BR112018006499B1 - Processo de conformação de um artigo feito a partir de uma liga de alumínio endurecível por envelhecimento por envelhecimento - Google Patents

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Abstract

PROCESSO DE CONFORMAÇÃO DE UM ARTIGO FEITO A PARTIR DE UMA LIGA DE ALUMÍNIO TERMOTRATÁVEL ENDURECÍVEL POR ENVELHECIMENTO ENDURECIDA, E, ARTIGO CONFORMADO. Trata-se de processos para conformar ligas de alumínio termotratáveis endurecíveis por envelhecimento endurecidas, tais como ligas de alumínio 2XXX, 6XXX e 7XXX endurecidas, ou artigos feito a partir de tais ligas, incluindo lâminas de liga de alumínio. Os processos envolvem aquecer o artigo, que pode estar em uma forma de uma lâmina ou um bloco bruto, antes e/ou simultaneamente com uma etapa de formação. Em alguns exemplos, a liga é aquecida a uma temperatura especificada na faixa de 125 a 425 °C a uma taxa de aquecimento especificada dentro da faixa de cerca de 3 a 200 °C/s, por exemplo, 3 a 90 °C/s ou 90 a 150 °C/s. Tal combinação da temperatura e da taxa de aquecimento pode resultar em uma combinação vantajosa de propriedades de artigo.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO
[001] O presente pedido reivindica prioridade e benefício de depósito ao Pedido de Patente Provisório de no de série U.S. 62/239.008 depositado em 8 de outubro de 2015, que é incorporado ao presente documento a título de referência em sua totalidade.
CAMPO DA INVENÇÃO
[002] A presente invenção refere-se ao campo de ligas de alumínio e campos relacionados.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[003] Ligas de alumínio combinam baixa densidade com força estrutural e resistência à ruptura, o que as torna atrativas para a produção de partes estruturais e de corpo na indústria de veículo motorizado. No entanto, ligas de alumínio têm conformabilidade inferior em comparação ao aço de qualidade de estampagem profunda. Em alguns casos, a conformabilidade relativamente baixa das ligas de alumínio pode induzir a dificuldades em obter projetos de parte satisfatórios e criar problemas com falhas devido à fratura ou rugosidade. A conformação a morno de chapas de liga de alumínio é usada na indústria de veículo motorizado para superar esses desafios, visto que as ligas de alumínio exibem conformabilidade aumentada em temperaturas elevadas. Em geral, a conformação a morno é o processo de deformação de metal em uma temperatura elevada. A conformação a morno pode maximizar a maleabilidade dos metais, mas pode criar seus próprios desafios. Em alguns casos, o aquecimento pode afetar negativamente as propriedades mecânicas de uma chapa de liga de alumínio. As chapas de liga de alumínio aquecidas podem exibir resistência diminuída durante as operações de estampagem, e as características de resistência diminuída podem persistir após o resfriamento da chapa de liga. O aquecimento das chapas de liga de alumínio também pode induzir ao afinamento aumentado das partes de liga de alumínio durante as operações de estampagem. Por exemplo, o aquecimento de uma liga de alumínio facilita processos de precipitação e dissolução dentro da liga, o que pode induzir à recristalização e ao crescimento de grão, que podem mudar a estrutura da liga e afetar negativamente suas propriedades mecânicas. Sabe-se que os processos acima ocorrem em ligas de alumínio endurecidas, por exemplo, ligas de série 6XXX em tratamento T6 ou T61, o que leva às características de resistência diminuída.
[004] Ligas de alumínio endurecíveis por envelhecimento termotratáveis, tais como ligas de alumínio 2XXX, 6XXX e 7XXX, que são frequentemente usadas para a produção de paneis em veículos motores, são tipicamente fornecidas ao fabricante na forma de uma chapa de alumínio em uma tratamento T4 dúctil, de modo a permitir que o fabricante produza os painéis automotivos desejados por estampagem ou prensagem, para produzir as partes de veículo motorizado funcionais que atendem às especificações de resistência exigidas, partes produzidas a partir de uma liga de alumínio em tratamento T4 são tipicamente tratadas termicamente após a produção e, subsequentemente, endurecidas por envelhecimento, natural ou artificialmente, para aumentar sua resistência. Por exemplo, as ligas de alumínio 6XXX podem ser artificialmente envelhecidas na temperatura elevada para converter a liga de alumínio em tratamentos T6 ou T61. As ligas de alumínio endurecidas têm conformabilidade diminuída, o que afeta negativamente a capacidade do fabricante de conforma-las. É desejável aprimorar a conformabilidade dessas ligas, por exemplo, elevando-se sua temperatura sem afetar negativamente sua estrutura e suas características mecânicas.
[005] Consequentemente, os fabricantes das partes de liga de alumínio estão em necessidade de processos aprimorados de conformação a morno para ligas de alumínio endurecidas, tais como as ligas em tratamentos T6 ou T61, para produzir o alumínio usado para produzir as partes.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[006] As modalidades cobertas pela invenção são definidas pelas reivindicações, não por este sumário. Este sumário é uma vista geral de alto nível de diversos aspectos da invenção e apresenta alguns dos conceitos que são adicionalmente descritos na seção de Descrição Detalhada abaixo. Este sumário não se destina a identificar recursos- chave ou essenciais da matéria reivindicada, tampouco se destina a ser usado de modo isolado para determinar o escopo da matéria reivindicada. A matéria deve ser entendida à título de referência às partes apropriadas do relatório descritivo inteiro, quaisquer ou todos os desenhos e cada reivindicação.
[007] São revelados processos para conformar ligas de alumínio endurecíveis por envelhecimento. Os processos revelados podem permitir tratamento térmico sob os parâmetros de aquecimento revelados para intensificar a conformabilidade da liga de alumínio, enquanto mantém as características de resistência apropriadas das ligas. Os processos descritos no presente documento também podem limitar o afinamento das partes de liga de alumínio durante a estampagem.
[008] Em alguns exemplos, os processos para conformar um artigo de liga de alumínio termotratáveis endurecíveis por envelhecimento incluem aquecer o artigo a uma temperatura na faixa de cerca de 125 °C a cerca de 425 °C a uma taxa de aquecimento especificada dentro da faixa de cerca de 3 °C/s a cerca de 600 °C/s, por exemplo cerca de 3 °C/s a cerca de 200 °C/s ou cerca de 3 °C/s a cerca de 90 °C/s, e, segundo, conformar o artigo. O aquecimento da liga de alumínio pode ser antes e/ou simultaneamente com uma etapa de conformação, em alguns casos, o aquecimento do artigo a uma temperatura pode incluir aquecer a uma temperatura de cerca de 125 °C a cerca de 325 °C, cerca de 150 °C a cerca de 250 °C, ou cerca de 150 °C a cerca de 200 °C. Tais combinações da temperatura e a taxa de aquecimento pode resultar em uma combinação vantajosa das propriedades da chapa de liga de alumínio ou bruto, tais como uma combinação de conformabilidade e resistência à tração no estado aquecido.
[009] Em alguns casos, o artigo é uma chapa. O artigo pode ser, em alguns casos, ligas de alumínio 2XXX, 6XXX e 7XXX. Em alguns casos, o artigo pode estar em tratamento T6 ou tratamento T61 antes da etapa de aquecimento. Em alguns casos, o artigo está em tratamento T61 após a etapa de aquecimento. Em outros casos, o artigo está em tratamento T6 após a etapa de aquecimento.
