BRPI0616261A2 - processo de fabricaÇço de uma peÇa em aÇo de microestrutura de multifases - Google Patents
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Abstract
PROCESSO DE FABRICAÇçO DE UMA PEÇA EM AÇO DE MICROESTRUTURA DE MULTIFASES. A presente invenção refere-se um processo de fabricação de uma peça em aço, apresentando uma microestrutura de multifases, a dita microestrutura, compreendendo ferrita e sendo homogénea em cada uma das zonas dessa peça, compreendendo as etapas que consistem em: recortar um disco em uma cinta em aço, cuja composição é típica daquela dos aços de microestrutura de multifases; aquecer esse disco até atingir uma temperatura de manutenção T~ s~ superior a Ac1, mas inferior a Ac3, e mantê-lo a essa temperatura de manutenção T~ s~, durante um tempo de manutenção T~ s~ ajustado, de maneira que o aço, após aquecimento do disco, compreenda uma proporção de austenita superior ou igual a 25% por área; transferir o dito disco aquecido no meio de uma aparelhagem de conformação, de maneira a formar a quente essa peça; e resfriar a dita peça no meio da aparelhagem com uma velocidade de resfriamento V, tal que a microestrutura do aço, após o resfriamento da peça seja uma microestrutura de multifases, a dita microestrutura compreendendo a ferrita e sendo homogênea em cada uma das zonas a dita peça.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSODE FABRICAÇÃO DE UMA PEÇA EM AÇO DE MICROESTRUTURA DE MULTIFASES".
A presente invenção refere-se a um processo de fabricação deuma peça em aço de microestrutura de multifases homogênea em cada umadas zonas dessa peça e apresentando elevadas propriedades mecânicas.
A fim de responder às exigências de alijamento das estruturasde automóveis, é conhecida a utilização seja dos aços TRIP (esse termosignificando transformation induced plasticity), seja os aços de fase dual queassociam uma resistência mecânica muito elevada a possibilidades muitoelevadas de deformação. Os aços TRIP têm uma microestrutura compostade ferrita, de austenita residual, e eventualmente de bainita e de martensita,que lhe permite atingir resistências à tração que vão de 600 a 1000 MPa. Osaços fase dual têm uma microestrutura composta de ferrita e de martensita,que lhe permite atingir resistências à tração que vão de 400 MPa a mais de1200 MPa.
Esses tipos de aços são amplamente utilizados para a realiza-ção de peças de absorção de energia, como, por exemplo, peças de estrutu-ra e de segurança, tais como as longarinas, as travessas e os reforços.
Para fabricar três peças, é usual para um disco, cortado de umatira de laminada a frio de aço de fase dual ou aço strip, submetido a um pro-cesso de conformação a frio por exemplo estampagem profunda entre fer-ramentas.
Todavia, o desenvolvimento das peças em aço de fase dual ouem aço TRIP é limitado devido à dificuldade de controlar o retorno elásticoda peça enformada, retorno elástico esse que é tanto mais importante, quan-to maior for a resistência à tração Rm do aço é importante. Com efeito, paraprevenir o efeito do retorno elástico, os fabricantes de automóveis são obri-gados a integrar esse parâmetro, quando da concepção de novas peças, oque, por um lado, necessita de numerosos desenvolvimentos, e, por outrolado, limita a extensão das formas realizáveis.
Além disso, em caso de deformação considerável, a microestru-tura do aço não é homogênea em cada uma das zonas da peça, e o compor-tamento da peça em serviço dificilmente é previsível. Por exemplo, quandoda conformação a frio de uma chapa em aço TRIP, a austenita residual setransforma em martensita sob o efeito da deformação. A deformação nãosendo homogênea em toda a peça, certas zonas da peça comportarão aindaaustenita residual não transformada em martensita e, apresentando, porconseguinte, uma ductilidade residual importante, enquanto que outras zo-nas da peça que sofreram uma deformação considerável apresentarão umaestrutura ferrito - martensita, compreendendo eventualmente bainita poucodúctil.
A finalidade da presente invenção é, portanto, prevenir os incon-venientes pré-citados, e propor um processo de fabricação de uma peça emaço, compreendendo ferrita e apresentado uma microestrutura de multifaseshomogênea em cada uma das zonas dessa peça, e não apresentando retor-no elástico, após conformação de um disco oriundo de uma cinta em aço,cuja composição é típica daquela dos aços de microestrutura de multifases.
Para isso, a invenção tem por primeiro objeto um processo defabricação de uma peça em aço, que apresenta uma microestrutura de multi-fase, essa microestrutura, compreendendo ferrita e sendo homogênea emcada uma das zonas dessa peça, compreendendo as etapas que consistemem:
- recortar um disco em uma cinta em aço, cuja composição éconstituída em percentagem em peso:
0,01 < C < 0,50%0,50 < Mn < 3,0%0,001 < Si < 3,0%0,005 < Al < 3,0%Mo <1,0%Cr < 1,5%P <0,10%Ti <0,15%V < 1,0%a título opcional, um ou vários elementos, tais como:Ni < 2,0%Cu < 2,0%S < 0,05%Nb <0,15%
o resto da composição sendo o ferro e impurezas resultantes dafusão;
- opcionalmente esse disco é submetido à deformação a frio;
- aquecer esse disco até atingir uma temperatura de manuten-ção ts superior a Ac1, mas inferior a Ac3, e mantê-lo a essa temperatura demanutenção ts. durante um tempo de manutenção M ajustado, de maneiraque o aço, após aquecimento do disco, compreenda uma proporção de aus-tenita superior ou igual a 25% por área;
- transferir esse disco aquecido no meio de uma aparelhagem deconformação, de maneira a formar a quente essa peça; e
- resfriar a peça no meio da aparelhagem com uma velocidadede resfriamento V tal, que a microestrutura do aço, após o resfriamento dapeça seja uma microestrutura de multifases, essa microestrutura compreen-dendo a ferrita e sendo homogênea em cada uma das zonas dessa peça.
