BR112016000278B1

BR112016000278B1 - chapa em liga de alumínio para estrutura de caixa para automóvel e método de fabricação da mesma

Info

Publication number: BR112016000278B1
Application number: BR112016000278A
Authority: BR
Inventors: Daniel Dominique; Guiglionda Gilles; Ribes Hervé
Original assignee: Constellium Neuf Brisach
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2020-02-04
Also published as: EP3019637B1; CN105378125A; JP2016525630A; CN105378125B; EP3199655A2; FR3008427B1; KR20160030563A; FR3008427A1; US20160168677A1; RU2016104405A3; WO2015004340A1; EP3019637A1; RU2690253C2; EP3199655A3; DE17162984T1; JP6625530B2; DE14758586T1; US10253402B2; RU2016104405A

Abstract

chapa em liga de alumínio para estrutura de caixa para automóvel e método de fabricação da mesma a invenção tem por objeto a utilização de uma chapa em liga de alumínio para fabricar uma peça encaixada de carroceria ou estrutura de caixa para mudanças de automóvel ainda denominada "caixa em branco", essa chapa apresentando um limite de elasticidade rp0,2 superior ou igual a 60 mpa e um alongamento em tração uni axial a80 superior ou igual a 34%. a invenção tem também por objeto o processo de fabricação de uma peça encaixada de carroceria ou estrutura de caixa automóvel fabricada a partir dessa chapa e escolhida, por exemplo, no grupo que compreende os painéis internos ou duplicatas de portas, piso de cabine, piso de caixa, alojamento de roda auxiliar ou ainda lado de cabine.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CHAPA EM LIGA DE ALUMÍNIO PARA ESTRUTURA DE CAIXA PARA AUTOMÓVEL E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DA MESMA.

Domínio da invenção [0001] A invenção se refere ao domínio das chapas em liga de alumínio destinadas à fabricação de peças de carroceria ou de estrutura automóvel ainda denominada caixa em branco.

[0002] Mais precisamente, a invenção se refere à utilização dessas chapas que possuem uma excelente formabilidade em encaixe, permitindo assim realizar peças de geometria complexa ou necessitando encaixes profundos como, por exemplo, uma duplicação de porta ou um piso de carga. As chapas utilizadas, de acordo com a invenção, são particularmente adaptadas à realização de peças complexas dimensionadas em rigidez.

[0003] Elas apresentam, por outro lado, uma excelente resistência à corrosão filiforme.

Estado da técnica [0004] Como preâmbulo, todas as ligas de alumínio, das quais se trata no que se segue, são designadas, salvo indicação contrária, conforme as designações definidas por Aluminum Association nas Registration Record Series que ela publica regularmente.

[0005] Todas as indicações referentes à composição química das ligas são expressas como uma percentagem em peso baseada no peso total da liga.

[0006] As definições dos estados metalúrgicos são indicadas na norma européia EN 515.

[0007] As características mecânicas estáticas em tração, em outros termos a resistência à ruptura Rm, o limite de elasticidade convencional a 0,2% de alongamento Rp02, e o alongamento da ruptura A%, são determinadas por um teste de tração, conforme a norma NF EN ISO

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 12/35

2/24

6892-1.

[0008] As ligas de alumínio são utilizadas, de maneira crescente, na fabricação de automóvel para reduzir o peso dos veículos e assim diminuir o consumo de carburante e os dejetos de gás de efeito estufa. [0009] As chapas em liga de alumínio são utilizadas notadamente para a fabricação de numerosas peças da caixa em branco, dentre as quais se distinguem as peças de revestimento de carroceria (ou painéis externos de carroceria) como os pára-lamas dianteiros, tetos ou pavilions, revestimentos de capot, de porta-malas ou de porta, e as peças de duplicação ou componentes de estrutura de caixa como, por exemplo, as duplicações de porta, de capot ou os pisos de carga (cabine e porta-malas).

[00010] Se numerosas peças de revestimento já tiverem sido fabricadas em chapas de ligas de alumínio, a transposição do aço ao alumínio de peças de duplicação ou de estrutura, que apresentam geometrias complexas, se apresenta mais delicada, devido a pior formabilidade em encaixe das ligas de alumínio comparada àquela dos aços.

[00011] Um dos fatores limitadores da aptidão ao encaixe profundo, notadamente no caso das chapas em liga de alumínio, é o fenômeno de fissuração a partir das bordas de chapa.

[00012] Com efeito, para as peças maiores de automóveis de geometria complexa, em particular comportando zonas que necessitam dos encaixes profundos, é comum realizar discos de forma munidos de recortes mais ou menos circulares no interior do disco para facilitar o escoamento da matéria, a partir do interior do disco em direção aos cantos ou as paredes profundas. Quando do encaixe, esses recortes internos são solicitados em expansão e podem ser a origem de uma ruptura prematura, para níveis de deformação bem abaixo no nível dado pela Curva Limite de Enformação (CLE).

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 13/35

3/24 [00013] Existem, todavia, desde agora, automóveis que dispõem de uma caixa em branco constituída majoritariamente de ligas de alumínio. Todavia, nesse caso, a concepção dessas caixas, e notadamente o traçado das peças em chapas embutidas, pensaram desde a origem, considerando-se a formabilidade limitada das ligas de alumínio.

[00014] É por isso que os fabricantes de automóveis são muito solicitantes de chapas de ligas de alumínio apresentam uma formabilidade em encaixe, nitidamente melhorada que facilitaria muito a transposição ao alumínio de peças de geometria complexa atualmente fabricadas em aço. Estas poderiam então ser transpostas do aço ao alumínio, sem que seja necessário conceber de novo completamente o traçado ou o recorte das peças.

[00015] Os custos de desenvolvimento de uma nova concepção adaptada ao alumínio assim como aqueles associados à fabricação de instrumentos de encaixe específicos poderiam ser assim muito reduzidos.

[00016] Esse é o contexto da presente invenção.