[0010] Em alguns casos, o tratamento térmico conduzido em parâmetros de aquecimento descritos no presente documento pode intensificar a conformabilidade da liga de alumínio, enquanto mantém sua resistência dentro de limites aceitáveis e limita o afinamento das partes de liga de alumínio durante a estampagem. Em alguns casos, o alongamento pode servir como um indicador de conformabilidade; chapas e artigos com maior alongamento podem ter conformabilidade satisfatória. Em alguns casos, a tensão de engenharia do artigo aquecido é 50 a 300, 200 MPa, ou cerca de 50 a 250 MPa, ou cerca de 50 a cerca de 200 MPa. Em alguns casos, de acordo com os processos descritos no presente documento, o alongamento do artigo pode ser aumentado em até cerca de 3% a cerca de 20% em comparação ao artigo antes do aquecimento. Em alguns casos, as características de resistência e a capacidade de envelhecimento da chapa de liga de alumínio aquecida ou artigo podem ser preservadas após o tratamento térmico.
[0011] Em alguns exemplos, o processo para conformar um artigo pode compreender opcionalmente uma etapa de resfriar o artigo conformado. Em alguns casos, o processo para conformar um artigo pode incluir opcionalmente uma segunda etapa de conformação após a etapa de resfriamento. Em alguns tais exemplos, o alongamento do artigo resultante da segunda etapa de conformação é entre cerca de 75% a cerca de 125% (por exemplo, 100% adicional) do alongamento do artigo aquecido resultante da primeira etapa de conformação. Em alguns exemplos, o alongamento de um artigo resultante de um processo que inclui uma segunda etapa de conformação pode ser maior em comparação ao alongamento de um artigo aquecido resultante de uma única etapa de conformação a morno.
[0012] Em alguns exemplos, o tratamento térmico é concluído por aquecimento por indução, embora outros processos de aquecimento possam ser empregados, conforme discutido mais adiante em mais detalhes. Os processos revelados podem ser incorporados nas linhas de produção e processos empregados no transporte e indústrias de veículo motorizado, por exemplo, a indústria de transporte para a fabricação de partes de alumínio, tais como painéis de corpo automotivo, ou partes de trens, aeronaves, navios, barcos e naves espaciais. Os processos revelados não são limitados à indústria automotiva ou, de modo mais geral, a indústria de veículo motorizado, e pode ser vantajosamente empregado em outras áreas que envolvem a fabricação de artigos de alumínio.
[0013] Outros objetos e vantagens da invenção serão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0014] A Figura 1 é uma plotagem de linha que mostra curvas de tensão-deformação de amostras de liga AA6016 em diferentes tratamentos, tratadas conforme o seguinte: A amostra T4 foi envelhecida em temperatura ambiente por 1 mês; a amostra T61 foi obtida a partir de uma amostra de tratamento T4 por tratamento térmico a 140 °C por 14 horas; a amostra T6 foi obtida a partir de uma amostra T4 por tratamento térmico a 180 °C por 14 horas. A deformação de engenharia (%) é plotada no eixo geométrico X. A tensão de engenharia (MPa) é plotada no eixo geométrico Y.
[0015] A Figura 2 é uma fotografia de um corpo de prova de liga de alumínio de amostra usado para ensaio de tração.
[0016] A Figura 3 é uma plotagem de linha que mostra as curvas de aquecimento de amostras de liga AA6016 na tratamento T4 aquecida a várias temperaturas (conforme indicado) por aquecimento por indução a uma taxa de 90 °C/s. As setas indicam o início de ensaio de tração. Tempo (segundos) é plotado no eixo geométrico X, temperatura (°C) é plotado no eixo geométrico Y.
[0017] A Figura 4 é uma plotagem de linha que mostra curvas de tensão-deformação de amostras de liga AA6016 em tratamento T61 aquecidas a várias temperaturas (conforme indicado) por aquecimento por indução a uma taxa de 90 °C/s. Uma curva de tensão-deformação de uma amostra de liga AA6016 em temperatura ambiente (“TA”) é também mostrada. A linha sólida vertical representa o alongamento total da amostra de temperatura ambiente (TA). A linha pontilhada vertical representa um aumento do alongamento total de 3%, em comparação ao alongamento total da amostra de temperatura ambiente. As porcentagens de alongamento em cada temperatura são mostradas. A deformação de engenharia (%) é plotada no eixo geométrico X. A tensão de engenharia (MPa) é plotada no eixo geométrico Y.
[0018] A Figura 5 é uma plotagem de linha que mostra curvas de tensão-deformação de amostras de liga AA6016 em tratamento T6 aquecida a várias temperaturas (conforme indicado) por aquecimento por indução a uma taxa de 90 °C/s. Uma curva de tensão-deformação de uma amostra de liga AA6016 em temperatura ambiente (“TA”) é também mostrada. A linha sólida vertical representa o alongamento total da amostra de temperatura ambiente (TA). A linha pontilhada vertical representa um aumento do alongamento total de 5%, em comparação ao alongamento total da amostra de temperatura ambiente. As porcentagens de alongamento em cada temperatura são mostradas. A deformação de engenharia (%) é plotada no eixo geométrico X, tensão de engenharia (MPa) é plotada no eixo geométrico Y,
[0019] A Figura 6 é uma plotagem de linha que mostra curvas de tensão-deformação de amostras de liga AA6016 em tratamento T61 aquecida a várias temperaturas (conforme indicado) por aquecimento por indução a uma taxa de 90 °C/s, temperado com água, e, subsequente ao tratamento com água, envelhecida por 1 semana em temperatura ambiente. O ensaio de tração foi conduzido em temperatura ambiente. Uma curva de tensão-deformação de uma amostra de liga AA6016 mantida em temperatura ambiente (“TA”) é também mostrada. A deformação de engenharia (%) é plotada no eixo geométrico X. A tensão de engenharia (MPa) é plotada no eixo geométrico Y.
[0020] A Figura 7 é uma plotagem de linha que mostra curvas de tensão-deformação de amostras de liga AA6016 em tratamento T6 aquecida a várias temperaturas (conforme indicado) por aquecimento por indução a uma taxa de 90 °C/s, temperado com água, e, subsequente ao tratamento com água, envelhecida por 1 semana em temperatura ambiente. O ensaio de tração foi conduzido em temperatura ambiente. Uma curva de tensão-deformação de uma amostra de liga AA6016 mantida em temperatura ambiente (“TA”) é também mostrada para propósitos de comparação. A deformação de engenharia (%) é plotada no eixo geométrico X. A tensão de engenharia (MPa) é plotada no eixo geométrico Y.
[0021] A Figura 8 é uma plotagem de linha que mostra curvas de tensão-deformação de amostras de liga AA6016 em tratamento T6 aquecida a várias temperaturas (conforme indicado) por aquecimento por indução em taxas de 90 °C/s ou 3 °C/s, temperada com água, e, subsequente ao tratamento com água, envelhecida por 1 semana: em temperatura ambiente. O ensaio de tração foi conduzido em temperatura ambiente. Uma curva de tensão-deformação de uma amostra de liga AA6016 mantida em temperatura ambiente (“TA”) e de uma amostra de liga AA6016 em tratamento T4 (“Ref T4”) são também mostradas. A deformação de engenharia (%) é plotada no eixo geométrico X. A tensão de engenharia (MPa) é plotada no eixo geométrico Y.
[0022] A Figura 9 é um gráfico em barras que mostra os resultados de medições de condutividade elétrica comparativa de amostras de liga AA6016 após o tratamento térmico de conformação a morno. Antes da medição de condutividade, as amostras em tratamento T6 foram aquecidas em várias temperaturas (conforme indicado) por aquecimento por indução em taxas de 90 °C/s (barra de histograma direita de cada par) e 3 °C/s (barra de histograma esquerda de cada par), temperadas com água, e subsequentemente envelhecidas por 1 semana em temperatura ambiente. A linha horizontal indica o nível de condutividade esperado de amostras AA6016 em tratamento T4. Temperatura (°C) é plotada no eixo geométrico X. Condutividade (MS/m) é plotada no eixo geométrico Y.