Para determinar as percentagens por área das diferentes fasespresentes em uma microestrutura (fase ferrítica, fase austenítica etc), mede-se a área das diferentes fases em um corte feito segundo um plano perpen-dicular ao plano da cinta (esse plano poderá ser paralelo à direção de Iami-nação, ou paralelo à direção transversa à laminação). As diferentes fasespesquisadas são reveladas por um ataque químico adaptado em função desua natureza.
No sentido da presente invenção, entende-se, por ferramenta deconformação, qualquer ferramenta que permite obter uma peça a partir deum disco, como, por exemplo, uma ferramenta de encaixe. Isto exclui, por-tanto, as ferramentas de laminação a frio, ou a quente.
Os inventores colocaram em evidência que, aquecendo-se odisco a uma temperatura de manutenção ts compreendido entre Ac1 e Ac3,se obtém, contanto que a velocidade de resfriamento seja suficiente, umamicroestrutura multi-fasada, compreendendo a ferrita, que apresenta propri-edades mecânicas homogêneas, independentemente da velocidade de res-friamento do disco entre as ferramentas. A homogeneidade das proprieda-des mecânicas é definida no sentido da invenção por uma dispersão da re-sistência à tração Rm em um domínio de velocidades de resfriamento quevariam de 10 a 100 °C/s inferior a 25%. Com efeito, os inventores constata-ram que, fazendo-se com que o disco sofra um tratamento térmico no domí-nio intercrítico, então Rm (100 °C/s) - Rm (10 °C/s9) / Rm (1Ò0 °C/s)é menorque < 2,5, Rm (100 °C/s) sendo a resistência à tração da peça resfriada a100 °C/s, e Rm (10 °C/s) sendo a resistência à tração da peça resfriada a 100C /s.
A invenção tem por segundo objeto uma peça em aço, compre-endendo a ferrita e apresentando uma microestrutura de multifases homo-gênea em cada uma das zonas dessa peça, podendo ser obtida por esseprocesso.
Finalmente, a invenção tem por terceiro objeto um veículo terres-tre a motor, compreendendo essa peça.
As características e vantagens da presente invenção aparecerãomelhor no decorrer da descrição que será feita a seguir, dada a título de e-xemplo não limitativo, com referência à figura 1 anexada, na qual:
- a figura 1 é uma fotografia de uma peça obtida por conforma-ção a frio (referência G) e de uma peça obtida por conformação a quente(referência A).
O processo, de acordo com a invenção, consiste em enformar aquente, em uma certa faixa de temperatura, um disco previamente recortadoem uma cinta em aço, cuja composição é típica daquela dos aços de micro-estrutura de multifases, mas que, na partida, não possui forçosamente umaestrutura de multifases, para formar uma peça em aço que adquire uma mi-croestrutura de multifases, quando de seu resfriamento entre as ferramentasde conformação. Os inventores têm, por outro lado, colocado em evidênciaque, contanto que a velocidade de resfriamento seja suficiente, uma micro-estrutura de multifases homogênea podia ser obtida, independentemente davelocidade de resfriamento do disco entre as ferramentas.
O interesse por essa invenção reside no fato de não se conse-guir formar a microestrutura de multifases no estágio da fabricação da chapaa quente, ou de seu revestimento, e no fato de formá-la no estágio da fabri-cação da peça, por conformação a quente, permitir garantir uma microestru-tura de multifases final homogênea em cada uma das zonas da peça. Isso évantajoso, no caso de utilização para peças de energia, pois a microestrutu-ra não é alterada, como é o caso quando da conformação a frio de peças emaço fase dual ou em aço TRIP.
Os inventores verificaram, com efeito, que a capacidade de ab-sorção de energia de uma peça, determinada pela resistência à tração multi-plicada pelo alongamento (Rm χ A), é mais importante, quando a peça tiversido obtida, de acordo com a invenção, do que quando ela tiver sido obtidapor conformação a frio de um disco em aço fase dual ou em aço TRIP. Comefeito, a conformação a frio consome uma parte da capacidade de absorçãode energia.
Além disso, procedendo-se a uma conformação a quente, o re-torno elástico da peça se torna desprezível, enquanto que é muito importan-te no âmbito de uma conformação a frio. Além disso, é tanto mais importanteque a resistência à tração Rm do aço aumente isso constitui um freio na utili-zação dos aços de resistência muito elevada.
Uma outra vantagem da invenção reside no fato de a conforma-ção a quente levar a uma aptidão à conformação nitidamente mais elevadado que a frio. Pode-se assim aceder a uma variedade de formas mais am-plas e pensar em novas concepções de peças, conservando composiçõesde aço, cujas características, como, por exemplo, a soldabilidade, são co-nhecidas.
A peça obtida apresenta uma microestrutura de multifases, com-preendendo a ferrita a uma proporção, de preferência superior ou igual a25% por área e pelo menos uma das seguintes fases: martensita, bainita,austenita residual. Com efeito, uma proporção de pelo menos 25% por áreade ferrita permite conferir ao aço uma ductilidade suficiente para que as pe-ças formadas apresentem uma capacidade de absorção considerável deenergia.
