias pruebas de formación.
En este artículo se compararon varios tipos de aceros bifásicos laminados en caliente preparados por simple control de temperatura en laminadores de bandas en caliente, o por tratamiento térmico en una línea de recocido continuo, con aceros microaleados convencionales a través de varias pruebas de conformación.
El espesor de estos aceros varía de 1,8 a 2,5 mm y el límite elástico de 300 a 520 MPa. Las pruebas de formación utilizadas incluyen estiramiento, estiramiento, bridas acampanadas o expansión de orificios, y modelado simulado de piezas automotrices, como la carcasa del eje trasero y el soporte del resorte. El comportamiento de estas placas se discute en estos procesos.
El interés por los aceros de alta resistencia tiene una larga historia en la industria siderúrgica. El desarrollo reciente de láminas de acero de baja aleación y alta resistencia depende de la gran cantidad de información técnica disponible en este campo. En respuesta a la demanda de la industria automotriz de reducir el peso total del vehículo y así mejorar la economía de combustible y satisfacer los requisitos de seguridad y resistencia a accidentes, la industria siderúrgica ha desarrollado una amplia variedad de aceros y procesos para producir acero laminado en caliente y en frío de alta resistencia. .
RENDIMIENTO E IDONEIDAD DEL ACERO
La idoneidad general de varios aceros para aplicaciones de paneles de carrocería de automóviles se evalúa mediante la evaluación de sus características frente a los requisitos de rendimiento (formabilidad, soldabilidad, pintabilidad, etc.). La formabilidad de las láminas de acero es quizás el requisito más importante para las aplicaciones de componentes automotrices.
El propósito de este texto es arrojar algo de luz sobre las propiedades de los aceros controlados por las condiciones de fabricación y recuperar la pérdida de formabilidad que se produce a medida que aumenta la resistencia. Las posibles aplicaciones de las piezas de automóviles se pueden dividir en dos categorías generales, a saber, paneles de carrocería y piezas estructurales y de seguridad.
Se desarrollaron aceros de doble fase, que tienen mucha mejor ductilidad para una resistencia dada que los aceros convencionales de alta resistencia. Presentan microestructuras formadas por dos fases principales: martensita y ferrita. El método adecuado para fabricar estos aceros es el laminado al espesor requerido y luego el tratamiento térmico en una línea de recocido continuo. Otro método consiste en averiguar las condiciones de enfriamiento y las composiciones de acero que logran las propiedades típicas de dos fases directamente desde un tren de laminación continua de bandas en caliente. Esto conduce a la disponibilidad de aceros de doble fase laminados en caliente, fabricados mediante dos métodos diferentes y composiciones sustancialmente diferentes.
A pesar de las diferencias entre aceros, es necesario que la industria automotriz tenga un comportamiento y desempeño de entrenamiento similar. Por lo tanto, este estudio compara algunas propiedades de nueve aceros laminados en caliente, dos aceros bifásicos tratados térmicamente, dos aceros convencionales de alta resistencia y un acero comercial bajo en carbono con una resistencia de 300 a 520 MPa.
PROCESOS DE CONFORMACIÓN: Elongación, Deformación y Estiramiento
Se estudia el prensado de estos aceros para comprender la influencia del aumento de la resistencia sobre los parámetros de conformabilidad. La investigación de conformabilidad se lleva a cabo a través de una evaluación de la respuesta de la lámina de acero en tres modos de deformación en el diagrama de límite de formación: elongación, deformación simple y estiramiento.
Las impresiones se consideran aceptables si no hay rasgaduras, grietas, pandeos, arrugas o cuellos evidentes en el estampado terminado. Al formar aceros laminados en caliente aplicados a elementos estructurales de automóviles, que generalmente requieren una lámina más gruesa que los paneles expuestos, es importante que los aceros muestren buena capacidad de estirado y punzonado de ranuras.
PRUEBA DE TENSIÓN
La prueba de tensión se realiza en muestras de lados paralelos con un ancho nominal de 25 mm. La prueba se realiza utilizando una velocidad transversal constante y el alargamiento hasta la fractura, medidos con una galga extensiométrica de 50 mm de longitud de calibre. Las propiedades mecánicas promedio se obtienen de un mínimo de cinco muestras en tres direcciones de prueba.
PRUEBA DE EXPANSIÓN
La prueba de expansión del agujero se realiza de la siguiente manera: se perfora un agujero de 20 mm en la lámina antes de la deformación y se expande con un punzón cónico. La expansión de este orificio antes del punto de falla se denomina relación de expansión del orificio.
PRUEBA DE ESTIRAMIENTO
La prueba de formación de estiramiento se realiza con un punzón semiesférico de fondo plano, donde los espacios en blanco de 400 y 450 mm se mantienen en el troquel.
El modelado de simulación se realiza con dos tipos de matrices. Uno es el soporte del resorte desde el cual se estira un personaje y el otro es una carcasa del eje trasero desde la cual se dibuja un personaje.
El springback se mide después de una sola curvatura en tres dientes de diferente radio de curvatura. El espesor de la muestra se reduce a 1,7 mm por superficie de molienda para establecer una tensión de flexión constante.