[0023] A Figura 10 é um gráfico em barras que mostra os resultados de medições de condutividade elétrica comparativa de amostras de liga AA6016 após o tratamento térmico de conformação a morno. Antes de uma medição de condutividade, amostras em tratamento T61 (barra de histograma esquerda de cada par) e tratamento T6 (barra de histograma direito de cada par) foram aquecidas em várias temperaturas (conforme indicado) por aquecimento por indução a uma taxa de 90 °C/s, temperadas com água, e subsequentemente envelhecidas por 1 semana em temperatura ambiente. A linha horizontal indica o nível de condutividade esperado de amostras AA6016 em tratamento T4. Temperatura (°C) é plotada no eixo geométrico X. Condutividade (MS/m) é plotada no eixo geométrico Y.
[0024] A Figura 11 é um gráfico de linha que mostra curvas de tensão-deformação de amostras de liga AA6016 aquecidas em tratamento T6 aquecidas a várias temperaturas (conforme indicado) por aquecimento por indução em taxa de 3 °C/s. A testada com tração foi conduzida na temperatura indicada. Uma curva de tensão-deformação de uma amostra de liga AA6016 em temperatura ambiente é também mostrada (“TA”). A deformação de engenharia (%) é plotada no eixo geométrico X. A tensão de engenharia (MPa) é plotada no eixo geométrico Y.
[0025] A Figura 12 é uma fotografia de uma liga estampada usada para teste. A liga mostrada na Figura 12 foi estampada em temperatura ambiente e falhou durante a conformação.
[0026] A Figura 13 é uma fotografia de uma liga estampada usada para teste. A liga mostrada na Figura 13 foi pré-aquecida a 200 °C e não falhou durante a conformação.
[0027] A Figura 14 é uma fotografia de uma liga estampada usada para teste. A liga mostrada na Figura 14 foi pré-aquecida a 250 °C e não falhou durante a conformação.
[0028] A Figura 15 é uma fotografia de uma liga estampada usada para teste. A liga mostrada na Figura 15 foi pré-aquecida a 350 °C e não falhou durante a conformação.
[0029] A Figura 16 é uma fotografia de uma liga estampada usada para teste. A liga mostrada na Figura 16 foi pré-aquecida a 200 °C e não falhou durante a conformação.
[0030] A Figura 17 é uma fotografia de uma liga estampada usada para teste. A liga mostrada na Figura 17 foi pré-aquecida a 250 °C e não falhou durante a conformação.
[0031] A Figura 18 é uma fotografia de uma liga estampada usada para teste. A liga mostrada na Figura 18 foi pré-aquecida a 350 °C e não falhou durante a conformação.
[0032] A Figura 19 é uma plotagem de linha que mostra a resultados de teste de resistência à tração das amostras de liga pré-aquecidas e formadas descritas nos Exemplos 5 e 6.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0033] Os termos “invenção”, “a invenção”, “esta invenção” e “a presente invenção”, usados no presente documento, se destinam a se referir, de maneira ampla, à toda matéria deste pedido de patente e às reivindicações abaixo. As declarações que contêm esses termos devem ser entendidas sem limitar a matéria descrita no presente documento ou sem limitar ao significado ou escopo das reivindicações de patente abaixo.
[0034] Nesta descrição, é feita referência a ligas identificadas por números AA e outras designações relacionadas, como “série” ou “7xxx”. Para um entendimento do sistema de designação numérica mais comumente usado na nomeação e identificação de alumínio e suas ligas, consultar “International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys” ou “Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot”, ambos publicados pela Associação de alumínio.
[0035] Conforme usado no presente documento, o significado de “um”, “uma”, “o” e “a” inclui referências singulares e plurais, a menos que o contexto dite claramente o contrário.
[0036] Nos exemplos a seguir, as ligas de alumínio são descritas em termos de sua composição elementar em porcentagem em peso (% em peso). Em cada liga, o restante é alumínio, com % em peso máximo de 0,15% para a soma de todas as impurezas.
[0037] A menos que especificado de outro modo no presente documento, a temperatura ambiente se refere a uma temperatura entre cerca de 20 °C a cerca de 25 °C, incluindo 20 °C, 21 °C, 22 °C, 23 °C, 24 °C ou 25 °C.
[0038] A menos que especificado de outro modo, tratamento térmico se refere, em geral, ao aquecimento uma chapa de liga ou artigo a uma temperatura suficiente para conformação a morno da chapa de liga ou artigo. O tratamento térmico para conformação a morno de pode ser conduzido antes e/ou simultaneamente com a etapa de conformação, de modo que a conformação seja realizada na chapa de liga de alumínio aquecida ou artigo.
LIGAS E ARTIGOS DE ALUMÍNIO
[0039] Os processos revelados podem ser realizados com qualquer liga de alumínio ou liga de alumínio endurecida por precipitação, por exemplo, uma liga de alumínio que contém Al, Mg, Si e, opcionalmente, Cu, e com a capacidade para exibir uma resposta de endurecimento por envelhecimento. As ligas de alumínio que podem ser submetidas aos processos revelados incluem ligas de alumínio endurecíveis por envelhecimento termotratáveis (por exemplo, ligas que podem ser fortalecidas pelo tratamento e/ou envelhecimento térmico), tais como ligas de séries 2XXX, 6XXX e 7XXX. Os exemplos não limitantes incluem AA6010, AA6013, AA6056, AA6111, AA6016, AA6014, AA6008, AA6005, AA6005A, AA6120, AA6170, AA7075, AA7085, AA7019, AA7022, AA7020, AA2013, AA2014, AA2008, AA2014, e AA2017 e AA2024.
[0040] As ligas de alumínio exemplificativas podem compreender os seguintes constituintes além de alumínio (todos expressos em porcentagem em peso (% em peso)): Si: 0,4 a 1,5 % em peso, Mg: 0,3 a 1,5 % em peso, Cu; 0 a 1,5 % em peso, Mn: 0 a 0,40 % em peso, e Cr: 0 a 0,30 % em peso. Em outro exemplo, as ligas de alumínio podem compreender os seguintes constituintes além de alumínio: Si: 0,5 a 1,4 % em peso, Mg: 0,4 a 1,4 % em peso, Cu: 0 a 1,4 % em peso, Mn: 0 a 0,35 % em peso, e Cr: 0 a 0,25 % em peso. Em ainda outro exemplo, as ligas de alumínio podem compreender os seguintes constituintes além de alumínio: Si: 0,6 a 1,3 % em peso, Mg: 0,5 a 1,3 % em peso, Cu: 0 a 1,3 % em peso, Mn: 0 a 0,30 % em peso, e Cr: 0 a 0,2 % em peso. Em ainda outro exemplo, as ligas de alumínio podem compreender os seguintes constituintes além de alumínio: Si: 0,7 a 1,2 % em peso, Mg: 0,6 a 1,2 % em peso, Cu: 0 a 1,2 % em peso, Mn: 0 a 0,25 % em peso, e Cr: 0 a 0,15 % em peso. A composição de uma liga de alumínio pode afetar sua resposta a tratamento térmico. Por exemplo, a resistência durante ou após o tratamento térmico pode ser afetada por uma quantidade de precipitados de Mg ou de Cu-Si-Mg presentes na liga.