O disco em aço destinado a ser enformado, por exemplo, porencaixe, é previamente recortado, seja em uma cinta em aço laminada aquente, seja em uma cinta em aço laminada a frio, o aço sendo constituídodos seguintes elementos:
- carbono a um teor compreendido entre 0,01 e 0,50% em peso.
Esse elemento é essencial à obtenção de boas características mecânicas,mas não deve estar presente em quantidade muito considerável para lesar asoldabilidade. Para favorecer a temperabilidade, e obter um limite de elasti-cidade Re suficiente, o teor em carbono deve ser superior ou igual a 0,01%em peso;
- manganês a um teor compreendido entre 0,50% e 3,0% empeso. O manganês favorece a temperabilidade, o que permite atingir um limi-te de elasticidade Re elevado. Todavia, é preciso evitar que o aço não com-preenda muito manganês, para evitar a segregação que pode ser colocadaem evidência nos tratamentos térmicos que se evocará posteriormente nadescrição. Além disso, um excesso de manganês impede a soldagem porfaiscamento, caso a quantidade de silício seja insuficiente e deteriora a apti-dão à galvanização do aço. O manganês exerce também um papel na inter-difusão do ferro e do alumínio, em caso de revestimento do aço pelo alumí-nio ou uma liga de alumínio;
- silício com um teor compreendido entre 0,001 e 3,0% em peso.
O silício melhora o limite da elasticidade Re do aço. Todavia, além de 3,0 %em peso, a galvanização à têmpera a quente do aço se torna difícil, e o as-pecto do revestimento de zinco não é satisfatório;
- alumínio a um teor compreendido entre 0,005 e 3,0% em peso.O alumínio estabiliza a ferrita. Seu teor deve permanecer inferior a 3,0% empeso, para evitar deteriorar a soldabilidade, devido à presença de óxido dealumínio na zona soldada. Todavia, um mínimo de alumínio é requerido paradesoxidar o aço;- molibdênio a um teor inferior ou igual a 1,0% em peso. O mo-libdênio favorece a formação de martensita e aumenta a resistência à corro-são. Todavia, um excesso de molibdênio pode favorecer o fenômeno de fis-suração a frio nas zonas soldadas, e reduzir a tenacidade do aço;
- cromo a um teor inferior ou igual a 1,5% em peso. O teor emcromo deve ser limitado para evitar os problemas de aspecto de superfície,em caso de galvanização do aço;
- fósforo a um teor inferior ou igual a 0,10% em peso. O fósforo éacrescentado para permitir reduzir a quantidade de carbono e melhorar asoldabilidade, mantendo um nível equivalente de limite de elasticidade Re doaço. Todavia, além de 0,10% em peso, ele fragiliza o aço em razão do au-mento do risco de defeitos de segregação, e a soldabilidade é deteriorada;
- titânio a um teor inferior ou igual a 0,20% em peso. O titâniomelhora a elasticidade Re, todavia seu teor deve ser limitado a 0,20% empeso para evitar a degradação da tenacidade;
- o vanádio a um teor inferior ou igual a 1,0% em peso. O vaná-dio melhora o limite de elasticidade Re por afinamento do grão e favorece asoldabilidade do aço. Todavia, além de 1,0% em peso, a tenacidade do açoé deteriorada e fissuras correm o risco de aparecer nas zonas soldadas;
- Opcionalmente, níquel a um teor inferior ou igual a 2,0% empeso. O níquel aumenta o limite de elasticidade Re. Limita-se geralmente seuteor a 2,0% em peso, em razão de seu custo elevado;
- Opcionalmente, cobre a um teor inferior ou igual a 2,0% empeso. O cobre aumenta o limite de elasticidade Re; todavia, um excesso decobre favorece o aparecimento de fissuras, quando da laminação a quente edegrada a formabilidade a quente do aço;
- Opcionalmente, enxofre a um teor inferior ou igual a 0,05% empeso. O enxofre é um elemento segregador, cujo teor deve ser limitado, afim de evitar as fissuras, quando da laminação a quente;
- Opcionalmente, nióbio a um teor inferior ou igual a 0,15% empeso. O nióbio favorece a precipitação de carbonitreto, o que aumenta o limi-te de elasticidade Re. Todavia, além de 0,15% em peso, a soldabilidade e aformabilidade a quente são degradadas.
O resto da composição é constituído de ferro e de outros ele-mentos; espera-se habitualmente encontrar impurezas resultantes da fusãodo aço, que não influem sobre as propriedades buscadas.
Geralmente, antes de serem recortadas sob a forma de discos,as cintas em aço são protegidas contra a corrosão por um revestimento me-tálico. Segundo o destino final da peça, esse revestimento metálico é esco-lhido dentre os revestimentos de zinco ou de liga de zinco (zinco/alumínio,por exemplo), e, caso se deseje, além disso, uma boa manutenção ao calor,os revestimentos de alumínio ou de liga de alumínio (alumínio-silício, porexemplo). Esses revestimentos são depositados de maneira clássica, sejapor têmpera a quente em um banho de metal líquido, seja por eletrodeposi-ção, seja ainda sob vácuo.
Para aplicar o processo de fabricação, de acordo com a inven-ção, aquece-se o disco de aço para levá-lo a uma temperatura de manuten-ção rs superior a Ac1, mas inferior Ac3, e mantém-se-o a essa temperaturars durante um tempo de manutenção ts que se ajusta, de maneira que o a-ço, após aquecimento do disco, compreenda uma proporção de austenitasuperior ou igual a 25% por área.