[00017] Mais precisamente, até hoje, a escolha das ligas para aplicação em revestimento de carroceria resulta de um compromisso entre as exigências, às vezes antagonistas, tais como: formabilidade, resistência mecânica final, após cozimento das pinturas, limite de elasticidade, quando da enformação, aptidão ao engaste, qualidade de superfície, aptidão para a ligação, resistência à corrosão, custo, aptidão para a reciclagem, etc... Face a essas exigências, foram conservadas até hoje as ligas do tipo Al-Mg-Si, isto é, ligas da série AA6xxx.

[00018] Com efeito, as ligas dos tipo AA6016, AA6016A, AA6005A, AA6014, para o que é da Europa, e as ligas AA6111 e AA6022 nos Estado Unidos, são as mais utilizadas para esse tipo de aplicações, em espessuras da ordem de 1 mm, principalmente devido a sua relativamente boa formabilidade em encaixe e engaste no estado

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 14/35

4/24 temperado T4, de seu importante endurecimento, quando do cozimento das pinturas e de seu excelente aspecto de superfície, após enformação. [00019] Para as peças de duplicação ou de estrutura de caixa, que apresentam geometrias bem mais complexas, para as quais a formabilidade em encaixe é preponderante, as ligas da série AA5xxx (Al-Mg) com teor limitado em magnésio (tipicamente Mg < 5%) são, até hoje, os mais utilizados, principalmente porque eles oferecem um bom compromisso entre formabilidade no estado recozido ou estado 0, propriedades mecânicas após colocação em forma, estabilidade térmica e resistência a corrosão em serviço. Os mais comumente utilizados são as ligas dos tipos AA5182, AA5754, e AA5454.

[00020] Além disso, para a realização em liga de alumínio de peças de geometria complexa, conforme notadamente uma duplicação de porta, não realizável por encaixe convencional com as ligas pré-citadas, diferentes soluções foram consideradas e/ou utilizadas pelo passado:

- contornar a dificuldade ligada ao encaixe, realizando esse tipo de peça por moldagem e notadamente do tipo Sob-Pressão. Como prova, a patente EP 1 305 179 B1 de Nothelfer GmbH sob a prioridade de 2000;

- fazer o encaixe dito morno para se beneficiar de melhor aptidão ao encaixe. Isto consiste em aquecer o disco em liga de alumínio, total ou localmente a uma temperatura dita intermediária, seja de 150 a 350 ^oC, para melhorar seu comportamento sob a prensa, cuja aparelhagem pode também ser pré-aquecida. A patente EP 1 601 478 B1 da requerente, sob prioridade de 2003, se baseia nessa solução;

- modificar, via sua composição, a aptidão ao encaixe da liga da própria série AA5xxx; foi notadamente proposto aumentar o teor em magnésio além de 5%. Mas isto não é neutro em termos de resistência à corrosão;

- utilizar chapas compósitas constituídas de um núcleo em

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 15/35

5/24 liga da série AA5xxx, com teor em Mg além de 5% para melhor formabilidade, e de uma chapa de colocação em liga melhor resistente à corrosão. Mas a resistência à corrosão em bordas de chapa, nas zonas puncionadas ou mais geralmente onde o núcleo é exposto e notadamente nas ligas, pode então se mostrar insuficiente;

- enfim, proceder a uma laminação assimétrica, a fim de criar uma textura cristalográfica mais favorável foi também proposta. Como prova o pedido JP 2003-305503 de Mitsubishi Aluminium). Mas a industrialização desse tipo de laminação assimétrica é delicada, requer laminadores específicos, pode ter um impacto desfavorável sobre o aspecto de superfície das chapas obtidas e pode também gerar sobrecustos consideráveis.

[00021] Enfim, no que se refere às ligas, uma boa aptidão para o encaixe é, em geral, a combinação de uma boa aptidão ao martelamento, ou martelabilidade, se possível mantendo-se até deformações intermediárias da ordem de 20%, de uma boa ductilidade e, para as peças de geometria complexa, compreendendo zonas encaixadas profundamente, de um bom comportamento em expansão de orifício.

[00022] Com exceção para as ligas da série AAlxxx (alumínio ligeiramente ligado ou de pureza comercial) que apresentam uma excelente ductilidade, mas associada a níveis de características mecânicas muito baixos, isto é, tipicamente um alongamento em tração uni-axial de A50 = 43% associado a um limite de elasticidade convencional Rp02 da ordem de 28 MPa para uma liga do tipo AA1060 no estado 0 (conforme Aluminum and Aluminium Alloys - ASM Specialty Handbook, Edited by J.R.Davis (1993), Chapter: Properties of Wrought Aluminum and Aluminum Alloys), é difícil obter uma excelente ductilidade.

[00023] As ligas ditas não imersíveis, da série AA3xxx (Al-Mn) ou AA5xxx (Al-Mg) ou AA8xxx (Al-Fe-Si), permitem obter limites de

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 16/35

6/24 elasticidade convencionais Rp02 mais elevados do que aqueles das ligas da série AAlxxx, mas em detrimento da ductilidade. Por outro lado, na maior parte dentre eles, o alongamento em tração cai a aproximadamente 25%, desde que o limite da elasticidade Rp0,2 ultrapassa o valor de sensivelmente 50 MPa.

[00024] Assim, o alongamento à ruptura A50 da liga do tipo AA3003, que é, todavia, conhecido para sua ductilidade associada a um limite de elasticidade Rp0,2 de 40 MPa, vê seu alongamento A50 cair a sensivelmente 25%, quando do magnésio é acrescentado para aumentar o limite de elasticidade Rp0,2 até 70 MPa, conforme aparece para a liga AA3004.

[00025] A tabela abaixo apresenta, em ilustração dos propósitos acima, as características mecânicas típicas medidas em tração uni axial à temperatura ambiente a partir de Aluminum and Aluminum Alloys ASM Specialty Handbook editada por J.R. Davis (1993), Capítulo: Properties of Wrought Aluminum and Aluminum Alloys.