[0041] Ligas de alumínio adequadas para uso nos métodos revelados podem ser fornecidos em estado endurecido. Em alguns casos, endurecimento para aumentar a resistência das ligas de alumínio envolve pelo menos as seguintes etapas: tratamento térmico de solubilização para alcançar a dissolução de fases solúveis, que ocorre quando a liga é tratada termicamente encharcando a liga em uma temperatura suficientemente alta e por um tempo longo o suficiente para alcançar uma solução sólida quase homogênea; tratamento para alcançar o desenvolvimento de supersaturação; e endurecimento por envelhecimento para alcançar precipitação de átomos solúveis tanto em temperatura ambiente (envelhecimento natural) como em temperatura elevada (envelhecimento artificial ou tratamento térmico por precipitação). “Envelhecimento artificial” ou “endurecimento por envelhecimento artificial” (que podem ser também denominados como “tratamento térmico por precipitação”) pode se referir a um tratamento a 115 a 190 °C por 5 a 48 horas para alcançar o aprimoramento de propriedades de resistência e dureza da liga de alumínio. “Envelhecimento natural” ou envelhecimento por envelhecimento natural” é o envelhecimento em temperatura ambiente, durante o qual a precipitação e um estado substancialmente estável é tipicamente alcançado dentro de um período de dias.
[0042] As ligas de alumínio adequadas podem ser fornecidas em tratamentos T6, T61 ou T5. A designação “T6” é uma designação de tratamento para ligas de alumínio em que a liga foi tratada termicamente com solução e então artificialmente envelhecida. Em comparação, a designação “tratamento T4” significa que uma liga de alumínio foi tratada termicamente com solução e naturalmente envelhecida a uma condição substancialmente estável (mas não foi artificialmente envelhecida). Uma liga de alumínio em tratamento T6 pode ter alongamento menor, mas tensão de escoamento maior do que a mesma liga em tratamento T4. O termo “tratamento T61” é usado no presente documento para denotar uma tratamento intermediária entre T4 e T6, com tensão de escoamento maior, mas alongamento menor que uma liga na tratamento T4, e com tensão de escoamento menor, mas alongamento maior do que na tratamento T6. “T5” é uma designação de tratamento para ligas de alumínio que foram resfriadas a partir de um processo de conformação de tratamento elevada e então artificialmente envelhecidas. Em alguns exemplos dos processos descritos no presente documento, a liga de alumínio permanece na mesma tratamento (por exemplo, T6, T61 ou T5) após a etapa de tratamento térmico que antes da etapa de tratamento térmico.
[0043] Os artigos de liga de alumínio que podem ser submetidos aos processos revelados de conformação a morno podem ser chamados de “artigo de partida” ou um “material de partida” e incluem chapas, placas, tubos, tubos, perfis e outros tão logo a taxa de aquecimento é alcançada. Os termos “artigo”, “material”, e “parte” podem ser usados de modo intercambiável no presente documento. Os processos revelados de conformação a morno podem ser usados em qualquer artigo de alumínio que possa ser endurecido por envelhecimento e tratado termicamente. Uma chapa de liga de alumínio que pode ser usada como um material de partida nos processos revelados pode ser produzida em forma de chapa em uma espessura desejada (medida), por exemplo, em uma espessura adequada para a produção de partes de veículo motorizado. Uma chapa de liga de alumínio pode ser uma chapa de alumínio laminada produzida a partir de liga de lingotes, tarugos, chapas, tiras de alumínio, ou similares.
[0044] Diferentes métodos podem ser empregados para produzir a chapa ou placa de alumínio visto que a mesma está em estado endurecido, tal como T6, T61 ou T5, antes do processo de conformação a morno. Por exemplo, a chapa de liga de alumínio pode ser produzida por um processo que compreende: fundição por resfriamento direto da liga de alumínio em um lingote; laminar a quente o lingote para produzir uma chapa; e, laminar a frio a chapa a uma medida final. A lingotamento contínuo ou fundição de chapa pode ser empregada em vez de fundição por resfriamento direto para produzir o material de partida que é processado em uma chapa. O processo de produção de chapa de liga de alumínio também pode incluir recozimento ou tratamento térmico de solubilização, o que significa que um processo de aquecimento da liga a uma temperatura adequada e manter a mesma nessa temperatura por tempo suficiente para fazer com que um ou mais constituintes entrem em uma solução sólida, e então resfriar a mesma rápido o suficiente para manter esses constituintes na solução. Em alguns casos, a chapa e/ou placa de liga de alumínio podem ter uma espessura de cerca de 0,4 mm a cerca de 10 mm, ou de cerca de 0,4 mm a cerca de 5 mm.
[0045] A chapa de liga de alumínio pode ser delaminada ou aplanada antes do desempenho dos processos revelados. A chapa de liga de alumínio pode ser seccionada, por exemplo, cortando-se a mesma em formas ou artigos de liga de alumínio precursor denominados “blocos em bruto”, tais como “blocos em bruto de estampagem”, que significam precursores para estampagem. “Brutos” ou “brutos de estampagem” são incluídos dentre os artigos que podem ser tratados de acordo com os processos revelados. O termo “artigo” ou “material” pode se referir aos artigos fornecidos antes de realizar os processos revelados, aos artigos que são tratados ou submetidos aos processos revelados, assim como aos artigos obtidos após os processos revelados, incluindo os artigos que foram submetidos a etapas ou processos adicionais. Por exemplo, um artigo pode ser pré- formado ou submetido a outros procedimentos, processos e etapas antes da conformação a morno de acordo com os processos revelados. Em outro exemplo, um artigo pode ser pós-formado ou submetido a outros procedimentos, processos e etapas após a conformação a morno de acordo com os processos revelados. Um artigo pode ser formado em um formato final após a conformação a morno que usa uma ou mais das etapas de estampagem e/ou estampagem profunda um artigo pode ser submetido a tratamento térmico de pós-conformação ou pintura após os processos revelados. Em outro exemplo, um artigo pode ser envelhecido para aumentar sua resistência. A artigos de liga de alumínio produzida no curso de realização dos processos revelados, que podem ser denominados como artigos ou produtos conformados, são incluídos dentro do escopo da invenção.
[0046] A artigos de liga de alumínio inclui artigos de liga de alumínio conformados bi ou tridimensionalmente. Um exemplo do artigo de liga é chapa delaminada ou aplanada, outro exemplo é um artigo plano cortado a partir de uma chapa, sem conformação adicional. Um outro exemplo é um artigo de liga de alumínio não plano produzido por um processo que envolve uma ou mais etapas de conformação tridimensionais, tal como flexão, estampagem, prensagem, conformação por prensa ou estampagem profunda. Tal artigo de liga de alumínio não planar pode ser denominado “estampado”, “prensado”, “formado por prensa”, “estampado profundamente”, “tridimensionalmente formado” ou outros termos similares. Antes de ser conformado de acordo com os processos revelados de conformação a morno, um artigo de liga de alumínio pode ser pré-formado por outro processo, etapa de “conformação a morno” ou “conformação a frio” ou uma combinação de etapas. “Conformação a frio” significa que nenhum calor adicional é aplicado ao artigo antes ou durante a conformação. Os artigos de liga de alumínio produzidos com o uso dos processos revelados, que podem ser denominados como artigos ou produtos conformados, são incluídos dentro dos exemplos descritos no presente documento.