Imediatamente, após essa operação de aquecimento e de manu-tenção em temperatura do disco de aço, se transfere o disco aquecido nomeio de uma aparelhagem de conformação para enformar uma peça e res-friá-la. O resfriamento da peça no meio da ferramenta de conformação é fei-to com uma velocidade de resfriamento V suficiente para evitar que a totali-dade da austenita não se transforme em ferrita, e a fim de que a microestru-tura do aço após resfriamento da peça seja uma microestrutura de multifa-ses, compreendendo a ferrita, e que seja homogênea em cada uma das zo-nas da peça.
Entende-se a expressão "microestrutura de multifases homogê-nea em cada uma das zonas da peça", uma microestrutura que apresentauma constância em termos de proporção e de morfologia em cada uma daszonas da peça e na qual as diferentes fases são uniformemente repartidas.Para que as velocidades de resfriamento V sejam suficientes, asferramentas de conformação podem ser resfriadas, por exemplo por circula-ção de fluido.
Além disso, o esforço de aperto da ferramenta de conformaçãodeve ser suficiente para assegurar um contato íntimo entre o disco e a fer-ramenta, e assegurar um resfriamento eficaz e homogêneo da peça.
De maneira opcional, após ter recortado o disco na cinta de aço,e antes de aquecê-lo, se pode eventualmente proceder a deformação a friodo disco.
Uma deformação a frio do disco, realizando-se, por exemplo, umperfil ou um ligeiro encaixe do disco, antes da conformação a quente, é van-tajosa à medida que isto permite peças a serem obtidas que podem apre-sentar uma geometria mais complexa.
Por outro lado, a obtenção de certas geometrias em uma únicaoperação de conformação só será possível, caso se una ponta a ponta entresi dois discos. Uma deformação a frio pode assim permitir obter uma peçacom uma só moldagem, isto é, uma peça obtida por conformação de um sódisco.
Em uma primeira modalidade preferida da invenção, aplica-se oprocesso, de acordo com a invenção, para fabricar uma peça em aço queapresenta uma microestrutura de multifases, compreendendo seja a ferrita ea martensita, a ferrita e a bainita, ou ainda a ferrita, a martensita e a bainita.
Para formar essa microestrutura, adapta-se a composição doaço de multifase anteriormente descrita e em particular o teor em carbono,em silício e em alumínio. Assim, o aço compreende os seguintes elementos:
- carbono a um teor de preferência compreendido entre 0,01 e0,25% em peso, e mais preferencialmente compreendido entre 0,08 e0,15%. O teor em carbono está limitado em 0,25% em peso, para limitar aformação de martensita e evitar assim a deterioração da ductilidade e daformabilidade;
- manganês a um teor de preferência compreendido entre 0,50 e2,50% em peso, e mais preferencialmente, compreendido entre 1,20 e- 2,00% em peso;
- silício a um teor de preferência compreendido entre 0,01 e- 2,0% em peso, e mais preferencialmente, compreendido entre 0,01 e 0,50%em peso;
- alumínio a um teor de preferência compreendido entre 0,005 e 1,5% em peso, e, mais preferencialmente, compreendido entre 0,005 e 1,0%em peso. É preferível que o teor em alumínio seja inferior a 1,5% em peso,de maneira a evitar a degradação da soldabilidade por faiscamento, devido àformação de inclusões de oxido de alumínio AI2O3;
- molibdênio a um teor de preferência compreendido entre 0,001e 0,50% em peso, e, mais preferencialmente, compreendido entre 0,001 e 0,10% em peso;
- cromo a um teor de preferência compreendido entre 1% empeso, e, mais preferencialmente, inferior ou igual a 0,50% em peso;
- fósforo a um teor de preferência inferior ou igual a 0,10% empeso;
- titânio a um teor de preferência inferior ou igual a 0,15% em peso;
- nióbio a um teor de preferência inferior ou igual a 0,15% em peso;
- vanádio a um teor de preferência inferior ou igual a 0,25% em peso;
O resto da composição é constituído de ferro e de outros ele-mentos que se espera habitualmente encontrar como impurezas resultantesda fusão do aço, em proporções que não influem sobre as propriedadesbuscadas.
Para formar uma peça em aço de multifases, compreendendo aferrita e a martensita, e/ou a bainita, de acordo com a invenção, aquece-se odisco a uma temperatura de manutenção ts superior a Ac1, mas inferior aAc3, de maneira a controlar a proporção de austenita formada, quando doaquecimento do disco, e não ultrapassar o limite superior preferencial de75% por área de austenita.Uma proporção de austenita no aço aquecido a uma temperatu-ra de manutenção Ts durante um tempo de manutenção ts> compreendidaentre 25 e 75% surfácica, oferece um bom compromisso em termos de resis-tência mecânica do aço, após conformação, e de regularidade das caracte-rísticas mecânicas do aço, graças à consistência do processo. Com efeito,além de 25% por área de austenita, formam-se suficientemente fases endu-recedoras, como, por exemplo, a martensita e/ou a bainita, quando do resfri-amento do aço, para que o limite de elasticidade Re do aço, depois da con-formação, seja suficiente. Ao contrário, além de 75% por área de austenita,controla-se com dificuldade a proporção de austenita no aço, e corre-se orisco de formar muitas fases endurecedoras, quando do resfriamento do açoe, por conseguinte, formar uma peça em aço que apresenta um alongamen-to à ruptura A insuficiente, o que prejudicará a capacidade de absorção daenergia da peça.
