CENTRO UNIVERSITÁRIO FUNDAÇÃO SANTO ANDRÉ FACULDADE DE ENGENHARIA ENGENHEIRO CELSO DANIEL CAMILA PUCCI COUTO

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1 CENTRO UNIVERSITÁRIO FUNDAÇÃO SANTO ANDRÉ FACULDADE DE ENGENHARIA ENGENHEIRO CELSO DANIEL CAMILA PUCCI COUTO RELATÓRIO PARCIAL DO PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA- PIBIT VERIFICAÇÃO DE PATAMARES MAIS ADEQUADOS DE TEMPERATURA DE AUTENITIZAÇÃO E RESFRIAMENTO PARA FABRICAÇÃO DE AÇO DP 600 EM TERMOS MICROESTRUTURAIS. PROF. ORIENTADOR: DR. MARCO ANTONIO COLOSIO SANTO ANDRÉ 2013

2 RESUMO O segmento automotivo tem impulsionado o desenvolvimento de novos materiais e o aprimoramento dos mais antigos, como é o caso do aço. Os Aços Avançados de Alta Resistência têm sido muito utilizados pelo setor devido suas características que consiste em basicamente por aliar ductilidade e alta resistência mecânica, desta gama de aço pode-se destacar os aços Dual Phase, que consiste em uma matriz ferrítica e o restante de martensita. Contudo, devido ao know how protegido pelas indústrias fabricantes, não são conhecidas as exatas condições de aquecimento e resfriamento para obtenção da estrutura bifásica. Deste modo, este estudo tem por objetivo simular em laboratório temperaturas e tempo de aquecimento, condições de resfriamento para obtenção de uma microestrutura típica de aço DP 600 e diagramar em gráficos e assim torná-las públicas.

3 SUMÁRIO INTRODUÇÃO...04 ATIVIDADES DESENVOLVIDAS...05 MATERIAIS E MÉTODOS...06 RESULTADOS E DISCUSSÕES...07 CONSIDERAÇÕES FINAIS...08 REFERÊNCIAS...08 ANEXO I...11 ANEXO II...12

4 1. INTRODUÇÃO O avanço da indústria automotiva para fabricação de veículos mais seguros, leves, com menor consumo de combustível e com isso menores emissões de gases, depende do desenvolvimento de novos materiais incluindo o próprio aço, que apesar de antigo no setor automotivo, tem sido objeto de estudo para atender tais requesitos. Uma boa alternativa é o uso de Aço Avançado de Alta Resistência (AHSS), a utilização do mesmo pode proporcionar uma redução de 50% no peso do veículo visto que possuem espessuras menores comparados aos aços comuns, bem como a redução de 5% em média na emissão de gases. Outra vantagem para o setor é a fácil conformação e montagem que garantem uma produção eficiente de menor custo por conta da menor espessura desses aços. Atualmente, estima-se que os veículos novos utilizam cerca de 30%-40% de AHSS, a expectativa é que alcance os 50%. Eles são em geral utilizados em componentes de segurança do veículo, estruturais da carroceria e chassi [1]. A linha dos Aços Avançados de Alta Resistência representa uma série de aços mais leves, com alta resistência e boa ductilidade, são eles: Aços Microligados, Aços de Fase Complexa, Aços Martensíticos e Aços Bifásicos ( DP Dual Phase). Os aços bifásicos são constituídos por duas fases distintas que apresentam propriedades extremamente diferentes. Sua matriz é constituída por cerca de 80% de ferrita e o restante de martensita dispersa na forma de ilhas. A ferrita é a fase macia, responsável pela ductilidade que o aço apresenta, enquanto a martensita é a fase dura que caracteriza a alta resistência desse material [2]. Desse modo, aços Dual Phase apresentam uma boa capacidade de deformação combinada a resistência à tração, devido a alta capacidade de encruamento que garantem a resistência à fadiga e a absorção de impacto [3]. O limite de resistência varia conforme a fração volumétrica da fase martensita, quanto maior o teor de martensita, maior o grau de resistência do material. Os aços Dual Phase são representados pelas letras DP seguidas de uma numeração, que representam o limite de escoamento do material, por exemplo: DP 600, DP800, DP