[0047] Os processos revelados pode ser vantajosamente empregados no transporte e indústrias de veículo motorizado, incluindo, porém, sem limitação, fabricação automotiva, fabricação de caminhão, fabricação de navios e barcos, fabricação de trens, aeronaves e fabricação de nave espacial. Alguns exemplos não limitadores das partes de veículo motorizado incluem painéis de piso, paredes traseiras, osciladores, capôs de motor, para-lamas, tetos, painéis de porta, pilares B, longarinas, lados de corpo, osciladores ou membros de batida. O termo “veículo motorizado” e os termos relacionados conforme usado no presente documento não são limitados aos automóveis e incluem várias classes de veículo, tais como, automóveis, carros, ônibus, motocicletas, veículos marinhos, veículos fora de estrada, caminhões leves, caminhões ou carretas. No entanto, artigos de liga de alumínio não são limitados às partes de veículo motorizado; outros tipos de artigos de alumínio fabricados de acordo com os processos descritos neste pedido são previstos. Por exemplo, os processos revelados podem ser vantajosamente empregados na fabricação de várias partes de dispositivos mecânicos e outros dispositivos ou maquinário, incluindo armas, ferramentas, corpos de dispositivos eletrônicos e outras partes e dispositivos,
[0048] Os artigos de liga de alumínio podem ser compreendidos ou montados a partir de múltiplas partes. Por exemplo, as partes de veículo motorizado podem ser montadas a partir de mais que uma parte (tal como um capota de automóvel, que tem um painel interno e um painel externo, ou uma porta de automóvel, que tem um painel interno e um painel externo, ou um pelo menos corpo de veículo parcialmente motorizado montado que tem múltiplos painéis). Ademais, tais artigos de liga de alumínio compreendidos ou montados a partir de múltiplas partes podem ser adequados para os processos revelados de conformação a morno depois que os mesmos são montados ou parcialmente montados. Além disso, em alguns casos, os artigos de liga de alumínio podem conter seções ou partes de não alumínio, tais como partes ou seções que contêm ou fabricadas a partir de outros metais ou ligas metálicas (por exemplo, ligas de titânio ou aço). Em alguns exemplos, artigos de liga de alumínio podem ter uma estrutura interna e de revestimento, com uma camada de revestimento em um ou ambos os lados da camada interna.
AQUECIMENTO
[0049] A conformação de chapas ou artigos de alumínio feitos a partir de tais chapas envolve aquecer as ligas, as chapas, ou os artigos. Em alguns exemplos, o aquecimento das chapas ou os artigos é realizado a uma temperatura especificada ou a uma temperatura dentro de uma faixa especificada e a uma taxa de aquecimento especificada ou a uma taxa de aquecimento dentro de uma faixa especificada. Temperaturas, taxas de aquecimento ou suas faixas, ou combinações das mesmas, podem ser denominadas como “parâmetros de aquecimento.” Nos processos descritos no presente documento, a chapa ou o artigo é aquecido a uma temperatura de cerca de 125 a 425 °C, 150 a 425 °C, 175 a 425 °C, 200 a 425 °C, 225 a 425 °C, 250 a 425 °C, 275 a 425 °C, 300 a 425 °C, 325 a 400 °C, 350 a 400 °C, 375 a 400 °C, 125 a 375 °C, 125 a 375 °C, 150 a 375 °C, 175 a 375 °C, 200 a 375 °C, 225 a 375 °C, 250 a 375 °C, 275 a 375 °C, 300 a 375 °C, 325 a 375 °C, 350 a 375 °C, 125 a 350 °C, 150 a 350 °C, 175 a 350 °C, 200 a 350 °C, 225 a 350 °C, 250 a 350 °C, 275 a 350 °C, 300 a 350 °C, 325 a 350 °C, 125 a 325 °C, 150 a 325 °C, 175 a 325 °C, 200 a 325 °C, 225 a 325 °C, 250 a 325 °C, 275 a 325 °C, 300 a 325 °C, 125 a 300 °C, 150 a 300 °C, 175 a 300 °C, 200 a 300 °C, 225 a 300 °C, 250 a 300 °C, 275 a 300 °C, 125 a 275 °C, 150 a 275 °C, 175 a 275 °C, 200 a 275 °C, 225 a 275 °C, 250 a 275 °C, 125 a 250 °C, 150 a 250 °C, 175 a 250 °C, 200 a 250 °C, 225 a 250 °C, 250 a 275 °C, 125 a 225 °C, 150 a 225 °C, 175 a 225 °C, 200 a 225 °C, 125 a 200 °C, 150 a 200 °C, 175 a 200 °C, 125 a 175 °C, 150 a 175 °C ou 125 a 150 °C, por exemplo, até cerca de 150 °C, 175 °C, 200 °C, 225 °C, 250 °C, 275 °C, 300 °C, 325 °C ou 350 °C.
[0050] Uma taxa de aquecimento de 3 a 90 °C/s, 10 a 90 °C/s, 20 a 90 °C/s, 30 a 90 °C/s, 40 a 90 °C/s, 50 a 90 °C/s, 60 a 90 °C/s, 70 a 90 °C/s ou 80 a 90 °C/s pode ser usada nos métodos revelados. Em alguns exemplos, uma taxa de aquecimento de cerca de 90 °C/s é empregada. Em outros exemplos, uma taxa de aquecimento de cerca de 3oC/s é empregada. Em alguns exemplos, uma taxa de aquecimento de cerca de 3 °C/s a cerca de 100 °C/s, cerca de 3 °C/s a cerca de 110 °C/s, cerca de 3 °C/s a cerca de 120 °C/s, cerca de 3 °C/s a cerca de 150 °C/s, cerca de 3 °C/s a cerca de 160 °C/s, cerca de 3 °C/s a cerca de 170 °C/s, cerca de 3 °C/s a cerca de 180 °C/s, cerca de 3 °C/s a cerca de 190 °C/s, ou cerca de 3 °C/s a cerca de 200 °C/s pode ser empregada. Em outros exemplos, uma taxa de aquecimento de cerca de 90 °C/s a cerca de 150 °C/s pode ser empregada. Em outros exemplos, uma taxa de aquecimento de cerca de 200 °C/s a cerca de 600 °C/s pode ser empregada. Por exemplo, uma taxa de aquecimento de cerca de 200 °C/s a cerca de 250 °C/s, 300 °C/s, 350 °C/s, 400 °C/s, 450 °C/s, 500 °C/s, 550 °C/s, ou 600 °C/s pode ser empregada. Uma pessoa de habilidade comum na técnica pode ajustar a taxa de aquecimento com equipamento disponível dependendo das propriedades desejadas da chapa ou do artigo.
[0051] Vários parâmetros de aquecimento podem ser empregados nos processos de aquecimento. Em um exemplo, uma taxa de aquecimento de cerca de 90oC/s a uma temperatura de 125 a 425 °C é empregada. Em outro exemplo, uma taxa de aquecimento de cerca de 90 °C/s a uma temperatura de 125 a 325 °C é empregada. Em ainda outro exemplo, uma taxa de aquecimento de cerca de 90 °C/s a uma temperatura de 150 a 250 °C é empregada. Em outro exemplo, uma taxa de aquecimento de cerca de 90 °C/s a uma temperatura de 200 a 250 °C é empregada. Em outro exemplo, uma taxa de aquecimento de cerca de 3 °C/s a uma temperatura de 200 a 250 °C é empregada. Esses exemplos são destinados como exemplos, em vez de limitar as diferentes temperaturas e taxas de aquecimento descritas de outro modo no presente documento. Os parâmetros de aquecimento são selecionados com base em uma variedade de fatores, tais como uma combinação desejada das propriedades da liga de alumínio ou artigo de liga de alumínio. As temperaturas e faixas de temperatura acima são usadas para indicar a temperatura “aquecida”. Nos processos revelados, o processo de aquecimento, tal como aquecimento por indução, é aplicado a uma chapa ou artigo até que a temperatura “aquecida” seja alcançada. Em outras palavras, a temperatura “aquecida” é a temperatura à qual a chapa ou artigo é aquecido antes da etapa de conformação. A temperatura “aquecida” pode ser mantida durante a etapa de conformação por um processo de aquecimento apropriado, ou o processo de aquecimento pode ser interrompido antes da etapa de conformação, em cujo caso a temperatura da chapa ou artigo durante a etapa de conformação pode ser menor do que a temperatura “aquecida” especificada. A temperatura da chapa ou artigo pode ou não ser monitorada por procedimentos e instrumentos apropriados. Por exemplo, se a temperatura não for monitorada, a temperatura “aquecida” pode ser uma temperatura calculada e/ou temperatura experimentalmente deduzida.