O tempo de manutenção do disco de aço à temperatura de ma-nutenção rs depende essencialmente da espessura da cinta. No âmbito dapresente invenção, a espessura da cinta está tipicamente compreendida en-tre 0,3 e 3 mm. Por conseguinte, para formar uma proporção de austenitacompreendida entre 25 e 75% surfácica, o tempo de manutenção TS está, depreferência, compreendido entre 10 e 1000 s. Caso se mantenha o disco deaço a uma temperatura de manutenção rs durante um tempo de manutençãots superior a 1000 s, os grãos de austenita engrossam e o limite de elastici-dade Re do aço, após conformação será limitado. Além disso, a temperabili-dade do aço é reduzida e a superfície do aço se oxida. Ao contrário, case semantenha o disco durante um tempo de manutenção Ts inferior a 10 s, aproporção de austenita formada será insuficiente e a proporção de martensi-ta e/ou de bainita formada, quando do resfriamento da peça entre a ferra-menta, será insuficiente para que o limite de elasticidade Re do aço seja sufi-ciente.
A velocidade de resfriamento V da peça em aço na ferramentade conformação depende da deformação e da qualidade do contato entre aferramenta e o disco de aço. Todavia, a velocidade de resfriamento V deveser suficientemente elevada para que a microestrutura de multifases deseja-da seja obtida, e preferencialmente superior a 10 0C / s. Com uma velocida-de de resfriamento V inferior ou igual a 10 °C/s, corre-se o risco de formarcarbetos que vão contribuir para degradar as características mecânicas dapeça.
Nessas condições, após resfriamento, forma-se uma peça emaço de multifases, compreendendo mais de 25 % por área de ferrita, o restosendo a martensita e/ou a bainita, as diferentes fases sendo homogenea-mente repartidas em cada uma das zonas da peça. Em uma modalidadepreferida da invenção, formam-se preferencialmente de 25 a 75% por áreade ferrita e 25 a 75% por área de martensita e/ou de bainita.
Em uma segunda modalidade preferida da invenção, aplica-se oprocesso, de acordo com a invenção, para fabricar uma peça em "açoTRIP". No âmbito da invenção, entende-se aço TRIP, uma microestrutura demultifases, compreendendo a ferrita, a austenita residual e eventualmente amartensita e/ou a bainita.
Para formar essa microestrutura de multifases TRIP, adapta-se acomposição do aço de multifase anteriormente descrita, e, em particular, oteor em carbono, em silício, em alumínio. Assim, o aço compreende os se-guintes elementos:
- carbono a um teor compreendido, de preferência, entre 0,05 e0,50% em peso, e mais preferencialmente compreendida entre 0,10 e 0,30%em peso. Para formar austenita residual estabilizada, é preferível que esteelemento esteja presente a um teor superior ou igual a 0,05% em peso. Comefeito, o carbono exerce um papel muito importante sobre a formação damicroestrutura e as propriedades mecânicas: de acordo com a invenção,uma transformação bainítica intervém a partir de uma estrutura austeníticaformada à alta temperatura, e tiras de ferrita bainítica são formadas. Consi-derando-se a solubilidade muito inferior do carbono na ferrita em relação àaustenita, o carbono da austenita é jogado entre as tiras. Graças a certoselementos de liga da composição do aço, de acordo com a invenção, emparticular o silício e o manganês, a precipitação de carbetos, notadamentede cementita, intervém muito pouco. Assim, a austenita intertiras se enrique-ce progressivamente em carbono, sem que a precipitação de carbetos inter-venha. Esse enriquecimento é tal que a austenita é estabilizada, isto é, atransformação martensítica dessa austenita não intervém, quando do resfri-amento até à temperatura ambiente;
- manganês a um teor compreendido, de preferência, entre 0,50e 3,0% em peso, e, mais preferencialmente, entre 0,60 e 2,0% em peso. Omanganês favorece a formação de austenita, contribui para diminuir a tem-peratura de começo de transformação martensítica Ms e para estabilizar aaustenita. Essa adição de manganês participa também de um endurecimen-to eficaz em solução sólida e, portanto, da obtenção de um limite de elastici-dade Re elevado. Todavia, um excesso de manganês que não permite formarferrita suficientemente, quando do resfriamento, a concentração de carbonona austenita residual é insuficiente para que ela seja estável. O teor emmanganês está mais preferencialmente compreendido entre 0,60 e 20% empeso. Desse modo, os efeitos buscados acima são obtidos sem risco deformação de uma estrutura em cintas nefasta que proveria de uma segrega-ção eventual do manganês, quando da solidificação;
- silício a um teor compreendido, de preferência, entre 0,001 e-3,0% em peso, e mais preferencialmente compreendida entre 0,01 e 2,0%em peso. O silício estabiliza a ferrita e estabiliza a austenita residual à tem-peratura ambiente. O silício inibe a precipitação da cementita, quando doresfriamento a partir da austenita, retardando consideravelmente o aumentodos carbetos: isto provém do fato de a solubilidade do silício na cementitaser muito fraca e de esse elemento aumentar a atividade do carbono na aus-tenita. Dessa forma, um germe eventual de cementita que se forma será co-locado no ambiente de uma zona austenítica rica em silício que terá sidojogado na interface precipitado - matriz. Essa austenita enriquecida em silí-cio é também mais rica em carbono e o aumento da cementita é diminuídoem razão da difusão pouco importante resultante do gradiente reduzido decarbono entre a cementita e a zona austenítica próxima. Essa adição de silí-cio contribui, portanto, para estabilizar uma quantidade suficiente de austeni-ta residual para se obter um efeito TRIP. Além disso, essa adição de silíciopermite aumentar um limite de elasticidade Re, graças a um endurecimentoem solução sólida. Todavia, uma adição excessiva de silício provoca a for-mação de óxidos muito aderentes, dificilmente elimináveis, quando de umaoperação de decapagem, e o aparecimento eventual de defeitos de superfí-cie devido notadamente a uma falta de umedecimento nas operações degalvanizações a têmpera. A fim de conseguir a estabilização de uma quanti-dade suficiente de austenita, reduzindo o risco de defeitos de superfície, oteor em silício está preferencialmente compreendida entre 0,01 e 2,0% empeso;
- alumínio a um teor compreendido, de preferência, entre 0,005 e3,0% em peso. Como o silício, o alumínio estabiliza a ferrita e aumenta aformação de ferrita, quando do resfriamento do disco. Ele é muito pouco so-lúvel na cementita e pode ser utilizado a esse respeito para evitar a precipi-
tação da cementita, quando de uma manutenção a uma temperatura detransformação bainítica e estabilizar a austenita residual;
- molibdênio a um teor, de preferência, inferior ou igual a 1,0%em peso, e mais preferencialmente inferior ou igual a 0,60% em peso.