5 Devido às propriedades dessa classe de aço eles são utilizados pela indústria automobilística em peças que exigem alto desempenho estrutural, como em situações de impactos veiculares frontais e laterais. Os aços DP 600 são utilizados em diversos componentes da carroceria como travessa de teto, reforço de coluna A, reforço de coluna B, travessa do assoalho, bem como nos componentes do assento, como a própria estrutura do assento, suporte da estrutura, trilho do assento e tubo do apoio da cabeça [1]. A fabricação dos aços bifásicos é comumente feita em linhas especiais de laminação a frio seguida por recozimento contínuo [4]. A etapa do recozimento contínuo consiste em aquecer o material até a região intercrítica que é delimitada pelas linhas A1 ( 723 C) e A3 ( 912 C) do diagrama ferro carbono, onde coexistem as fases ferrita e austenita; após o aquecimento, o material é submetido a um resfriamento brusco para que toda austenita se transforme em martensita [3]. Contudo, devido ao know how que as empresas fabricantes de aços bifásicos possuem não deixam claras as condições de aquecimento e resfriamento que os aços são submetidos. Desse modo, a simulação de um tratamento térmico intercrítico em laboratório, pretende encontrar a temperatura exata a aquecer o aço e a condição ideal de resfriamento, para que a estrutura bifásica seja obtida. 2. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS. O material de estudo DP 600, foi obtido por doação das empresas USIMINAS e ARCELORMITTAL. O aço USIMINAS foi entregue no dia 27 de novembro de 2012, motivo pelo qual o projeto se apresenta atrasado em relação ao cronograma de eventos. Após a entrega do material USIMINAS, foram obtidas amostras para análise química e ensaio de tração, além de amostras para serem normalizadas e posteriormente submetidas ao tratamento térmico intercrítico. Foi realizado também um ensaio metalográfico com o material para determinar sua microestrutura original. As chapas de aço ARCELOR, foram entregues no dia 18 de dezembro de 2012, e serão submetidas aos mesmos ensaios e análises realizados com o material USIMINAS. 05

6 3. MATERIAIS E MÉTODOS. Foram entregues seis unidades de chapas USIMINAS de aço DP600 com 1,6mm de espessura. Destas chapas foram retiradas amostras para análise química, ensaio de tração, análise metalográfica e amostras para serem submetidas à normalização e ao tratamento térmico intercrítico. Tanto análise química, quanto o ensaio de tração foram realizados na empresa General Motors do Brasil. Para análise química, foram entregues três amostras de secções quadradas de 60 x 60 mm, que foi realizada pelos métodos de análise de carbono e enxofre por combustão, análise química de aço carbono / aço liga, através dos equipamentos espectrômetro de emissão óptica por centelha, espectrômetro de emissão atômica, balança analítica e determinador de carbono e enxofre. Os corpos de prova para ensaio de tração foram extraídos em secções retangulares de 32 X 262 mm formando ângulos de 0, 45º e 90 em relação ao sentido de laminação, totalizando nove corpos de prova para ensaio de tração, três para cada ângulo. Os corpos de prova para ensaio de tração foram usinados na empresa General Motors do Brasil de modo a enquadrar-se à norma ASTM E 646. Para os demais procedimentos, uma chapa foi marcada em secções quadradas nas dimensões 30 x 30 mm e cortadas em guilhotina; trinta corpos de prova foram separados para normalização e tratamento intercrítico. Para análise metalográfica, a amostra foi embutida a quente com baquelite a uma pressão de 150 kgf.mm -2, durante cinco minutos para cura da resina e mais cinco minutos para resfriamento. Após o embutimento, procedeu-se o lixamento com lixas de granulações de 180, 220, 400 e 600, seguindo de polimento com alumina de 1µ. Terminado o polimento, a amostra foi lavada com álcool etílico e atacada com nital 3% e então analisada no microscópio metalográfico, com aumento de 100x e 500x. O processo de normalização consiste em aquecer o aço a temperatura de 900 C por 15 minutos para total austenitização deste material e resfriá-lo em areia. 06