[0052] A taxa de aquecimento pode ser alcançada escolhendo-se um tratamento térmico apropriado, processo de aquecimento ou sistema para aquecer a chapa de liga de alumínio. Em geral, o aquecimento processo ou sistema empregado deve entregar energia suficiente para alcançar as taxas de aquecimento especificadas acima. Por exemplo, o aquecimento pode ser concluído por aquecimento por indução. Alguns outros exemplos não limitadores de processos de aquecimento que podem ser empregados são aquecimento por contato, aquecimento por resistência, aquecimento por radiação infravermelha, aquecimento por queimador a gás, e aquecimento resistivo direto. Em geral, o projeto e otimização do sistema e protocolo de aquecimento podem ser realizados para gerenciar o fluxo de calor e/ou para alcançar as características desejadas da chapa ou artigo.
PROPRIEDADES
[0053] O aquecimento da chapa ou artigo nos processos conforme revelado no presente documento resulta em uma combinação vantajosa de propriedades. Por exemplo, uma combinação vantajosa de propriedades de conformabilidade e resistência da chapa ou do artigo é obtida. Em alguns outros casos, a chapa também pode exibir vantajosamente baixo afinamento durante a conformação. Além disso, a chapa ou o artigo permanece no mesmo estado metalúrgico antes e após o aquecimento e preserva determinadas propriedades e comportamentos, uma vez resfriado, em comparação às propriedades possuídas pela chapa ou pelo artigo antes do aquecimento.
[0054] Os processos revelados intensificam a conformabilidade da chapa ou do artigo. A conformabilidade de uma chapa ou um artigo é uma medição da quantidade de deformação que o mesmo pode suportar antes de fratura ou afinamento excessivo. O alongamento pode servir como um indicador de conformabilidade; chapas e artigos com maior alongamento têm conformabilidade satisfatória. Em geral, alongamento se refere à extensão à qual um material pode ser dobrado, estirado ou comprimido antes de sua ruptura. O alongamento de uma chapa ou artigo e outras propriedades que influenciam a conformabilidade, resultam do processo de conformação e a qualidade dos produtos resultantes pode ser determinada por ensaio de tração.
[0055] O ensaio de tração de amostras é conduzido de acordo com procedimentos padronizados conhecidos na área de ciência de material descrita nas publicações relevantes, tais como aquelas fornecidas pela Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM), ASTM E8/EM8 (DOI; 10.1520/E0008 E0008M-15A) intitulada “Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials” especifica procedimentos de ensaio de tração para materiais metálicos. Brevemente, o ensaio de tração é conduzido em uma máquina de ensaio de tração padrão conhecida por um técnico no assunto. Uma amostra é tipicamente um corpo de prova plano de formato padrão que tem dois rebordos (que podem ser prontamente agarrados pela máquina) e uma área de medida de um corte transversal menor. Durante o teste, o corpo de prova é colocado na máquina de teste e estendido de modo uniaxial até que o mesmo frature, enquanto o alongamento da seção de medida do corpo de prova de liga é registrado com a força aplicada. O alongamento é a quantidade de estiramento permanente de um corpo de prova e é medido como o aumento do comprimento de medida de um corpo de prova de teste. O comprimento de medida do corpo de prova de teste é especificado devido ao fato de que o mesmo influencia o valor de alongamento. Algumas propriedades medidas durante ensaio de tração e usadas para caracterizar a liga de alumínio são tensão de engenharia, deformação de engenharia e alongamento na ruptura. A medição de alongamento pode ser usada para avaliar a “deformação de engenharia”, ou a razão da mudança de comprimento da medida ao comprimento original. A deformação de engenharia pode ser relatada em por cento (%). O alongamento na ruptura, que também pode ser relatado como alongamento total, é a quantidade de deformação de engenharia na fratura do corpo de prova. A tensão de engenharia é calculada dividindo-se a carga aplicada ao corpo de prova pela área de corte transversal original do corpo de prova de teste. Os pontos de dados de deformação de engenharia e tensão de engenharia podem ser representados em gráfico em uma curva de tensão-deformação.
[0056] A etapa de aquecimento empregada nos processos de conformação a morno revelados aprimora o alongamento da chapa ou do artigo, em comparação à mesma chapa ou artigo em temperatura ambiente. Por exemplo, a etapa de aquecimento pode aprimorar o alongamento da chapa ou artigo em até cerca de 10%, em até cerca de 7,5%, em até cerca de 5,5%, em até cerca de 5%, em até cerca de 4,5%, em até cerca de 3%, em pelo menos cerca de 2,5%, em pelo menos cerca de 3%, em pelo menos cerca de 3,5%, em cerca de 2,5 a 10%, em cerca de 3 a 10%, em cerca de 3,5 a 10%, em cerca de 4 a 10%, em cerca de 4,5 a 10%, em cerca de 5 a 10%, em cerca de 7,5 a 10%, em cerca de 2,5 a 7,5%, em cerca de 3 a 7,5%, em cerca de 3,5 a 7,5%, em cerca de 4 a 7,5%, em cerca de 4,5 a 7,5%, em cerca de 5 a 7,5%, em cerca de 2,5 a 5,5%, em cerca de 3 a 5,5%, em cerca de 3,5 a 5,5%, em cerca de 4 a 5,5%, em cerca de 4,5 a 5,5%, em cerca de 2,5 a 5%, em cerca de 2,5 a 5%, em cerca de 3 a 5%, em cerca de 3,5 a 5%, em cerca de 4 a 5%, em cerca de 4,5 a 5%, em cerca de 2,5 a 4,5%, em cerca de 3 a 4,5%, em cerca de 3,5 a 4,5%, em cerca de 4 a 4,5%, em cerca de 2,5 a 4%, em cerca de 3 a 4%, em cerca de 3,5 a 4%, em cerca de 2,5 a 3,5% ou em cerca de 3 a 3,5%, em comparação à chapa ou artigo antes do aquecimento. Em alguns casos, o alongamento da chapa ou artigo é aprimorado em cerca de 3, 3,25, 4, 4,25, 4,5, 4,75 ou 5%. Em alguns casos, o aquecimento da chapa ou artigo resulta em alongamento (medido como deformação de engenharia) de pelo menos cerca de 10%, pelo menos cerca de 20%, pelo menos cerca de 25%, pelo menos cerca de 30% ou até cerca de 35%, cerca de 15 a 35%, 20 a 35%, 25 a 35%, 30 a 35%, 15 a 30%, 20 a 30%, 25 a 30%, 15 a 25%, 20 a 25%, ou 15 a 20%.
