BR112018000897B1 - Método para fabricação de um componente de aço austenítico de twip ou de trip/twip e utilização de aço austenítico de twip ou de trip/twip - Google Patents
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Abstract
MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE UM COMPONENTE DE AÇO AUSTENÍTICO DE TWIP OU DE TRIP/TWIP. A presente invenção se refere para um método para fabricação de um componente de aço austenítico de TWIP ou de TRIP/TWIP. Em concordância com a presente invenção, um produto plano (1) é deformado por consecução de pelo menos uma indentação (16) sobre pelo menos uma superfície do produto plano (1) de maneira tal a possuir no produto deformado (5) áreas de um aço de alta resistência embutido em uma matriz de um material dúctil. A presente invenção também se refere para a utilização do componente de aço austenítico de TWIP ou de TRIP/TWIP, onde áreas de um aço de alta resistência embutido em uma matriz de um material dúctil são requeridas no mesmo componente.
Description
[001] A presente invenção se refere a um método para fabricar um componente de aço austenítico de TWIP ou de TRIP/TWIP. As indentações são conseguidas por deformação de um produto plano de aço naquela área do material de aço desejado para a utilização do componente.
[002] Antes de fabricação de componentes para sistemas de transporte tais como carros, caminhões, ônibus, veículos ferroviários ou agrícolas, deverá ser calculada quanta resistência e espessura de material é necessitada para preenchimento dos requerimentos de segurança. Mas, quando existem componentes que possuem uma espessura de material mais alta do que a necessitada, isto é descrito como “super projetados”. Conseqüentemente, são utilizadas disposições para possuir o material correto no lugar correto. Normalmente, o cálculo é feito com um material homogêneo em ponto de valores mecânicos-tecnológicos (rendimento e resistência à tensão, alongamento, dureza).
[003] A publicação de pedido de patente internacional número WO 2014/096180 se refere para um método para fabricação de tiras de metal perfiladas, no qual uma tira de metal com uma espessura de material pré- definida consistindo, em particular, de aço inoxidável é enrolada sobre uma bobina e guiada através de um estande de laminação contendo diversos rolos. Pelo menos uma parte dos rolos que efetivamente interage com a tira de metal é proporcionada com uma topografia pré-definida, por intermédio do que perfis com profundidades de perfil de mais do que 250 micrômetros podem ser produzidos sobre ambas as laterais da tira de metal dependendo da geometria da topografia dos rolos. A tira de metal é subseqüente para seu perfil enrolado sobre uma bobina e, se assim for requerido, submetida para um pós-tratamento térmico. O objetivo da publicação de pedido de patente internacional número WO 2014/096180 é, por conseqüência, justamente para conseguir uma topografia pré-definida sobre ambas as laterais de uma tira de metal possuindo a espessura de tira pré-definida. Adicionalmente, a publicação de pedido de patente internacional número WO 2014/096180 não ensina qualquer coisa de como bypassar o conflito tradicional para criar alta resistência juntamente com alto alongamento.
[004] O objetivo da presente invenção é o de eliminar algumas desvantagens do estado da técnica e o de conseguir um método para fabricação de um componente de um aço austenítico que não somente apresenta efeito para a espessura do material de aço, mas também apresenta efeito para outras propriedades mecânicas, tais como resistência e ductilidade. As características essenciais da presente invenção são listadas nas reivindicações de patente anexadas.
[005] Em concordância com a presente invenção, para fabricação de um componente, um produto plano de aço austenítico com o efeito de endurecimento de TWIP [Twinning Induced Plasticity] (Plasticidade Induzida por Geminação) ou um produto plano de aço austenítico com uma combinação do efeito de TRIP [Transformation Induced Plasticity] [Plasticidade Induzida por Transformação) e do efeito de TWIP (Twinning Induced Plasticity) (Plasticidade Induzida por Geminação) é deformado para possuir um produto com pelo menos uma indentação. O produto deformado combina áreas de um aço de alta resistência embutido em uma matriz de um material dúctil. A área com alta resistência possui tanto alta resistência e quanto alta dureza, enquanto a área de um material dúctil possui alto alongamento. A presente invenção também se refere para a utilização do componente onde áreas de um aço de alta resistência embutido em uma matriz de um material dúctil são requeridas no mesmo componente.