7 Depois de normalizado os corpos de prova serão submetidos a diferentes temperaturas de aquecimento que variam entre 700 e 960 C por 10 e 20 minutos, conforme o plano de trabalho, com a finalidade de estabelecer temperatura, tempo e condição de resfriamento adequada para obtenção de uma microestrutura de um aço DP600. Os aquecimentos serão realizados em fornos muflas e o resfriamento do tratamento intercrítico será realizado em salmora. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Os resultados obtidos até o momento são referentes à análise da composição química e análise metalográfica da microestrutura original do aço DP600 com 1,6 mm de espessura, USIMINAS. A Tabela 1 mostra a real composição química do aço USIMINAS comparando-a com o limite imposto pela norma GMW3399. TABELA 1 - Análise da composição química do aço DP600 Usiminas. Elementos Amostra DP600 Especificação GMW3399 C 0,11 0,15 MÁX Mn 2,26 2,50 MÁX Al 0,010 0,010 MÁX Si 0,3 0,6 MÁX P 0,020 0,040 MÁX S 0,0019 0,015 MÁX Cu 0,0052 0,20 MÁX B 0,001 0,005 MÁX (% em massa) Deste modo, a amostra apresentou composição química de acordo com a especificação GMW

8 A análise metalográfica revelou a microestrutura típica do aço DP600, matriz ferrítica e martensita dispersa na forma de ilhas. Os próximos testes consistem em quantificar a fração volumétrica dessas fases de acordo com a norma ASTM E CONSIDERAÇÕES FINAIS. Na comparação do estudo experimental ao cronograma de eventos, o projeto encaminha-se de modo a ser concluído dentro dos prazos estabelecidos. Visto que todo material e equipamento necessário já estão à disposição 6. REFERÊNCIAS [1] DOCOL HIGH STRENGTH STEEL. Aços Avançados de Alta Resistência para a Indústria Automotiva. SSAB. Disponível em: inal.pdf. Acesso em: 27 jan [2] NICOLLETI, José Claudio. Caracterização Microestrutural e Mecânica de Aços Bifásicos de Ultra-alta Resistência com Médio Teor de Carbono f. Dissertação para obtenção do título de Mestre (Engenharia Mecânica, Projetos e Materiais). Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", Guaratinguetá, [3] TIGRINHO, Luiz Maurício Valente. Análise da Fratura de Chapas do Aço Avançado de Alta Resistência DP600 Quando Submetido a Diferentes Estados de Tensões f. Tese para obtenção do título de Doutor ( Engenharia Mecânica Concentração de Manufatura). Universidade Federal do Paraná, Curitiba,

9 [4] BARRADO, Francys da Silveira et al. Efeito de Parâmetros do Recozimento Contínuo nas Propriedades Mecânicas em Tração de Aço Dual Phase. 40º Seminário de Laminação da ABM. Processos e Produtos Laminados e Revestidos, Vitória - ES, 21 a 23 de outubro,

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11 ANEXO I Cronograma de Eventos Eventos Mês 1 Mês 2 Mês 3 Mês 4 Mês 5 Mês 6 Mês 7 Mês 8 Mês 9 Mês 10 Mês 11 Mês 12 Obtenção de material DP Corte de amostra Preparação de amostras Austenitização e têmpera Embutimento metalográfico Lixamento de amostras Polimento de amostras Relatório Parcial Ataque químico (Nital) Análise de imagens Montagem dos gráficos Interpretação de resultados Revisão bibliográfica Relatório Final do estudo 11

12 Anexo II Plano de Trabalho Número CP Temperatura Graus Celsius Tempo Minutos Resfriamento (água) Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água Água 2 Quantidade amostras 12