[0057] A etapa de aquecimento empregada nos processos de conformação a morno revelados aprimora o alongamento da chapa ou do artigo aquecido enquanto preserva as propriedades de resistência (por exemplo, resistência à tração, medida como tensão de engenharia) dentro de uma faixa adequada para processos de conformação industriais. Por exemplo, a chapa de alumínio ou artigo aquecido pode ter uma resistência à tração (medida como deformação de engenharia durante ensaio de tração) de pelo menos cerca de 50 MPa, pelo menos cerca de 60 MPa, pelo menos cerca de 70 MPa, pelo menos cerca de 80 MPa, pelo menos cerca de 90 MPa, pelo menos cerca de 100 MPa, pelo menos cerca de 110 MPa, pelo menos cerca de 120 MPa, pelo menos cerca de 130 MPa, pelo menos cerca de 140 MPa, pelo menos cerca de 150 MPa, pelo menos cerca de 160 MPa, pelo menos cerca de 170 MPa, pelo menos cerca de 180 MPa, pelo menos cerca de 190 MPa, pelo menos cerca de 200 MPa, pelo menos cerca de 210 MPa, pelo menos cerca de 220 MPa, pelo menos cerca de 230 MPa, pelo menos cerca de 240 MPa, pelo menos cerca de 250 MPa, pelo menos cerca de 260 MPa, pelo menos cerca de 270 MPa, pelo menos cerca de 280 MPa, pelo menos cerca de 290 MPa, pelo menos cerca de 300 MPa, pelo menos cerca de 310 MPa, pelo menos cerca de 320 MPa, pelo menos cerca de 330 MPa, pelo menos cerca de 340 MPa, pelo menos cerca de 350 MPa, pelo menos cerca de 360 MPa, pelo menos cerca de 370 MPa, pelo menos cerca de 380 MPa, pelo menos cerca de 390 MPa, pelo menos cerca de 400 MPa, pelo menos cerca de 410 MPa, pelo menos cerca de 420 MPa, pelo menos cerca de 430 MPa, pelo menos cerca de 440 MPa, pelo menos cerca de 450 MPa, pelo menos cerca de 460 MPa, pelo menos cerca de 470 MPa, pelo menos cerca de 480 MPa, pelo menos cerca de 490 MPa, pelo menos cerca de 500 MPa, pelo menos cerca de 510 MPa, pelo menos cerca de 520 MPa, pelo menos cerca de 530 MPa, pelo menos cerca de 540 MPa, pelo menos cerca de 550 MPa, pelo menos cerca de 560 MPa, pelo menos cerca de 570 MPa, pelo menos cerca de 580 MPa, pelo menos cerca de 590 MPa, pelo menos cerca de 600 MPa, cerca de 50 a 200 MPa, cerca de 50 a 190 MPa, cerca de 50 a 180 MPa, cerca de 50 a 170 MPa, cerca de 50 a 160 MPa cerca de 50 a 150 MPa, cerca de 50 a 140 MPa, cerca de 50 a 130 MPa, cerca de 50 a 120 MPa, cerca de 50 a 110 MPa, cerca de 50 a 100 MPa, cerca de 50 a 90 MPa, cerca de 50 a 80 MPa, cerca de 50 a 70 MPa, cerca de 50 a 60 MPa, cerca de 60 a 200 MPa, cerca de 60 a 190 MPa, cerca de 60 a 180 MPa, cerca de 60 a 170 MPa, cerca de 60 a 160 MPa cerca de 60 a 150 MPa, cerca de 60 a 140 MPa, cerca de 60 a 130 MPa, cerca de 60 a 120 MPa, cerca de 60 a 110 MPa, cerca de 60 a 100 MPa, cerca de 60 a 90 MPa, cerca de 60 a 80 MPa, cerca de 60 a 70 MPa, cerca de 70 a 200 MPa, cerca de 70 a 190 MPa, cerca de 70 a 180 MPa, cerca de 70 a 170 MPa, cerca de 70 a 160 MPa cerca de 70 a 150 MPa, cerca de 70 a 140 MPa, cerca de 70 a 130 MPa, cerca de 70 a 120 MPa, cerca de 70 a 110 MPa, cerca de 70 a 100 MPa, cerca de 70 a 90 MPa, cerca de 70 a 80 MPa, cerca de 80 a 200 MPa, cerca de 80 a 190 MPa, cerca de 80 a 180 MPa, cerca de 80 a 1 70 MPa, cerca de 80 a 160 MPa cerca de 80 a 150 MPa, cerca de 80 a 140 MPa, cerca de 80 a 130 MPa, cerca de 80 a 120 MPa, cerca de 80 a 110 MPa, cerca de 80 a 100 MPa, cerca de 80 a 90 MPa, cerca de 90 a 200 MPa, cerca de 90 a 190 MPa, cerca de 90 a 180 MPa, cerca de 90 a 170 MPa, cerca de 90 a 160 MPa cerca de 90 a 150 MPa, cerca de 90 a 140 MPa, cerca de 90 a 130 MPa, cerca de 90 a 120 MPa, cerca de 90 a 110 MPa, cerca de 90 a 100 MPa, cerca de 100 a 200 MPa, cerca de 100 a 190 MPa, cerca de 100 a 180 MPa, cerca de 100 a 170 MPa, cerca de 100 a 160 MPa, cerca de 100 a 150 MPa, cerca de 100 a 140 MPa, cerca de 100 a 130 MPa, cerca de 100 a 120 MPa, cerca de 100 a 110 MPa, cerca de 110 a 200 MPa, cerca de 110 a 190 MPa, cerca de 110 a 180 MPa, cerca de 110 a 170 MPa, cerca de 110 a 160 MPa cerca de 110 a 150 MPa, cerca de 110 a 140 MPa, cerca de 110 a 130 MPa, cerca de 110 a 120 MPa, cerca de 120 a 200 MPa, cerca de 120 a 190 MPa, cerca de 120 a 180 MPa, cerca de 120 a 170 MPa, cerca de 120 a 160 MPa cerca de 120 a 150 MPa, cerca de 120 a 140 MPa, cerca de 120 a 130 MPa, cerca de 130 a 200 MPa, cerca de 130 a 190 MPa, cerca de 130 a 180 MPa, cerca de 130 a 170 MPa, cerca de 130 a 160 MPa cerca de 130 a 150 MPa, cerca de 130 a 140 MPa, 140 a 200 MPa, cerca de 140 a 190 MPa, cerca de 140 a 180 MPa, cerca de 140 a 170 MPa, cerca de 140 a 160 MPa cerca de 140 a 150 MPa, 150 a 200 MPa, cerca de 150 a 190 MPa, cerca de 150 a 180 MPa, cerca de 150 a 170 MPa, cerca de 150 a 160 MPa, 160 a 200 MPa, cerca de 160 a 190 MPa, cerca de 160 a 180 MPa, cerca de 160 a 170 MPa, 170 a 200 MPa, cerca de 170 a 190 MPa, cerca de 170 a 180 MPa, 180 a 200 MPa ou cerca de 180 a 190 MPa, cerca de 190 a 200 MPa, cerca de 200 a 250 MPa, cerca de 200 a 240 MPa, cerca de 200 a 230 MPa, cerca de 200 a 120 MPa, cerca de 200 a 210 MPa, cerca de 210 a 250 MPa, cerca de 210 a 240 MPa, cerca de 210 a 230 MPa, cerca de 210 a 220 MPa, cerca de 220 a 250 MPa, cerca de 220 a 240 MPa, cerca de 220 a 230 MPa, cerca de 230 a 250 MPa, cerca de 230 a 240 MPa, cerca de 240 a 250 MPa, cerca de 250 a 400 MPa, cerca de 250 a 390 MPa, cerca de 250 a 380 MPa, cerca de 250 a 370 MPa, cerca de 250 a 360 MPa cerca de 250 a 350 MPa, cerca de 250 a 340 MPa, cerca de 250 a 330 MPa, cerca de 250 a 320 MPa, cerca de 250 a 310 MPa, cerca de 250 a 300 MPa, cerca de 250 a 290 MPa, cerca de 250 a 280 MPa, cerca de 250 a 270 MPa, cerca de 250 a 260 MPa, cerca de 260 a 400 