Por Hyunok Kim. Orientação de Taylan Altan*

 

Publicado em Corte e Conformação de Metais, edição de novembro de 2010.

 

Os aços avançados com alta resistência mecânica (advanced high strength steels – AHSS) galvanizados estão sendo usados de forma crescente na construção de chassis automotivos para reduzir a corrosão e a formação de ferrugem. Como resultado dessa tendência, a tecnologia de galvanização está se tornando um tema cada vez mais importante.

 

A qualidade dos revestimentos produzidos por galvanização convencional (galvanizing) e galvanização com recozimento (galvannealing) é significativamente afetada pelas características do substrato, tais como acabamento, microestrutura e reatividade química da superfície do aço.

 

 

Fig. 1 – Esquema da descamação na conformação de chapas metálicas.

 

 

As estruturas dos revestimentos obtidos por galvanização com recozimento (GA) e galvanização convencional (GI) são muito diferentes. O revestimento GA possui múltiplas camadas com diferentes fases e durezas, enquanto o revestimento GI apresenta uma única camada acima do substrato de aço. A dureza do revestimento GA é normalmente de quatro a cinco vezes mais alta do que a observada no revestimento GI. Além disso, sabe-se que o revestimento GA proporciona melhor soldabilidade em comparação com o GI, enquanto este oferece melhor qualidade de superfície.

 

Falha de lubrificação, geração de pó e descamação

 

A conformação de chapas de aços avançados de alta resistência galvanizados envolve maiores pressões de contato e temperaturas na interface ferramental-blanque do que as observadas quando se processa aço-carbono.

 

 

Fig. 2 – Esquema do ensaio de rotação e compressão.

 

 

Essas condições desfavoráveis na interface podem causar falhas nos lubrificantes mais usados, levando à geração de pó e descamação. A geração de pó nada mais é do que o acúmulo de zinco na matriz, enquanto a descamação é a transferência de material desde o blanque até a superfície do ferramental. Ambos podem aumentar o coeficiente de fricção na interface ferramental-blanque de forma significativa, o que pode levar a arranhões e redução da vida útil do ferramental (figura 1).

 

Ensaio de rotação-compressão para avaliar a descamação e a geração de pó

 

O ensaio de rotação-compressão (twist-compression test – TCT) foi usado para avaliar a descamação e a geração de pó em aços selecionados das classes avançado de alta resistência e carbono, com revestimentos GI e GA.

 

Os ensaios foram conduzidos em cooperação com a IRMCO, a qual ofereceu a máquina de teste e o arranjo experimental, e com a Bohler-Uddeholm, com apoio da Organização Internacional de Pesquisa em Chumbo e Zinco (International Lead Zinc Research Organization – ILZRO). Os materiais foram fornecidos pela ArcelorMittal, U.S. Steel e Posco.

 

 

 

 

 

Durante o ensaio de rotação e compressão, um ferramental anular rotativo é pressionado contra um corpo de prova de chapa metálica que é mantido fixo, enquanto são medidos os valores resultantes de pressão e torque (figura 2). O coeficiente de fricção entre o ferramental e o corpo de prova é calculado de acordo com a seguinte equação:

 

 

 

onde:

• µ = coeficiente de fricção;

• T = torque transmitido desde o ferramental até o corpo de prova de chapa metálica;

• r = raio médio do ferramental (10,9 mm);

• P = pressão de contato exercida pelo ferramental no corpo de prova de chapa metálica;

• A = área transversal do ferramental (219,4 mm²).

 

As condições do ensaio estão descritas na tabela 1. Em cada experimento o ensaio foi mantido até que o coeficiente de atrito atingisse o valor de 0,3. Portanto, foi usado esse valor como um indicador para o início do contato metal-metal, com base na experiência previamente obtida em ensaios laboratoriais.

 

 

 

 

 

Os valores de pressão de contato entre ferramental e blanque foram selecionados com base em simulações preliminares de uma operação de estampagem de copo, pelo método de elementos finitos, usando o aço bifásico DP 600. Após cada ensaio os corpos de prova e as ferramentas foram inspecionados visualmente para se detectar a ocorrência de geração de pó (antes da limpeza com acetona) e de descamação (após limpeza com acetona).

 

 

 

 

 

Portanto, a severidade da descamação e da geração de pó foi determinada qualitativamente: desde o valor zero, para ausência de descamação ou geração de pó, até três, correspondente à severidade máxima de ocorrência de descamação e de geração de pó. Os graus de severidade qualitativa da descamação para dois valores de pressão de interface podem ser vistos nas tabelas 2 e 3.

 

Resultados dos ensaios

 

A descamação e a geração de pó se tornaram mais severas à medida que a pressão de contato aumentou. Portanto, nas operações reais de estampagem, os especialistas podem prever a área sobre a superfície da matriz onde ocorrerão os níveis máximos de pressão de contato e tratar essa área com polimento, revestimento e lubrificação para evitar descamação e geração de pó.

 

Não foi observada descamação no ensaio de rotação-compressão para valores de pressão de 7 ksi na interface, independentemente dos materiais das chapas, tipos de revestimento galvanizado e lubrificantes usados. Nos ensaios em que essa pressão atingiu 15 ksi, o aço bifásico DP 600 galvanizado por imersão a quente com o lubrificante “A” apresentou descamação moderada (1,5), enquanto os outros revestimentos galvanizados apresentaram menor grau de descamação (0,0 a 1,0). Ficou claro que a lubrificação exerce efeito significativo no sentido de evitar a descamação e geração de pó.

 

No ensaio com pressão de interface de 25 ksi, em comparação com os outros materiais, o aço bifásico DP 600 galvanizado por imersão a quente com lubrificante “B” mostrou a melhor efetividade na redução da descamação. Contudo, na maioria dos ensaios com menores valores de pressão de interface, o revestimento galvanizado aplicado por imersão a quente com recozimento resultou em menor descamação do que o revestimento aplicado com imersão a quente convencional.

 

Isso pode ser explicado pelo fato de que a dureza do primeiro revestimento é cinco vezes maior do que a do segundo. Os resultados do estudo deixaram claro que o ensaio de rotação-compressão é uma ferramenta útil e eficiente para uma avaliação preliminar de lubrificantes e revestimentos.

 

Este teste considera os diversos parâmetros diferentes de ensaio (revestimentos de chapas, lubrificantes, pressões e velocidades) que são necessários para a investigação do comportamento de descamação na estampagem de aços avançados de alta resistência mecânica.

 

Esta é a primeira parte de uma série de três artigos que abordam a lubrificação e descamação durante a conformação de aços avançados de alta resistência mecânica. As partes 2 e 3 tratarão da avaliação de lubrificantes, materiais para matrizes e revestimentos usados para conformar aços avançados de alta resistência mecânica usando ensaios de laboratório.

 

Referência

 

1) Olsson, M.: Tribology in sheet metal forming and the tole of surface engineering. In: Altan Seminar on Metal Forming, Dalarna University, Borlänge, Sweden, 2006.

 

*Este estudo foi preparado por Hyunok Kim, pesquisador da equipe do Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming, CPF – www.cpforming.org), da Ohio State University (Columbus, EUA), orientado por Taylan Altan (www.ercnsm.org), professor e diretor do instituto. Este artigo foi publicado originalmente na seção “R&D Updates” do periódico norte-americano Stamping Journal e na edição de novembro de 2010 da revista Corte e Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Antonio Augusto Gorni. Reprodução autorizada.

 

Tecnologia em conformação

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