- cromo a um teor, de preferência, inferior ou igual a 1,50% empeso. O teor em cromo é limitado para evitar os problemas de aspecto de
superfície, em caso de galvanização do aço;
- níquel a um teor, de preferência, inferior ou igual a 2,0% empeso;
peso;
- cobre a um teor, de preferência, inferior ou igual a 2,0% em
- fósforo a um teor, de preferência, inferior ou igual a 0,10 % empeso. O fósforo em combinação com o silício aumenta a estabilidade da aus-tenita residual, suprimindo-se a precipitação dos carbetos;
- enxofre a um teor, de preferência, inferior ou igual a 0,05 % empeso;
- titânio a um teor, de preferência, inferior ou igual a 0,20 % empeso;- vanádio a um teor, de preferência, inferior ou igual a 1,0% empeso, e, mais preferencialmente, inferior ou igual a 0,60% em peso.
O resto da composição é constituído de ferro e de outros ele-mentos que se espera habitualmente encontrar como impurezas resultantesda fusão do aço, em proporções que não influem nas propriedades busca-das.
O tempo de manutenção do disco de aço a uma temperatura demanutenção ts superior a Ac1, mas inferior a Ac3 depende essencialmenteda espessura da cinta. No âmbito da presente invenção, a espessura da cin-ta está tipicamente compreendida entre 0,3 e 3 mm. Por conseguinte, paraformar uma proporção de austenita superior ou igual a 25% por área, o tem-po de manutenção ts está, de preferência, compreendido entre 10 e 1000 s.Caso se mantenha o disco de aço a uma temperatura de manutenção ts du-rante um tempo de manutenção ts superior a 1000 s, os grãos de austenitasaumentam e o limite de elasticidade Re do aço, após conformação será limi-tada. Além disso, a temperabilidade do aço se reduz e a superfície de aço seoxida. Ao contrário, caso se mantenha o disco durante um tempo de manu-tenção ts inferior a 10 s, a proporção de austenita formada será insuficiente,e não se formará austenita residual e bainita suficiente, quando do resfria-mento da peça entre ferramenta.
A velocidade de resfriamento V da peça em aço na ferramentade formação depende da deformação e da qualidade do contato entre a fer-ramenta e o disco de aço. Para se obter uma peça em aço que apresenteuma microestrutura de multifases TRIP, é preferível que a velocidade de res-friamento V esteja compreendida entre 10 0C / s e 200 0C / s. Com efeito,abaixo de 10 0C / s, formar-se-ão essencialmente ferrita e carbeto, e insufici-entemente austenita residual e martensita, e, além de 200 0C / s, formar-se-ão essencialmente a martensita e insuficientemente a austenita residual.
É indispensável formar uma proporção de austenita superior ouigual a 25% por área, quando do aquecimento do disco, para que, quandodo resfriamento do aço entre a ferramenta de conformação, fique austenitaresidual suficiente e que o efeito TRIP buscado possa ser assim obtido.Nessas condições, após resfriamento, forma-se uma peça emaço de multifases constituída, em percentagem por área, de ferrita a umaproporção superior ou igual a 25%, de 3 a 30% de austenita residual, e e-ventualmente martensita e/ou bainita.
O efeito TRIP pode vantajosamente ser aproveitado para absor-ver a energia em caso de choques à grande velocidade. Com efeito, quandode uma deformação considerável de uma peça em aço TRIP, austenita resi-dual se transforma progressivamente em martensita, selecionando a orienta-ção da martensita. Isto tem por efeito reduzir os esforços residuais na mar-tensita, reduzir os esforços internos na peça, e finalmente limitar o dano dapeça, pois a ruptura desta intervirá para um alongamento A mais considerá-vel do que se esta não fosse em aço TRIP.
A invenção vai a seguir ser ilustrada por exemplos dados a títuloindicativo, não limitativo, e com referência à figura única anexada que é umafotografia de uma peça obtida por conformação a frio (referência G) e deuma peça obtida por conformação a quente (referência A).
Os inventores fizeram testes ao mesmo tempo sobre aços queapresentam, por um lado, uma composição típica daquela dos aços de mi-croestrutura de multifases, compreendendo a ferrita e a martensita e / ou abainita (ponto 1), e, por outro lado, uma composição típica daquela dos açosde microestrutura de multifases TRIP (ponto 2).
1- ACO DE COMPOSIÇÃO TÍPICA DAQUELA DOS ACOS DE MICROES-TRUTURA DE MULTIFASES, COMPREENDENDO FERRITA E MARTEN-SITA.