[006] Durante fabricação do produto deformado, pelo menos uma indentação é criada sobre pelo menos uma superfície do produto deformado por intermédio de um contato mecânico entre o produto plano e o equipamento de deformação, tal como uma fábrica de laminação a frio. A indentação possui uma geometria que depende do requerimento para a utilização do produto deformado. O produto deformado com pelo menos uma indentação possui melhor alongamento em combinação com resistência, melhor comportamento de fadiga e crescimento de fissura mais baixo, mais baixo retorno elástico (springback) durante a deformação, e bem como segurança mais alta durante o tempo de vida útil do produto deformado, quando comparado com o estado da técnica.
[007] O produto plano é feito de um aço possuindo uma microestrutura austenítica. O aço utiliza o efeito de endurecimento de TWIP (Twinning Induced Plasticity) ou uma combinação do efeito de TRIP (Transformation Induced Plasticity) e do efeito de TWIP (Twinning Induced Plasticity) com a energia de falha de empilhamento na faixa de 20 mJ/m2 - 30 mJ/m2. O aço austenítico contém de 10% em peso - 25% em peso de manganês, preferivelmente de 14% em peso - 18% em peso de manganês, e possui nitrogênio (N) livre intersticial e átomos de carbono (C) com o conteúdo de (C + N) sendo na faixa de 0,4% em peso - 0,8% em peso. No caso quando o aço possui uma microestrutura austenítica metaestável com o efeito de endurecimento de TRIP, a energia de falha de empilhamento é menor do que 20 mJ/m2. Neste caso, o aço também contém de 10% em peso - 20,5% em peso de crômio, preferivelmente de 13% em peso - 17% em peso de crômio e de 3,5% em peso - 9,5% em peso de níquel.
[008] O produto plano em concordância com a presente invenção é vantajosamente uma lâmina (folha) plana, uma tira, e bem como uma tira de fenda, um painel ou uma placa. A espessura inicial do produto plano antes de deformação é de 0,15 milímetros - 4,0 milímetros, preferivelmente de 0,8 milímetros - 2,0 milímetros. O produto plano é vantajosamente deformado por laminação a frio de maneira tal que pelo menos um rolo é um rolo perfilado de maneira tal a criar pelo menos uma indentação com uma geometria desejada sobre a superfície do produto plano na direção transversal para a direção de laminação. Em concretizações preferidas da presente invenção, pelo menos um rolo é perfilado, de maneira que duas ou mais indentações com uma geometria desejada são criadas sobre a superfície do produto plano na direção transversal para a direção de laminação ou na direção paralela para a direção de laminação ou ambas na direção transversal para a direção de laminação e na direção paralela para a direção de laminação. Os perfis em pelo menos um rolo para a criação de indentações podem ser essencialmente similares uns para os outros, em uma concretização da presente invenção, mas os perfis em pelo menos um rolo para a criação de indentações podem também ser essencialmente diferentes uns a partir dos outros, em uma outra concretização da presente invenção. Em concordância com a presente invenção, somente um rolo de trabalho da fábrica de laminação a frio possui o perfil desejado e, por conseqüência, somente uma superfície do produto plano é deformada. Entretanto, é também possível que ambos os rolos de trabalho na fábrica de laminação a frio são perfilados e, por conseqüência, duas superfícies do produto plano são deformadas. Depois de deformação, o produto deformado pode ser bobinado para ser adicionalmente processado como um produto bobinado, mas o produto deformado pode também ser utilizado em processamento adicional como um produto plano deformado.
[009] A indentação no produto deformado em concordância com a presente invenção possui geometria de um favo de mel, de uma onda, de um triângulo, de um retângulo, de um círculo, de uma cruz, de uma linha, de uma ondulação ou qualquer combinação destas geometrias. A geometria da indentação é dependente da utilização do produto deformado, devido para o fato de que áreas no produto deformado com diferentes valores para propriedades mecânicas são criadas pela indentação. Fundamentado sobre diferentes valores para propriedades mecânicas o produto deformado possui, por exemplo, bom comportamento à fadiga como um material homogêneo com somente as propriedades de área dúctil.
[0010] Na utilização do efeito de endurecimento de TWIP (Twinning Induced Plasticity) ou de uma combinação do efeito de TRIP (Transformation Induced Plasticity) e do efeito de TWIP (Twinning Induced Plasticity) no produto deformado em concordância com a presente invenção, o nível de endurecimento depende do nível de deformação e, conseqüentemente, o nível de endurecimento se correlaciona para a profundidade da indentação. A profundidade de perfil para as indentações pode ser diferente em um rolo de deformação e, conseqüentemente, também a geometria das identações pode ser diferente. As identações a partir de uma lateral do produto plano podem ser deformadas com uma profundidade de até 30% calculando a partir da espessura inicial do produto plano. Em um caso quando é requerido reverter o efeito de endurecimento criado com a deformação do produto plano, o efeito de endurecimento é reversível com temperamento na temperatura na faixa de 900 0C - 1.250 0C, preferivelmente na faixa de 900 0C - 1.050 0C.