	Liga	Rp0,2 (MPa)	Rm (MPa)	A50 (%)
> 99,99%Al	AA1199-O	10	45	50
> 99,6%Al	AA1060-O	28	69	43
> 99,,0%Al-0,12Cu	AA1100-O	34	90	40
Al-0,8Mg	AA5005-O	41	124	25
Al-1,2Mn-0,12Cu	AA3003-O	42	110	30-40
0,55Mn-0,55Mg	AA3105-O	55	115	24
Al-1,4Mg	AA5050-O	55	145	24
Al-1,2Mn-1,0Mg	AA3004-O	69	180	20-25
Al-2,5Mg-0,24Cr	AA5052-O	90	195	25
Al-4,5Mg-0,35Mg	AA5182-O	138	276	25
0,8Si-o,6Mg-0,5Mn-	AA6009-T4	131	234	24

0,35Cu

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 17/35

7/24

Problema apresentado [00026] A invenção visa a obter esse compromisso de ductilidade e de limite de elasticidade ótimo, propondo uma chapa em liga de alumínio para componentes de estrutura de automóvel ainda denominada caixa em branco, possuindo uma formabilidade nitidamente melhorada, estável no tempo e melhor do que o estado da técnica, e autorizando a realização por encaixe convencional à temperatura ambiente de peças automóveis de geometria complexa irrealizáveis a partir das chapas em liga de alumínio atualmente utilizadas no domínio da construção automóvel. Essa chapa deve, além disso, possuir um mínimo de resistência mecânica, mas também uma resistência muito boa à corrosão filiforme.

Objeto da invenção [00027] A invenção tem por objeto a utilização de uma chapa em liga de alumínio para a fabricação de uma peça encaixada de carroceria ou estrutura de caixa automóvel ainda denominada caixa em branco, caracterizada pelo fato de essa chapa apresentar um limite de elasticidade Rp0,2 superior ou igual a 60 MPa e um alongamento em tração uni axial A80 superior ou igual a 34%.

[00028] Vantajosamente, essa chapa apresenta uma relação de expansão de orifício, conhecido do técnico com a denominação HER (Hole Expansion Ratio), superior a 50, até mesmo superior ou igual a 55.

[00029] De acordo um modo de realização preferencial, sua composição é a seguinte (% em peso): Si: 0,15 - 0,50; Fe: 0,3 - 0,7; Cu: 0,05 - 0,10; Mn: 1,0 - 1,5 até mesmo 1,0 - 1,2 e mais 1,1 - 1,2; outros elementos < 0,05 cada um e < 0,15 no total, resta alumínio.

[00030] De acordo com um modo ainda mais preferencial, o teor em Fe é no mínimo de 0,3%.

[00031] De acordo com um outro modo, o teor em Si preferido é de

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 18/35

8/24

0,15 a 0,30%.

[00032] De preferência, o processo de fabricação dessa chapa comporta as seguintes etapas:

fundição contínua e semicontínua vertical de uma placa e escalpagem dessa placa;

homogeneização a uma temperatura de pelo menos 660^oC durante pelo menos 5 horas, de preferência, pelo menos 6 horas, seguida de um resfriamento controlado até a temperatura de 550 a 450^oC, tipicamente 490 ^oC, em pelo menos 7 horas, de preferência, pelo menos 9 horas, depois de um resfriamento até a temperatura ambiente em pelo menos 24 horas com, vantajosamente, um resfriamento lento controlado até sensivelmente 150 ^oC em pelo menos 15 horas, de preferência, pelo menos 16 horas;

aquecimento a uma temperatura de 480 a 530 ^oC com uma subida à temperatura de pelo menos 8 horas, laminação a quente, resfriamento, depois laminação a frio e recozimento a uma temperatura de pelo menos 350^oC;

martelamento, tipicamente por planagem em tração ou entre cilindros ou por skin pass, com uma taxa compreendida entre 1 e 10%;

decapagem química da camada mecanicamente perturbada conhecida pela denominação de MDL (Mechanically Disturbed Layer) ou ainda camada de Beilby.

[00033] De acordo com um modo de utilização mais preferido, a taxa de martelamento pré-citado está compreendida entre 1 e 5%.

[00034] De acordo com um modo vantajoso, a decapagem química é realizada, após desengorduramento alcalino, em meio ácido com uma perda de massa da chapa de pelo menos 0,2 g/m² e por face.

[00035] Enfim, a invenção engloba também uma peça encaixada de carroceria ou de estrutura de caixa móvel fabricada por encaixe, a partir de uma caixa que apresenta pelo menos uma das características pré

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 19/35

9/24 citadas. Ela é escolhida, por exemplo, no grupo que compreende os painéis internos ou duplicatas de portas, piso de cabine, piso de cofre, alojamento de roda auxiliar ou ainda lado de cabine.

Descrição das figuras [00036] A figura 1 representa um corte esquemático da aparelhagem utilizada para medir a relação de expansão de orifício (HER) com em A a serra disco, em B o punção e em C a matriz.

[00037] A figura 2 precisa as dimensões em mm dos instrumentos utilizados para determinar o valor do parâmetro conhecido do técnico pelo nome de LDH (Limit Dome Height) característico da aptidão ao encaixe do material.

[00038] A figura 3 representa uma estrutura de porta de veículo automóvel com, no primeiro plano, o painel interno tipicamente realizável a partir de uma chapa, de acordo com a invenção.

Descrição da invenção [00039] A invenção se baseia na constatação feita pela requerente que era inteiramente possível utilizar, para chapas encaixadas de carroceria ou estrutura de caixa automóvel ainda denominado caixa em branco, chapas que possuem uma excelente ductilidade, notadamente devido a um alongamento à ruptura A50 superior ou igual a tipicamente 34% e uma resistência mecânica suficiente, notadamente devido a um limite de elasticidade Rp02 superior ou igual a tipicamente 60 MPa, assim como uma resistência muito boa à corrosão filiforme.