CONFORMABILIDAD ACERO LAMINADO
Los parámetros de conformabilidad afectan la capacidad de un material para transformarse de su forma original a una forma final definida por un proceso de formación específico. Material, proceso y forma interactúan en la formación de las partes; por lo tanto, deben ser considerados simultáneamente en un estudio de formabilidad.
Las propiedades mecánicas como el límite elástico, la resistencia a la tracción, el alargamiento total, el exponente de endurecimiento por trabajo, la relación de deformación plástica y el exponente de sensibilidad de la velocidad de deformación, que se determinan en la prueba de esfuerzo, generalmente indican el comportamiento de formación del material. La importancia de estos parámetros del material, que interactúan en los procesos de conformado, depende de la forma de la pieza y de los procesos de fabricación. Una mejor comprensión y determinación precisa de estos parámetros de formación ayuda a predecir el comportamiento de estos aceros en las operaciones de estampación.
TEMPLADO Y DEFORMACIÓN DEL ACERO
El comportamiento de endurecimiento por trabajo de los aceros laminados a menudo se caracteriza por el valor n, definido como el exponente en la ecuación de Ludwig. Para la mayoría de los aceros laminados en caliente, y también para los aceros sin intersticios altamente conformables, las curvas de tensión-deformación no se ajustan a la ecuación de Ludwig. Para comparar el comportamiento de endurecimiento por trabajo de los aceros, se sugiere que el parámetro más útil es la tasa instantánea de endurecimiento por trabajo normalizada a la tensión de fluencia. La expresión distinta del comportamiento de endurecimiento por trabajo se obtiene mediante este parámetro. Sin embargo, es tedioso establecer curvas normalizadas de velocidad de endurecimiento por trabajo en función de la deformación por tracción.
La tasa de expansión del orificio está influenciada por la tasa de deformación plástica, el alargamiento total (que afecta la expansión crítica del orificio) y la cantidad y forma de las inclusiones (que provocan el agrietamiento). Los resultados indican que la tasa de expansión del agujero disminuye con el aumento de la cantidad total de inclusiones.
Como se informó anteriormente, el control de la forma se vuelve importante para lograr una mayor ductilidad a lo largo del borde de corte. Sin el control de la forma de sulfuro en estos aceros laminados en caliente, puede ocurrir una expansión menor debido a la rotura que comienza en el borde perforado en las inclusiones de sulfuro alargadas. Sin embargo, incluso en un material con control de forma de sulfuro, hay una degradación muy importante de la ductilidad de los bordes cortados a medida que aumenta la resistencia.
Tenga en cuenta que un material de alta resistencia con una relación de expansión del orificio superior a 1,5 puede considerarse satisfactorio en comparación con los aceros con bajo contenido de carbono. Se investiga la influencia de la holgura entre el punzón y la matriz cuando se taladra un agujero en la chapa. Se indica que la holgura tiene un efecto relativamente pequeño sobre la tasa de expansión del orificio.
HALLAZGOS DE LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ
Para los componentes de automóviles, la moldeabilidad del acero laminado está determinada principalmente por la capacidad de estiramiento biaxial y la capacidad de embutición profunda. El alargamiento total y el exponente de endurecimiento por trabajo son medidas de la extensibilidad biaxial de la lámina, y estos parámetros disminuyen a medida que aumenta el límite elástico de la lámina de acero. Como regla general, la tasa promedio de deformación plástica, que es una medida de la capacidad de tracción profunda, también disminuye a medida que aumenta la fuerza. Para todos los aceros examinados, los valores están en un rango muy estrecho y similar al acero bajo en carbono.
Existe una buena correlación entre el índice de formación y el exponente de endurecimiento por trabajo. Este ensayo se realiza en paralelo y transversal a la dirección de laminación, de modo que se puedan evaluar las propiedades de fractura de la chapa en ambas direcciones. Hay una diferencia en la formabilidad debido a la dirección de laminación.
COMPONENTES DE ENTRENAMIENTO
La forma de los componentes de chapa metálica para automóviles puede desviarse de las configuraciones de diseño debido a varios efectos de recuperación elástica, incluido el contragolpe. Los defectos en la precisión de la forma de las piezas acabadas son responsables de las dificultades en los procesos de montaje. Los materiales deben ser lo más uniformes posible en espesor y propiedades para minimizar el retroceso después del estampado.
Varios tipos de aceros dobles laminados en caliente se examinan a través de pruebas de formación. Los aceros de doble fase que contienen manganeso y silicio se caracterizan por una mejor formabilidad. Se obtiene una buena correlación entre la tasa de expansión del agujero y el control de la forma de inclusión.
El exponente de endurecimiento por trabajo es el principal factor que determina el rendimiento en prensa de los aceros bifásicos laminados en caliente. En particular, se muestra que el valor n de 5 a 10 por ciento de tensión en la prueba de tensión tiene una buena correlación con la formabilidad. Esto permitirá definir pautas para optimizar las condiciones de fabricación de estos aceros.
Se espera que las propiedades superiores de los aceros laminados en caliente resulten en aumentos significativos en su uso para aplicaciones automotrices en el futuro inmediato.
Los materiales como el acero inoxidable, el acero galvanizado y el galvalume se utilizan a menudo en componentes con una alta necesidad de resistencia a la corrosión en los automóviles.