[0011] O produto deformado com pelo menos uma indentação em concordância com a presente patente de invenção pode ser utilizado como um componente pelo menos nas seguintes áreas alvo: • Uma lâmina (folha) ou bobina de alta resistência fabricada com um processo de formação relevante de retorno elástico (springback) para a construção de carroceria de carro automotivo. • Um componente relevante de segurança em uma construção de carroceria de carro automotivo como membros, pilares, capota, barra de torção, pára-choque, caixa de colisão (crashbox), canal, ou um componente de assento como um tubo transversal. • Um componente projetado para fadiga em uma carroceria de carro automotivo ou de veículo ferroviário como partes de chassi, braço de controle, amortecedor ou um domo de escora. • Um componente relevante de rigidez em um veículo ferroviário como uma parede lateral ou um assoalho. • Um tubo ou perfil para construções em ônibus, caminhões, veículos ferroviários ou construções de edifícios de aço.
[0012] O produto deformado fabricado em concordância com a presente invenção é descrito em maiores detalhes com referência para os Desenhos das Figuras acompanhantes a seguir.
[0013] A presente invenção irá agora ser descrita em maiores detalhes por intermédio dos desenhos, nos quais: A Figura 1 ilustra uma concretização preferida da presente invenção esquematicamente como uma vista de distorção observada a partir da lateral depois de deformação; A Figura 2 ilustra um ponto parcial e ampliado para a concretização da Figura 1; A Figura 3 ilustra o efeito de profundidade de indentações; e: A Figura 4 ilustra a comparação de propriedades entre o produto deformado da presente invenção e o material padrão deformado.
[0014] O material das Figuras 1 - 4 é um aço inoxidável austenítico possuindo o efeito de TWIP e contendo como os componentes principais com ferro em % em peso, 0,3% em peso de carbono, 16% em peso de manganês, 14% em peso de cromo, menos do que 0,5% em peso de níquel e 0,3% em peso de nitrogênio.
[0015] Em concordância com a Figura 1, uma tira plana (1) está correndo através de uma fábrica de laminação a frio, que é ilustrada por rolos de trabalho (2) e (3). Os rolos (2) e (3) são perfilados para criar indentações ambas na direção transversal para a direção de laminação e na direção paralela para a direção de laminação indentações as quais formam uma estrutura de favo de mel (4) sobre as superfícies da tira deformada (5).
[0016] Na Figura 2 é mostrada uma parte da tira deformada (5) da Figura 1. A espessura inicial da tira plana é mostrada como o numeral de referência (13) e a profundidade de uma indentação, com o valor de 30% como o número de referência (14). A tira deformada (5) com a espessura deformada (12) possui sobre as áreas não deformadas de superfície (15) com alta ductilidade e alto alongamento. As identações (16) criadas pelos rolos de trabalho (2) e (3) (Figura 1) da fábrica de laminação a frio formam altas áreas deformadas com alta resistência e alta dureza sobre as superfícies da tira deformada com a espessura (12).
[0017] A Figura 3 mostra resultados de testes em um sistema de coordenadas onde o eixo geométrico horizontal representa pontos de mensuração em uma amostra de teste que foi deformada em concordância com a presente invenção. A amostra de teste foi deformada em cinco áreas (21), (22), (23), (24) e (25) possuindo diferentes profundidades de indentação de 180 micrômetros, 80 micrômetros, 75 micrômetros, 90 micrômetros e 155 micrômetros, respectivamente. O eixo geométrico vertical do sistema de coordenadas representa dureza de Vickers local (HV1). Os resultados de teste da Figura 3 mostram que a dureza de Vickers (HV1) é diretamente proporcional para a profundidade de indentação na amostra de teste.
[0018] A Figura 4 mostra resultados de teste quando o alongamento (A80) e a resistência de rendimento (Rp0,2) foram mensurados a partir das amostras de teste onde as amostras de teste (presente invenção_1...5) foram deformadas de maneira tal a criar indentações sobre a superfície do material em concordância com a presente invenção. As outras amostras de teste (velhas_1...5) não foram deformadas devido para o fato da comparação. A Figura 4 mostra que as amostras de teste não deformadas possuem valores de alongamento maiores do que as amostras de teste deformadas, mas as amostras de teste não deformadas possuem uma diminuição essencial na resistência de rendimento quando comparadas com a amostra de teste deformada. A deformação para criação de indentações sobre a superfície do material consegue possuir tanto alta resistência e quanto alto alongamento simultaneamente.