[00040] Essa utilização jamais foi retida no automóvel, pois o técnico pensava sem razão que o nível de características mecânicas era insuficiente. A requerente descobriu que, ao contrário, essa combinação era conveniente perfeitamente para peças dimensionadas em rigidez, o que é o caso da maior parte das chapas embutidas de carroceria ou estrutura de caixa automóvel denominada caixa em branco.

[00041] Essa utilização apresenta a vantagem de uma excelente

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 20/35

10/24 formabilidade, notadamente em encaixe, autorizando a realização de peças automóveis de geometria complexa não realizáveis com as ligas de alumínio comumente utilizadas na indústria automobilística. Ela autoriza também transposições do aço ao alumínio mediante muito poucas modificações, de forma dos instrumentos concebido para a enformação dos aços, caso isto não seja aquelas ligadas à consideração da espessura mais importante da chapa em liga de alumínio utilizada.

[00042] Uma composição típica de liga para a chapa utilizada, de acordo com a invenção, é a seguinte (% em peso): Si: 0,15 - 0,50; Fe: 0,3 - 0,7 e mais 0,5 - 0,7; Cu: 0,05 - 0,10; Mn: 1,0 - 1,5 e mais 1,0 1,2 até mesmo 1,1 - 1,2; outros elementos < 0,05 cada e < 0,15 no total, resta alumínio.

[00043] As faixas de concentração impostas aos elementos constitutivos desse tipo de liga se explica pelas seguintes razões:

Si: a presença de silício, com um teor mínimo de 0,15%, acelera consideravelmente a cinética de precipitação do manganês sob a forma de partículas intermetálicas finas e numerosas com um efeito muito favorável na formabilidade;

além de um teor de 0,50%, mostra-se nefasta para a formabilidade e tem uma influência significativa sobre o tipo de fases ao ferro obtidas.

[00044] A faixa de teor a mais vantajosa é de 0,15 a 0,30%;

Fe: um teor mínimo de 0,3% e mais 0,5%, diminui sensivelmente a solubilidade do manganês em solução sólida, o que permite obter uma sensibilidade à velocidade de deformação positiva, retarda a ruptura, quando da deformação, após estricção, e, portanto, melhora a ductilidade e a formabilidade. O ferro é também necessário à formação de uma grande densidade de partículas intermetálicas, garantindo uma boa martelabilidade no decorrer da enformação.

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 21/35

11/24 [00045] Além de um teor de 0,7%, muitas partículas intermetálicas são criadas com efeito nefasto sobre a ductilidade e a resistência à corrosão filiforme;

Cu: com um teor mínimo de 0,05%, sua presença em solução sólida permite obter características mecânicas mais elevadas, sem degradação sensível da formabilidade.

[00046] Além de 0,1%, a sensibilidade à velocidade de deformação e, portanto, a formabilidade são sensivelmente degradadas. Além disso, o cobre tem uma influência negativa sobre a resistência à corrosão;

Mn: um teor mínimo de 1,0% é necessário para se obter o nível de características mecânicas requerido e formar suficientemente precipitados que fornecem uma boa martelabilidade.

[00047] Além de 1,5%, uma quantidade muito grande está presente em solução sólida, o que não é favorável à formabilidade.

[00048] A faixa de teor a mais vantajosa é de 1,0 a 1,2 até mesmo

1,1 a 1,2%;

Mg: seu teor está limitado àquele de uma impureza (a menos de 0,05%). Uma adição de magnésio poderia aumentar as características mecânicas por efeito de solução sólida, mas faria diminuir muito a sensibilidade à velocidade de deformação e, portanto, a ductilidade;

Zn: da mesma forma, seu teor está limitado àquela de uma impureza (menos de 0,05% até mesmo 0,01%), pois como o magnésio, permanecendo em solução sólida, faria também diminuir a sensibilidade à velocidade de deformação e, portanto, a formabilidade. As limitações são idênticas para o que é do cromo.

[00049] A fabricação das chapas para utilização, de acordo com a invenção, comporta principalmente a fundição, tipicamente semicontínua vertical das placas seguidas de sua escalpagem.

[00050] As placas sofrem em seguida uma homogeneização a uma

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 22/35

12/24 temperatura de pelo menos 600^oC durante pelo menos 5 horas, de preferência, pelo menos 6 horas, seguida de um resfriamento controlado até a temperatura de 550 a 450^oC, tipicamente 490^oC, em pelo menos 7 horas, de preferência, pelo menos 9 horas, depois de um resfriamento até à temperatura ambiente em pelo menos 24 horas com, vantajosamente, um resfriamento lento controlado até sensivelmente 150 ^oC em pelo menos 15 horas, de preferência, pelo menos 16 horas. Esse tipo de homogeneização do tipo com bimancal, com resfriamento controlado, permite expulsar o manganês da solução sólida por precipitação com por efeito a obtenção de uma boa formabilidade, graças a:

uma sensibilidade à velocidade de deformação elevada (devido ao baixo teor em solutos na solução sólida);

uma boa martelabilidade ligada à presença das partículas intermetálicas à base de ferro e manganês Fe + Mn finas e numerosas;

um tamanho final pequeno de grãos, ligado à ausência de precipitação de manganês concomitante com a recristalização quando do recozimento final, o todo levando a uma excelente ductilidade. [00051] Elas sofrem, em seguida, um aquecimento a uma temperatura de 480 a 530^oC com uma elevação à temperatura em pelo menos 8 horas, depois a laminação a quente, o resfriamento, depois a laminação a frio.

[00052] As chapas ou bobinas são então submetidas a um recozimento a uma temperatura de pelo menos 350^oC.

[00053] A cinta ou a chapa para utilização, de acordo com a invenção, é, em seguida, submetida a um martelamento com uma taxa de formação permanente compreendida entre 1 e 10%, e, de preferência, entre 1 e 5%. Esse martelamento pode ser obtido, por exemplo, por uma laminação com baixa redução de tipo skin pass, ou por planagem sob tensão em tração, ou entre cilindros. Esse

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 23/35

13/24 martelamento tem por efeito aumentar sensivelmente a resistência mecânica, notadamente o limite de elasticidade, sem incidência notável sobre o alongamento à ruptura, nem sobre a ductilidade.

