ESTAMPAGEM A QUENTE DE CHAPAS DE ALTA RESISTÊNCIA PARA FINS VEICULARES

[pic 1]	UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA - CAMPUS JOINVILLE CENTRO DE ENGENHARIAS DA MOBILIDADE CURSO BACHARELADO INTERDISCIPLINAR EM MOBILIDADE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO -  2014/2
ESTAMPAGEM A QUENTE DE CHAPAS DE ALTA RESISTÊNCIA PARA FINS VEICULARES
Tiago A. M. Müller*, Lucas K. Weller, Felipe J. Greboge, Mateus de S. Zanzi, Daniel E. Bockor

Universidade Federal de Santa Catarina, *[e-mail]

RESUMO

A utilização de chapas metálica na indústria veicular está em constante evolução, buscando melhorias que garantem mais segurança e sustentabilidade. Na operação de estampagem a quente, as chapas de aço são submetidas a um tratamento térmico, visando adquirir certas propriedades mecânicas ao material, por exemplo, aumentando a ductilidade em regiões especificas da peça. O processo consiste basicamente em dar forma a uma chapa, através da prensa de duas matrizes. Essa matriz, tem que ter a capacidade de suportar o esforço, sem que ocorram danos à mesma. Os componentes são submetidos a esforços mecânicos, dos quais devem suportar. Aqui se encontra a necessidade de aumentar a resistência mecânica, mas em contrapartida com este aumento de resistência a capacidade de estampagem diminui. O principal problema na estampagem de aços avançados de alta resistência é o retorno elástico (springback). A solução para isso é aquecer o material para realizar sua estampagem.

Palavras-chave: Temperabilidade, Chapa metálica, Estampagem a quente, Resistência mecânica.

INTRODUÇÃO

É indiscutível que quando se começou a trabalhar com ferro e ferro fundido, um marco para o mundo da engenharia foi estabelecido. Estes materiais nos proporcionaram muitos benefícios, dentre eles a produção de um derivado desses. Um material mais resistente, que envolve e exige uma tecnologia de produção mais avançada, mas que tem benefícios revolucionários para a indústria. Por volta de 1856, o aço é descoberto e passa a ser utilizado em grande escala, para a revolução da grande maioria dos setores da indústria.

Desde então, tem-se descoberto e explorado uma infinidade de características, processos e classificações para os aços. Hoje, em qualquer indústria do setor automotivo, vê-se com facilidade a utilidade do aço e suas inúmeras aplicações dentro dos projetos de engenharia. Como exemplo, tem-se a utilização de chapas de aço na indústria automotiva, que são componentes essenciais para as mais diversas áreas, porém, envolvem processos produtivos sofisticados para que não haja falha na produção ou execução do componente, e também, se dê uma produção sem desperdícios e com uma automação capaz de realizar o processo de maneira eficaz e eficiente.

As chapas de aço, para uma maior facilidade em sua modelagem, passam por processos denominados estampagem, o qual se trata de uma conformação da chapa por pressão, dando a ela o modelo solicitado de acordo com o projeto. Porém, em algumas situações, para uma redução de peso e um aumento na resistência do componente, são utilizados os chamados aços de ultra alta resistência (AHSS, Advanced High Strength Steels) e também os conhecidos por tailored blanks, que por consequência nos impõe uma baixa conformabilidade e um alto retorno elástico, induzindo-nos a executar sua estampagem a quente, a fim de expandir a conformabilidade do material e chegar ao modelo solicitado no projeto.

FUNDAMENTOS DO MATERIAL

A utilização das chapas metálicas na indústria veicular está em constante melhoria, afinal usando materiais mais leves, se reduz a massa de um veículo, e isso está diretamente ligado ao consumo de combustível, a evolução dos aços aplicados para a estampagem está associada a um aumento a resistência mecânica, segundo a figura apresentada (SOARES, 2008, p. 11). 

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Figura 1 – Evolução dos aços, resistência vs extensão após rotura.

De acordo com Soares (2008, p. 11).

Nesta figura, identifica-se como “Low” a classe de aços considerados convencionais e mais indicados para estampagem profunda, conhecidos por aços macios. A classe “Medium” enquadra os aços micro ligados com resistências superiores aos macios e consequentemente menos capacidade de alongamento; as classes “High” e “Ultra-High” tratam de aços com elevada resistência mecânica com menos ductilidade. Em suma, a tendência e evoluir no sentido de aumentar a resistência mecânica procurando manter as propriedades de conformação/alongamento, no entanto essa correlação não e fácil de conseguir.

Os aços empregados na indústria veicular podem ser divididos em diversas áreas, dependendo das suas características mecânicas, principalmente ligado a sua ductilidade. Mild Steels são aços macios tem possuem resistência inferior a 270MPa, HSLA são aços de alta resistência baixa liga, que possuem uma resistência a tração entre 270 e 600MPa. AHSS são aços avançados de alta resistência, cuja resistência a tração está entre 600 e 1000MPa, e os UHSS são aços avançados de ultra alta resistência que suportam uma tensão de tração superior a 1000MPa.

Durante a operação de estampagem a quente das chapas de aço é submetida a um tratamento térmico diferencial, para que certas propriedades mecânicas sejam adquiridas ao material que foi estampado, podendo aumentar a ductilidade em regiões especificas da peça de maneira a combinar em uma peça única as propriedades de absorção de energia.

Em relação aos aços carbono não ligados, os elementos de liga permitem modificar as microestruturas mediante a variação da quantidade da composição química e do tratamento termomecânico. Como:

A adição de elementos como Nb, Ti, V, Mo, B ou Al, é usada para estabilizar a austenita como também para influenciar a cinética de transformações de fases.

O titânio é acrescentado para evitar a formação de nitreto de boro, pois o titânio possui maior afinidade pelo nitrogênio do que o boro. Desta maneira, o efeito do boro é preservado.

O cromo e titânio formam precipitados que aumentam a resistência mecânica do aço, pois ambos apresentam uma forte afinidade com o carbono e nitrogênio. A solubilidade dos carbonetos e nitretos formados são quase nulas quando a temperatura é inferior a 700°C.