1.1 Avaliação da influência das velocidades de aquecimento ede resfriamento.
Discos de dimensão 400 χ 600 mm são recortados em uma cintaem aço, cuja composição, indicada na tabela I, é aquela de um aço de nuan-ce DP780 (Fase Dual 780). A cinta apresenta uma espessura de 1,2 mm. Atemperatura Ac1 desse aço é de 705 0C e a temperatura Ac3 é de 815 0C.Os discos são levados a uma temperatura de manutenção ts variável, duran-te um período de manutenção de 5 minutos. Depois, são imediatamentetransferidos em uma ferramenta de encaixe, na qual são ao mesmo tempoenformados e resfriados com velocidade de resfriamento V variáveis, man-tendo-os na ferramenta durante um período de 60 s. As peças encaixadasse assemelham a uma estrutura em forma de ômega.
Após resfriamento completo das peças, mede-se seu limite deelasticidade Re, sua resistência à tração Rm, e seu alongamento à ruptura A,e determina-se a microéstrutura do aço. No que se refere à microestrutura, Frepresenta a ferrita, M, a martensita e B, a bainita. Os resultados são apre-sentados na tabela II.
TABELA I: COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO AÇO, DE ACORDO COM A IN-VENÇÃO, EXPRESSA EM % EM PESO, O COMPLEMENTO SENDO OFERRO OU AS IMPUREZAS.
<table>table see original document page 18</column></row><table>
TABELA II: CARACTERÍSTICAS MECANICAS E MICROESTRUTURA DAS PECAS EMBUTIDAS.
<table>table see original document page 18</column></row><table><formula>formula see original document page 19</formula>
* de acordo com a invenção.
Os resultados desse teste mostram bem que só um aquecimentodo aço a uma temperatura compreendida entre Ac1 e Ac3 permite obter umamicroestrutura de multifases, compreendendo a ferrita, independentementeda velocidade de resfriamento do aço na ferramenta de conformação. Comefeito, quando o aço é aquecido a uma temperatura superior a Ac3, convém,então, controlar estritamente a velocidade de resfriamento V, quando daconformação, para se obter um aço de microestrutura de multifases, com-preendendo mais de 25% por área de ferrita, e, de preferência, entre 25 e75% por área de ferrita.
Além disso, uma pequena dispersão das características mecâni-cas em função da velocidade de resfriamento para as peças obtidas, de a-cordo com a invenção, sua capacidade de absorção de energia é superioràquela das peças obtidas com o aquecimento a uma temperatura superior aAc3.
1.2 AVALIAÇÃO DO RETORNO ELÁSTICO.
A finalidade desse teste é de mostrar o interesse de uma con-formação a quente em relação a uma conformação a frio, e avaliar o retornoelástico.
Para isso, fabrica-se uma peça em aço de nuance DP780, en-caixando-se a frio um disco recortado em uma cinta em aço, de espessurade 1,2 mm, cuja composição é indicada na tabela I, mas que, contrariamen-te, à cinta utilizada no ponto í, apresenta antes do encaixe uma microestru-tura de multifases, compreendendo 70% por área de ferrita, 15% por área demartensita e 15% por área de bainita. A figura 1 mostra que a peça formadapor encaixe a frio (marcada na figura pela letra G) apresenta um forte retornoelástico, em relação à peça A (vide tabela II) formada por encaixe a quente(marcada pela letra A).
2- ACO DE COMPOSIÇÃO TÍPICA DAQUELA DOS ACOS TRIPDiscos de dimensão 200 χ 500 mm são recortados em uma cintaem aço, cuja composição, indicada na tabela III, é aquela de um aço de nu-ance TRIP 800. A cinta apresenta uma espessura de 1,2 mm. A temperaturaAc1 desse aço é de 751°C e a temperatura Ac3 é de 875°C. Os discos sãolevados a uma temperatura de manutenção Ts variável, durante um períodode manutenção de 5 minutos, depois são imediatamente transferidos nessaferramenta de encaixe, na qual são ao mesmo tempo enformados e resfria-dos com uma velocidade de resfriamento V de 45°C / s, mantendo-os naferramenta durante um período de 60 segundos. As peças encaixadas seassemelham a uma estrutura em forma de ômega.
Após resfriamento completo das peças, medem-se seu limite deelasticidade Re, sua resistência à tração Rm, e seu alongamento à ruptura A,e determina-se a microestrutura do aço. No que se refere à microestrutura, Frepresenta a ferrita, A, a austenita residual, M, a martensita, e B, a bainita.Os resultados são apresentados na tabela IV.
TABELA III: COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ACO. DE ACORDO COM A IN-VENÇÃO, EXPRESSA EM PERCENTAGEM EM PESO. O COMPLEMENTOSENDO O FERRO OU IMPUREZAS.
<table>table see original document page 20</column></row><table>
TABELA IV: CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS E MICROESTRUTURA DASPECAS ENCAIXADAS.
<table>table see original document page 20</column></row><table>
* de acordo com a invenção.
Os testes feitos mostram bem que o encaixe dos discos feitos,de acordo com a invenção, permite obter peças que apresentam caracterís-ticas mecânicas muito elevadas, assim como uma pequena variação dascaracterísticas mecânicas, independentemente da temperatura de resfriamento.