[00054] Enfim, uma decapagem química é utilizada. Ela tem por objetivo eliminar a zona mecanicamente perturbada oriunda da laminação, na superfície da chapa, e conhecida pela denominação de MDL (Mechanically Disturbed Layer) ou ainda camada de Beilby.

[00055] A espessura dessa camada perturbada depende das condições de laminação e da redução de espessura sofridas pela chapa; a decapagem deve, portanto, ser adaptada em função desses parâmetros.

[00056] É escolhido, de preferência, no caso presente, de forma que a perda de massa da chapa em questão seja de pelo menos 0,2 g /m²e por face, mais ainda 0,3 g/m² até 0,4 g / m². Os exemplos a seguir mostram muito bons resultados obtidos para um valor de 0,5 g / m² que pode, portanto, constituir um mínimo ótimo.

[00057] Ele pode ser realizado seja a partir de uma bobina sobre uma linha contínua de tratamentos de superfície químicos, por aspersão ou imersão da cinta desenrolada, seja sobre discos de chapa recortados, por imersão em banhos.

[00058] Na prática, a chapa ou cinta é submetida a uma série de tratamentos compreendendo no mínimo uma etapa de decapagem e uma série de enxaguamento. Estes têm por finalidade eliminar os resíduos de produtos químicos deixados na saída do ou dos banhos de decapagem.

[00059] Em seus detalhes, a invenção será melhor compreendida com o auxílio dos exemplos a seguir que não tem, todavia, caráter limitativo.

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 24/35

14/24

Exemplos

Preâmbulo [00060] A tabela 1 recapitula as composições químicas em percentagens mássicas (percentagem em peso) das ligas utilizadas, quando dos testes. Elas são marcadas por A, A1, A2, B, com a denominação resumida de Compo na tabela 2.

[00061] Placas de fundição dessas diferentes ligas foram obtidas por fundição semi-contínua vertical.

[00062] Após escalpagem, essas diferentes placas sofreram um tratamento térmico de homogeneização (marcação Homo na tabela 2). [00063] Conforme indicado na tabela 2, as placas dos casos 1 a 6 sofreram um tratamento de homogeneização a 610 ^oC que consiste em uma elevação em temperatura em 16 horas até 600 ^oC, uma manutenção de 8 horas entre 600 e 610 ^oC, depois um resfriamento controlado até a 490 ^oC em 9 horas, depois até a temperatura ambiente em um dia aproximadamente.

[00064] As placas dos casos 7 e 8 sofreram um tratamento de homogeneização mais curto, consistindo em uma subida a 610 ^oC sem manutenção seguida de um resfriamento a 530 ^oC em 5 horas, diretamente seguida da laminação a quente.

[00065] As placas dos exemplos comparativos 9 e 10, constituídos de ligas do tipo AA6016 e AA5182, sofreram homogeneizações clássicas para esses tipos de ligas.

[00066] A etapa seguinte de laminação a quente ocorre inicialmente sobre um laminador reversível até uma espessura da ordem de 40 mm, depois sobre um laminador tandem a quente com 4 caixas até uma espessura de 3,2 mm. Essa etapa de laminação a quente é precedida para os casos 1 a 6 de um aquecimento que permite levar a temperatura da placa de fundição da temperatura ambiente até a temperatura de início de laminação de 500 ^oC em 9 horas.

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 25/35

15/24 [00067] Essa etapa de laminação a quente é seguida de uma etapa de laminação a frio que permite obter chapas de 1,15 mm de espessura. [00068] Para os casos 1 a 8 e para o caso 10, um recozimento final permite, em seguida, uma recristalização das ligas, de forma a se obter um estado O. Esse recozimento foi feito em forno com passagem para os casos 1 a 4 e 6 a 8 e consistia em levar um metal até uma temperatura de 410 ^oC em aproximadamente 10 segundos, depois em resfriá-lo. Para o caso 5, o recozimento de recristalização foi efetuado em forno estático e consistia em levar o metal a uma temperatura de 350^oC em 6 horas. Para o exemplo comparativo 10, em liga do tipo AA5182, o recozimento de recristalização ocorreu em forno com passagem e consistia em levar o metal até uma temperatura de 365 ^oC em 30 segundos aproximadamente depois em resfriá-lo.

[00069] Para o exemplo comparativo 9 em liga do tipo AA6016, a laminação a frio foi também seguida de um tratamento térmico em fim de faixa, mas este é diferente e consiste em uma colocação em solução e têmpera realizadas em forno com passagem por elevação da temperatura de metal até 540 ^oC em 30 segundos aproximadamente e têmpera.

[00070] Para os casos 2 a 6 uma decapagem química da camada mecanicamente perturbada oriunda da laminação foi também feita em bobina sobre uma linha contínua. A chapa sofreu uma série de tratamento de superfície compreendendo, após um desengorduramento alcalino e um enxaguamento, uma etapa de decapagem aos ácidos sulfúrico e fluorídrico. A taxa de ataque, medida por perda de massa sobre uma amostra imersa no banho de decapagem, era de 1,2 g / m²por face em um minuto. Nesse exemplo, a decapagem foi realizada por aspersão sobre a faixa seguida de um triplo enxaguamento. A perda de massa ao final do tratamento era de 0,5 g/m² por face para os casos 2 a 5. Para o caso 6, a decapagem foi menos impulsionada e a perda de massa era de 0,10 g / m².

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 26/35

16/24 [00071] Enfim, para os casos 2 a 6, a chapa é passada em uma aplainadora sob tensão, de maneira a ligeiramente deformar plasticamente o material entre 1 e 5% aproximadamente.