Claims (16)
1. Método para fabricação de um componente de aço austenítico de TWIP ou de TRIP/TWIP, caracterizado pelo fato de que um produto plano (1) é deformado por consecução de pelo menos uma indentação (16) sobre pelo menos uma superfície do produto plano (1) de maneira tal a possuir no produto deformado (5) áreas de um aço de alta resistência embutido em uma matriz de um material dúctil.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a espessura inicial (13) do produto plano (1) antes de deformação é de 0,15 milímetros - 4,0 milímetros, preferivelmente de 0,8 milímetros - 2,0 milímetros.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a profundidade (14) da indentação é até de 30% calculando a partir da espessura inicial (13) do produto plano (1).
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o efeito de TWIP ou de TRIP/TWIP é diretamente proporcional para a profundidade de indentação (14).
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a deformação do produto plano (1) é laminação a frio de maneira tal que pelo menos um rolo (2, 3) é um rolo perfilado (2, 3) de maneira tal a criar duas ou mais indentações (16) na direção transversal para a direção de laminação com uma geometria desejada sobre a superfície do produto plano (1).
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a deformação do produto plano (1) é laminação a frio de maneira tal que pelo menos um rolo (2, 3) é um rolo perfilado (2, 3) de maneira tal a criar duas ou mais indentações (16) na direção paralela para a direção de laminação com uma geometria desejada sobre a superfície do produto plano (1).
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a deformação do produto plano (1) é de laminação a frio de maneira tal que pelo menos um rolo (2, 3) é um rolo perfilado (2, 3) de maneira tal a criar duas ou mais indentações (16) tanto na direção transversal para a direção de laminação quanto na direção paralela para a direção de laminação com uma geometria desejada sobre a superfície do produto plano (1).
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a indentação (16) possui a geometria de um favo de mel, de uma onda, de um triângulo, de um retângulo, de um círculo, de uma cruz, de uma linha, de uma ondulação, de uma teia de aranha ou qualquer combinação destas geometrias.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o efeito de endurecimento criado com a deformação do produto plano (1) é reversível com temperamento na temperatura na faixa de 900 0C - 1.250 0C, preferivelmente na faixa de 900 0C - 1.050 0C.
10. Utilização de um componente de aço austenítico de TWIP ou de TRIP/TWIP fabricado pelo método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de ser com indentações deformadas (16) possuindo áreas de um aço de alta resistência embutido em uma matriz de um material dúctil como lâmina ou bobina de alta resistência com um relevante retorno elástico para a construção de carroceria de carro automotivo.
11. Utilização de um componente de aço austenítico de TWIP ou de TRIP/TWIP fabricado pelo método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de ser com indentações deformadas (16) possuindo áreas de um aço de alta resistência embutido em uma matriz de um material dúctil como componente relevante de segurança em uma construção de carroceria de carro automotivo como membros, pilares, capota, barra de torção, pára-choque, caixa de colisão, canal.
12. Utilização de um componente de aço austenítico de TWIP ou de TRIP/TWIP fabricado pelo método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de ser com indentações deformadas (16) possuindo áreas de um aço de alta resistência embutido em uma matriz de um material dúctil como um componente de assento como um tubo transversal.
13. Utilização de um componente de aço austenítico de TWIP ou de TRIP/TWIP fabricado pelo método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de ser com indentações deformadas (16) possuindo áreas de um aço de alta resistência embutido em uma matriz de um material dúctil como um componente projetado para fadiga em uma carroceria de carro automotivo ou de veículo ferroviário como partes de chassi, braço de controle, amortecedor ou um domo de escora.
14. Utilização de um componente de aço austenítico de TWIP ou de TRIP/TWIP fabricado pelo método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de ser com indentações deformadas (16) possuindo áreas de um aço de alta resistência embutido em uma matriz de um material dúctil como um componente relevante de rigidez em um veículo ferroviário como uma parede lateral ou um assoalho.
15. Utilização de um componente de aço austenítico de TWIP ou de TRIP/TWIP fabricado pelo método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de ser com indentações deformadas (16) possuindo áreas de um aço de alta resistência embutido em uma matriz de um material dúctil como um tubo ou perfil para construções em ônibus, caminhões, veículos ferroviários.
16. Utilização de um componente de aço austenítico de TWIP ou de TRIP/TWIP fabricado pelo método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de ser com indentações deformadas (16) possuindo áreas de um aço de alta resistência embutido em uma matriz de um material dúctil como um tubo ou perfil para construções em construções de edifícios de aço.
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