Claims (19)
1. Processo para fabricar uma peça feita de aço, tendo uma mi-croestrutura de multifases, a microestrutura compreendendo ferrita e sendohomogênea em cada uma das zonas da peça, o processo compreendendoas etapas de:recortar um pedaço de uma tira de aço, a.composição da qualconsiste, em percentagem por peso, de:-0,01 < C < 0,50%-0,50 < Mn < 3,0%-0,001 < Si < 3,0%-0,005 < Al < 3,0%Mo < 1,0%Cr <1,5%P <0,10%Ti <0,20%V < 1,0%opcionalmente, um ou vários elementos, tais como:Ni < 2,0%Cu < 2,0%S < 0,05%Nb <0,15%o resto da composição sendo ferro e impurezas resultantes dafusão;submeter, opcionalmente, o pedaço à deformação a frio prévia;aquecer o pedaço até atingir uma temperatura de manutençãoTs superior a Ac1, mas inferior a Ac3, e mantê-lo a essa temperatura de ma-nutenção Ts, durante um tempo de manutenção ts ajustado, de maneira queo aço, após o pedaço ter sido aquecido, possua uma proporção de austenitasuperior ou igual a 25% por área;transferir o pedaço aquecido para uma aparelhagem de confor-mação, de maneira a formar à quente a peça; eresfriar a peça dentro da aparelhagem a uma velocidade de res-friamento V, de modo que a microestrutura do aço, após a peça ter sido res-friada, seja uma microestrutura de multifases, a microestrutura compreen-dendo ferrita e sendo homogênea em cada uma das regiões da peça.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de que a microestrutura do aço, após a etapa de resfriar a peça, éuma microestrutura de multifases com uma proporção de ferrita superior ouigual a 25% por área.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteriza-do pelo fato de que a composição do aço compreende, em percentagem porpeso:-0,01 < C < 0,25%-0,50 < Mn < 2,50%-0,01 < Si < 2,0%-0,005 < Al < 1,5%-0,001 < Mo < 0,50%Cr < 1,0%P <0,10%Ti <0,15%Nb <0,15%V < 0,25%,o resto da composição sendo ferro e impurezas resultantes dafusão; o disco é mantido à temperatura de manutenção Ts, durante um tem-po de manutenção ts, ajustado de maneira que o aço, após o aquecimento,tem uma proporção de austenita entre 25 e 75% por área; e a microestruturado aço, após a peça ter sido resfriada, é uma microestrutura de multifasescompreendendo a ferrita e, tanto martensita quanto bainita, ou ainda ambasmartensita e bainita.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pe-lo fato de que o aço compreende, em percentagem por peso:-0,08 < C < 0,15%-1,20 < Mn < 2,00%-0,01 < Si < 0,50%-0,005 < Al < 1,0%-0,001 < Mo <0,10%Cr < 0,50%P < 0,10%Ti <0,15%Nb <0,15%V < 0,25%,o resto da composição sendo ferro e impurezas resultantes dafusão.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracteriza-do pelo fato de que o tempo de manutenção ts está entre 10 e 1000 segun-dos.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3a 5, caracterizado pelo fato de que a velocidade de resfriamento V é superiora 10 °C/s.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3a 6, caracterizado pelo fato de que a estrutura de multifases do aço, após aetapa de resfriar a peça, compreende 25 a 75% de ferrita por área, e 25 a-75% de martensita e / ou de bainita por área.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteriza-do pelo fato de que o aço compreende, em percentagem por peso:-0,05 < C < 0,50%-0,50 < Mn < 3,0%-0,001 < Si < 3,0%-0,005 < Al < 3,0%Mo < 1,0%Cr < 1,50%Ni < 2,0%Cu < 2,0%P <0,10%S < 0,05%Ti < 0,20%V < 1,0%o resto da composição sendo ferro e impurezas resultantes dafusão; a microestrutura do aço, após a etapa de resfriar a peça, é uma mi-croestrutura de multifases TRIP compreendendo a ferrita, a austenita residu-al e opcionalmente a martensita e / ou a bainita.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pe-lo fato de que o aço compreende, em percentagem por peso:- 0,10 < C < 0,30%- 0,60 < Mn <2,0%- 0,01 < Si <2,0%- 0,005 < Al < 3,0%Mo < 0,60%Cr < 1,50%Ni < 0,20%Cu <0,20%P <0,10%S < 0,05%Ti < 0,20%V < 0,60%o resto da composição sendo ferro e impurezas resultantes da fusão.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracteri-zado pelo fato de que o tempo de manutenção ts está entre 10 e 1000 se-gundos.
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8a 10, caracterizado pelo fato de que a velocidade de resfriamento V está en-tre 10 e 200°C/s.
12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8a 11, caracterizado pelo fato de que após a etapa de resfriar a peça, a mi-croestrutura de multifases do aço TRIP consiste, em percentagem por área,de ferrita a uma proporção superior ou igual a 25%, de 3 a 30% de austenitaresidual, e opcionalmente de martensita e / ou de bainita.
13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 12, caracterizado pelo fato de que a operação de conformação é uma ope-ração de encaixe.
14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 13, caracterizado pelo fato de que a tira de aço é previamente revestidapor um revestimento metálico, antes da etapa de recortar um pedaço dela.
15. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que o revestimento metálico é um revestimento à base de zincoou de liga de zinco.
16. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que o revestimento metálico é um revestimento à base de alu-mínio ou de liga de alumínio.
17. Peça de aço possuindo uma microestrutura de multifaseshomogênea em cada uma das regiões da peça, a microestrutura compreen-dendo ferrita, podendo ser obtida pelo processo conforme definido em qual-quer uma das reivindicações 1 a 16.
18. Utilização da peça conforme definida na reivindicação 17para absorver energia.
19. Veículo terrestre à motor compreendendo a peça em açoconforme definida na reivindicação 17.
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