Composição	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti
A	0,22	0,63	0,08	1,14	0,003	0,002	0,003	0,012
A1	0,21	0,59	0,08	1,17	0,002	0,002	0,002	0,13
A2	0,20	0,57	0,08	1,14	0,0046	0,001	0,002	0,012
B	0,22	0,42	0,16	1,02	1,19	0,021	0,002	0,008
6016	1,07	0,21	0,09	0,17	0,40	0,042	0,007	0,017
5182	0,12	0,29	0,06	0,32	4,73	0,030	0,008	0,014

Tabela 1

	Caso	Com p.	Hom ogen eizaç ão	Deca page m	Plana gem	Rp0, 2 (MPa )	A80 (%)	HER	LDR (mm)	Corro são filifor me
Comp arativo	1	A	610° +ref.c ontrol ado	Não	Não	49	37,5	68	35,7	má
invenç ão	2	A	610° +ref.c ontrol ado	Sim	Sim	70	37,3	63	34,7	boa
Invenç ão	3	A	610° +ref.c ontrol ado	Sim	Sim	81	35,2	57	34,0	boa
Invenç ão	4	A	610° +ref.c ontrol ado	Sim	Sim	84	35,6	56	33,0	boa
Invenç ão	5	A1	610° +ref.c ontrol ado	Sim	Sim	61	37,0	67	34,6	boa

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 27/35

17/24

	Caso	Com p.	Hom ogen eizaç ão	Deca page m	Plana gem	Rp0, 2 (MPa )	A80 (%)	HER	LDR (mm)	Corro são filifor me
Comp arativo	6	A	610° +ref.c ontrol ado	Parci al	Sim	94	32,8	50	31,3	má
Comp arativo	7	A2	610 ^oC	Não	Não	55	29,2	45	28,4	má
Comp arativo	8	B	610 ^oC	Não	Não	67	22,0	40	26,0	má
Comp arativo	9	6016- T4	-	-	-	112	24,0	39	26,2	má
Comp arativo	10	5182- O	-	-	-	146	24,2	35	33,9	-

Tabela 2 [00072] Para o conjunto dos casos 1 a 10, a formabilidade e a resistência à corrosão filiforme das chapas obtidas foram avaliadas. Essas diferentes caracterizações e os resultados associados são detalhados a seguir.

Testes de tração [00073] Os testes de tração à temperatura ambiente foram realizados segundo a norma NF EN ISO 6892-1 com amostras não proporcionais, de geometria largamente utilizada para as chapas, e correspondendo ao tipo de amostra 2 da tabela B.1 do anexo B dessa norma.

[00074] Essas amostras possuem notadamente uma largura de 20 mm e um comprimento calibrado de 120 mm.

[00075] O alongamento por cento (A%) após ruptura foi medido com o auxílio de um extensômetro de base 80 mm e é, portanto, anotado A80 de acordo com essa mesma norma.

[00076] Conforme mencionado na nota do parágrafo 20.3 da norma ISO 6892-1 : 2009(F) (página 19), é importante anotar que comparações de alongamento por cento são possíveis unicamente

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 28/35

18/24 quando o comprimento entre marcações ou o comprimento de base do extensômetro, a forma e a área da seção transversal são os mesmos ou quando o coeficiente de proporcionalidade, k, é o mesmo.

[00077] Notadamente, não é possível comparar valores de alongamentos por cento A50 medidos com uma base de extensometria de 50 mm a valores de alongamento por cento A80 medidas com uma base de extensometria de 80 mm. No caso particular de uma amostra de mesma geometria considerada em uma mesma matéria, o valor de alongamento por cento A50 será mais elevado que o valor de alongamento por cento A80 e dado pela relação: A50 = Ag + (A80 - Ag)* 80/50 na qual Ag, em %, é a extensão plástica à força máxima, também denominado alongamento generalizado ou alongamento com estricção.

[00078] Os resultados desses testes de tração em termos de limite convencional de elasticidade a 0,2%, Rp0,2, e de alongamento por cento A80, em um comprimento inicial Lo entre marcações de 80 mm, são dados na tabela 2.

[00079] Destaca-se aí claramente que os casos 2 a 5, correspondendo a chapas, de acordo com a invenção, são os únicos a combinar valores de alongamento com ruptura A80 superiores ou iguais a 34% combinadas a valores de limite de elasticidade convencionais Rp0,2 superiores ou iguais a 60 MPa.

[00080] O caso 1, correspondente a uma chapa que não resolveu a etapa de planagem, apresenta um valor de Rp0,2 menor igual a 49 MPa. [00081] O caso 7, correspondente a uma chapa que não sofreu uma homogeneização do tipo daquela descrita nessa invenção, apresenta um valor de alongamento com ruptura A80 menor e inferior a 34%, embora o valor de Rp0,2 seja de 55 MPa somente. O caso 8, correspondente a uma chapa de composição fora da invenção, apresenta um alongamento A80 nitidamente mais reduzido.

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 29/35

19/24 [00082] As chapas dos casos comparativos (9 e 10), em ligas 6016T4 e 5182-O habitualmente utilizadas para os painéis de carroceria automóvel, apresentam também valores A80 nitidamente mais baixos, entorno de 24%.

Medida da taxa de expansão de orifício HER (Hole Expansion Ratio) [00083] Conforme dito no capítulo Estado da técnica, um dos fatores que limitam a aptidão para o encaixe profundo é o fenômeno de fissuração a partir das bordas da chapa.

[00084] Nesse exemplo, testes de expansão de orifício foram feitos sobre uma chapa, segundo a invenção, em comparação com chapas em ligas do tipo AA5182 no estado O e AA6016 no estado T4.

[00085] O teste consiste em encaixar com um punção de fundo chato de diâmetro 202 mm (ver figura 1) um disco que possui em seu centro um orifício circular de diâmetro 100 mm. O encaixe é feito com disco bloqueado. O bloqueio do disco entre a matriz e o aperta-disco é assegurado por meio de um pino de retenção e de uma pressão de 13 MPa exercida pelo aperta-disco. O orifício circular de 100 mm de diâmetro é realizado no centro de um disco circular de 350 mm de diâmetro por recorte no jato d'água. A velocidade de deslocamento do punção é de 40 mm/min. O deslocamento do punção pára, quando a força sobre o punção cai de 100 daN/0,2 s, o que corresponde à atração de uma fissura, a partir da borda do orifício. O teste é, então, terminado. Caracteriza-se o desempenho das matérias nesse teste de expansão de orifício pelo que se chama a relação de expansão de orifício HER definido por HER = (Df-Di)/Di no qual Di é o diâmetro inicial do orifício no disco (no caso 100 mm) e Df é o diâmetro final do orifício após a parada do teste.

[00086] Os resultados obtidos, quando desses testes são reunidos na Tabela 2 na coluna anotada HER onde são apresentados os valores de relação de expansão de orifício.

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 30/35

20/24 [00087] Anotar-se-á que os casos 2 a 5, correspondendo a chapas, de acordo com a invenção, são os únicos a combinar valores de relação de expansão de orifício HER superiores a 50, até mesmo 55, com valores de limite de elasticidade convencional Rp0,2 superiores ou iguais a 60 MPa.

[00088] O caso 1, correspondente a uma chapa que não sofreu a etapa de planagem, apresenta um valor de HER superior a 50, mas associada a um baixo valor de Rp0,2 de 49 MPa. Os outros casos comparativos (7 a 10) apresentam valores de HER nitidamente inferiores àqueles das chapas, de acordo com a invenção.

Medida do LDH (Limit Dome Height) [00089] Essas medidas de LDH (Limit Dome Height) foram realizadas, a fim de caracterizar o desempenho em encaixe das diferentes chapas desse exemplo.

[00090] O parâmetro LDH é amplamente utilizado para avaliação da aptidão ao encaixe das chapas de espessura de 0,5 a 2 mm. Ele constitui o objeto de numerosas publicações, notadamente aquela de R. Thompson, The LDH test to evaluate sheet metal formability - Final Reporto of the LDH Committee of the North American Deep Drawing Research Group, SAE conference, Detroit, 1993, SAE Paper n° 930815. Trata-se de um teste de encaixe de um disco bloqueado na periferia por um pino. A pressão de aperta-disco é controlada para evitar um deslizamento no pino. O disco, de dimensões 120 x 160 mm, é solicitado em um modo próximo da deformação plana. O punção utilizado é hemisférico.

[00091] A figura 2 precisa as dimensões dos instrumentos utilizados para realizar esse teste.

[00092] A lubrificação entre o punção e a chapa é assegurada pela graxa grafitada (graxa Shell HDM2). A velocidade de descida do punção é de 50 mm/min. O valor dito LDH é o valor do deslocamento do punção

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 31/35

21/24 de ruptura, seja a profundidade limite do encaixe. Ela corresponde, na realidade à média de três testes, dando um intervalo de confiança a 95% sobre a medida 0,2 mm.

[00093] A tabela 2 indica os valores do parâmetro. LDH obtidos sobre aproximações de 120 x 160 mm recortados nas chapas pré-citadas e para as quais a dimensão de 160 mm estava posicionada paralelamente à direção de laminação.

[00094] Esses resultados colocam em evidência o fato de as chapas, de acordo com a invenção, (casos 2 a 5) possuírem valores de LDH elevados, superiores ou iguais a 32 mm. Esses valores são similares ou superiores ao valor de LDH obtido para uma chapa em liga 5182-O (caso 10), liga de referência, quando se trata de painéis de carroceria para encaixes rigorosos.

[00095] O exemplo comparativo (caso 1), apresenta também um valor de LDH superior 32 mm, mas associada a um valor de Rp^ bastante pequeno igual a 49 MPa. Inversamente, o caso 6 apresenta um valor de Rp02 elevado, igual a 94 MPa, mais associada a um valor de LDH inferior a 32 mm.

[00096] Os exemplos comparativos 7 a 9, correspondendo a chapas que não sofreram o tratamento de homogeneização ou bem cuja composição química está fora da invenção, apresentam valores LDH nitidamente inferiores àqueles das chapas, de acordo com a invenção. Avaliação da resistência à corrosão filiforme [00097] A resistência à corrosão filiforme foi avaliada e comparada àquela de chapas em liga do tipo AA6016-T4 habitualmente utilizado no domínio da carroceria automóvel.

[00098] Para isto, utilizam-se amostras revestidas com uma camada de cataforese. Essas amostras pintadas são então rajadas, colocadas em uma atmosfera corrosiva para imitar a corrosão, depois expostas a condições controladas de temperatura e de umidade, favorecendo a

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 32/35

22/24 corrosão filiforme, segundo a norma NF EN 3665. Após uma duração de exposição de 1000 horas em compartimento climático a 40 + 2^oC e 82 + 3% de umidade, o grau de corrosão filiforme é apreciado, conforme a norma NF EN 3665 método 3.

[00099] Três tipos de tratamentos de superfície foram realizados, antes de cataforese:

- Tratamento da superfície 1: desengorduramento

- Tratamento de superfície 2: desengorduramento + fosfatação

- tratamento de superfície 3: desengorduramento + conversão Oxsilan® [000100] O desengorduramento é realizado por imersão durante 10 minutos em um banho Almeco de uma concentração de 18 a 40 g/l e a 65^oC. No decorrer desse desengorduramento o ataque do metal é de aproximadamente 0,3 g/m², seja aproximadamente 110 nm.

[000101] O tratamento de fosfatação é realizado por imersão, de acordo com o manual de instrução de Chemetall Die Phosphatierung als Vorbehandlunf vor der Lackierung' (A Fosfatação como prétratamento para pintura). No decorrer dessa etapa o ataque do metal é de aproximadamente 0,9 g/m² seja aproximadamente 330 nm.

[000102] O tratamento de conversão sem fosfato, por hidrólise e condensação de polisiloxanos, ou Oxsilan^®, é efetuado em banho na têmpera em um banho de Oxsilan® MM0705A a 25 g/l com uma velocidade de retirada de 25 cm/min, o que corresponde a um depósito de aproximadamente 4 mg Si / m². No decorrer dessa etapa o metal não é atacado.

[000103] O produto de cataforese utilizado é o CathoGuard^® 800 em BASF, laca à base epóxi. A espessura da camada de cataforese visada é de 23 mícrons; ela é obtida por um depósito de 2 minutos em um banho a 30 ^oC com uma tensão de 260 V, seguido de um cozimento de

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 33/35

23/24 minutos a 175 ^oC.

[000104] Os resultados de resistência à corrosão filiforme sobre as amostras que sofreram os diferentes tratamentos de superfície, a cataforese, depois o teste segundo a norma NF EN 3665, com uma duração de exposição de 1000 horas em compartimento, são recapitulados na tabela 3 abaixo. Eles são também reportados na última coluna da tabela 2.

[000105] A resistência à corrosão filiforme é julgada boa (índice O) se não existir ataque ou bem se um início de corrosão filiforme ocorre sob a forma de filamentos pouco numerosos e de um comprimento inferior a 2 mm. A resistência à corrosão filiforme é julgada insuficiente no caso contrário (índice X).

Cas	Superfície de Tratamento 1	Superfície de Tratamento 2	Superfície de Tratamento 3
1	X	O	X
2	O	O	O
3	O	O	O
4	O	O	O
5	O	O	O
6	X	O	X
7	X	O	X
8	X	X	X
9 (AA6016)	X	O	X

Tabela 3 [000106] Contata-se que todos os casos testados, com exceção do caso 8, apresentam uma boa resistência à corrosão filiforme, se a cataforese for precedida de um desengorduramento e de uma fosfatação (tratamento de superfície 2). A pior resistência à corrosão filiforme do caso 8, com exceção da invenção, está ligada à seu mais forte teor em cobre.

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 34/35

24/24 [000107] Nos casos dos tratamentos de superfície 1 e 3, que comportam antes da cataforese seja um desengorduramento sozinho, seja um desengorduramento seguido de um tratamento de conversão química que substitui a fosfatação, só os casos 2 a 5, de acordo com a invenção, apresentam uma boa resistência à corrosão filiforme e em qualquer caso melhor notadamente do que aquela do caso de referência em liga do tipo AA6016, no estado metalúrgico T4, muito comumente utilizado no automóvel.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Chapa em liga de alumínio para estrutura de caixa para automóvel, caracterizada pelo fato de que apresenta um limite de elasticidade Rp0,2 superior ou igual a 60 MPa e um alongamento em tração uni axial A80 superior ou igual a 34%, em que a referida chapa apresenta uma relação de expansão de orifício com a denominação HER (Hole Expansion Ratio) superior a 50, em que a composição da referida chapa é a seguinte (% em peso): Si: 0,15 - 0,50; Fe: 0,3 - 0,7; Cu: 0,05 - 0,10; Mn: 1,0 - 1,5; outros elementos < 0,05 cada um e < 0,15 no total, restante alumínio.
2. Chapa em liga de alumínio para estrutura de caixa para automóvel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a referida relação de expansão de orifício é superior ou igual a 55.
3. Chapa em liga de alumínio para estrutura de caixa para automóvel, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o teor em Fe da referida chapa é de 0,5 a 0,7%.
4. Chapa em liga de alumínio para estrutura de caixa para automóvel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o teor em Si da referida chapa é de 0,15 a 0,30%.
5. Chapa em liga de alumínio para estrutura de caixa para automóvel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o teor em Mn da referida chapa é de 1,0 a 1,2% e, de preferência, de 1,1 a 1,2%.
6. Chapa em liga de alumínio para estrutura de caixa para automóvel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que, após tratamento de desengorduramento sozinho ou seguido de conversão sem fosfato por hidrólise e condensação de polisiloxanos da referida chapa, depois cataforese, os

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 4/35

2/3 filamentos formados quando do teste de resistência à corrosão filiforme, segundo a norma NF EN 3665, com uma duração de 1.000 horas em compartimento, apresentam um comprimento inferior a 2 mm.
7. Método de fabricação de uma chapa, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compreende as seguintes etapas:

fundição contínua ou semicontínua vertical de uma placa e escalpagem da referida placa de composição (percentagem em peso):

- Si: 0,15 - 0,50; Fe: 0,3 - 0,7; Cu: 0,05 - 0,10; Mn: 1,0 - 1,5; outros elementos < 0,05 cada um e < 0,15 no total, restante alumínio

- homogeneização a uma temperatura de pelo menos 600^oC durante pelo menos 5 horas, de preferência, pelo menos 6 horas, seguida de um resfriamento controlado até a temperatura de 550 a 450^oC em pelo menos 7 horas, depois de um resfriamento até à temperatura ambiente em pelo menos 24 horas,

- aquecimento a uma temperatura de 480 a 530 ^oC com uma subida à temperatura de pelo menos 8 horas, laminação a quente, resfriamento, depois laminação a frio e recozimento a uma temperatura de pelo menos 350 ^oC,

- martelamento, tipicamente por planagem em tração ou entre cilindros ou por skin pass, com uma taxa compreendida entre 1 e 10%;

- decapagem química da camada mecanicamente perturbada conhecida pela denominação de MDL (Mechanically Disturbed Layer) ou ainda camada de Beilby,

- encaixe da referida chapa obtida para se obter uma peça encaixada de carroceria ou estrutura de caixa para automóvel.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a taxa de martelamento da referida chapa é de 1 a 5%.
9. Método, de acordo com a reivindicação 7 ou 8,

Petição 870190096728, de 27/09/2019, pág. 5/35

3/3 caracterizado pelo fato de que a decapagem química da referida chapa é realizada, após desengorduramento alcalino, em meio ácido com uma perda de massa dessa chapa de pelo menos 0,2 g/m² e por face.