MPa, cerca de 260 a 390 MPa, cerca de 260 a 380 MPa, cerca de 260 a 370 MPa, cerca de 260 a 360 MPa cerca de 260 a 350 MPa, cerca de 260 a 340 MPa, cerca de 260 a 330 MPa, cerca de 260 a 320 MPa, cerca de 260 a 310 MPa, cerca de 260 a 300 MPa, cerca de 260 a 290 MPa, cerca de 260 a 280 MPa, cerca de 260 a 270 MPa, cerca de 270 a 400 MPa, cerca de 270 a 390 MPa, cerca de 270 a 380 MPa, cerca de 270 a 370 MPa, cerca de 270 a 360 MPa cerca de 270 a 350 MPa, cerca de 270 a 340 MPa, cerca de 270 a 330 MPa, cerca de 270 a 320 MPa, cerca de 270 a 310 MPa, cerca de 270 a 300 MPa, cerca de 270 a 290 MPa, cerca de 270 a 280 MPa, cerca de 280 a 400 MPa, cerca de 280 a 390 MPa, cerca de 280 a 380 MPa, cerca de 280 a 370 MPa, cerca de 280 a 360 MPa cerca de 280 a 350 MPa, cerca de 280 a 340 MPa, cerca de 280 a 330 MPa, cerca de 280 a 320 MPa, cerca de 280 a 310 MPa, cerca de 280 a 300 MPa, cerca de 280 a 290 MPa, cerca de 290 a 400 MPa, cerca de 290 a 390 MPa, cerca de 290 a 380 MPa, cerca de 290 a 370 MPa, cerca de 290 a 360 MPa cerca de 290 a 350 MPa, cerca de 290 a 340 MPa, cerca de 290 a 330 MPa, cerca de 290 a 320 MPa, cerca de 290 a 310 MPa, cerca de 290 a 300 MPa, cerca de 300 a 300 MPa, cerca de 300 a 390 MPa, cerca de 300 a 380 MPa, cerca de 300 a 370 MPa, cerca de 300 a 360 MPa cerca de 300 a 350 MPa, cerca de 300 a 340 MPa, cerca de 300 a 330 MPa, cerca de 300 a 320 MPa, cerca de 300 a 310 MPa, cerca de 310 a 400 MPa, cerca de 310 a 390 MPa, cerca de 310 a 380 MPa, cerca de 310 a 370 MPa, cerca de 310 a 360 MPa cerca de 310 a 350 MPa, cerca de 310 a 340 MPa, cerca de 310 a 330 MPa, cerca de 310 a 320 MPa, cerca de 320 a 400 MPa, cerca de 320 a 390 MPa, cerca de 320 a 380 MPa, cerca de 320 a 370 MPa, cerca de 320 a 360 MPa cerca de 320 a 350 MPa, cerca de 320 a 340 MPa, cerca de 320 a 330 MPa, cerca de 330 a 400 MPa, cerca de 330 a 390 MPa, cerca de 330 a 380 MPa, cerca de 330 a 370 MPa, cerca de 330 a 360 MPa cerca de 330 a 350 MPa, cerca de 330 a 340 MPa, 340 a 400 MPa, cerca de 340 a 390 MPa, cerca de 340 a 380 MPa, cerca de 340 a 370 MPa, cerca de 340 a 360 MPa cerca de 340 a 350 MPa, 350 a 400 MPa, cerca de 350 a 390 MPa, cerca de 350 a 380 MPa, cerca de 350 a 370 MPa, cerca de 350 a 360 MPa, 360 a 400 MPa, cerca de 360 a 390 MPa, cerca de 360 a 380 MPa, cerca de 360 a 370 MPa, 370 a 400 MPa, cerca de 370 a 390 MPa, cerca de 370 a 380 MPa, 380 a 400 MPa ou cerca de 380 a 390 MPa, cerca de 390 a 400 MPa, cerca de 400 a 450 MPa, cerca de 400 a 440 MPa, cerca de 400 a 430 MPa, cerca de 400 a 420 MPa, cerca de 400 a 410 MPa, cerca de 410 a 450 MPa, cerca de 410 a 440 MPa, cerca de 410 a 430 MPa, cerca de 410 a 420 MPa, cerca de 420 a 450 MPa, cerca de 420 a 440 MPa, cerca de 420 a 430 MPa, cerca de 430 a 450 MPa, cerca de 430 a 440 MPa, cerca de 440 a 450 MPa, cerca de 450 a 600 MPa, cerca de 450 a 590 MPa, cerca de 450 a 580 MPa, cerca de 450 a 570 MPa, cerca de 450 a 560 MPa cerca de 450 a 550 MPa, cerca de 450 a 540 MPa, cerca de 450 a 530 MPa, cerca de 450 a 520 MPa, cerca de 450 a 510 MPa, cerca de 450 a 500 MPa, cerca de 450 a 490 MPa, cerca de 450 a 480 MPa, cerca de 450 a 470 MPa, cerca de 450 a 460 MPa, cerca de 460 a 600 MPa, cerca de 460 a 590 MPa, cerca de 460 a 580 MPa, cerca de 460 a 570 MPa, cerca de 460 a 560 MPa cerca de 460 a 550 MPa, cerca de 460 a 540 MPa, cerca de 460 a 530 MPa, cerca de 460 a 520 MPa, cerca de 460 a 510 MPa, cerca de 460 a 500 MPa, cerca de 460 a 490 MPa, cerca de 460 a 480 MPa, cerca de 460 a 470 MPa, cerca de 470 a 600 MPa, cerca de 470 a 590 MPa, cerca de 470 a 580 MPa, cerca de 470 a 570 MPa, cerca de 470 a 560 MPa cerca de 470 a 550 MPa, cerca de 470 a 540 MPa, cerca de 470 a 530 MPa, cerca de 470 a 520 MPa, cerca de 470 a 510 MPa, cerca de 470 a 500 MPa, cerca de 470 a 490 MPa, cerca de 470 a 480 MPa, cerca de 480 a 600 MPa, cerca de 480 a 590 MPa, cerca de 480 a 580 MPa, cerca de 480 a 570 MPa, cerca de 480 a 560 MPa cerca de 480 a 550 MPa, cerca de 480 a 540 MPa, cerca de 480 a 530 MPa, cerca de 480 a 520 MPa, cerca de 480 a 510 MPa, cerca de 480 a 500 MPa, cerca de 480 a 490 MPa, cerca de 490 a 600 MPa, cerca de 490 a 590 MPa, cerca de 490 a 580 MPa, cerca de 490 a 570 MPa, cerca de 490 a 560 MPa cerca de 490 a 550 MPa, cerca de 490 a 540 MPa, cerca de 490 a 530 MPa, cerca de 490 a 520 MPa, cerca de 490 a 510 MPa, cerca de 490 a 500 MPa, cerca de 500 a 600 MPa, cerca de 500 a 590 MPa, cerca de 500 a 580 MPa, cerca de 500 a 570 MPa, cerca de 500 a 560 MPa cerca de 500 a 550 MPa, cerca de 500 a 540 MPa, cerca de 500 a 530 MPa, cerca de 500 a 520 MPa, cerca de 500 a 510 MPa, cerca de 510 a 600 MPa, cerca de 510 a 590 MPa, cerca de 510 a 580 MPa, cerca de 510 a 570 MPa, cerca de 510 a 560 MPa cerca de 510 a 550 MPa, cerca de 510 a 540 MPa, cerca de 510 a 530 MPa, cerca de 510 a 520 MPa, cerca de 520 a 600 MPa, cerca de 520 a 590 MPa, cerca de 520 a 580 MPa, cerca de 520 a 570 MPa, cerca de 520 a 560 MPa cerca de 520 a 550 MPa, cerca de 520 a 540 MPa, cerca de 520 a 530 MPa, cerca de 530 a 600 MPa, cerca de 530 a 590 MPa, cerca de 530 a 580 MPa, cerca de 530 a 570 MPa, cerca de 530 a 560 MPa cerca de 530 a 550 MPa, cerca de 530 a 540 MPa, 540 a 600 MPa, cerca de 540 a 590 MPa, cerca de 540 a 580 MPa, cerca de 540 a 570 MPa, cerca de 540 a 560 MPa cerca de 540 a 550 MPa, 550 a 600 MPa, cerca de 550 a 590 MPa, cerca de 550 a 580 MPa, cerca de 550 a 570 MPa, cerca de 550 a 560 MPa, 560 a 600 MPa, cerca de 560 a 590 MPa, cerca de 560 a 580 MPa, cerca de 560 a 570 MPa, 570 a 600 MPa, cerca de 570 a 590 MPa, cerca de 570 a 580 MPa, 580 a 600 MPa ou cerca de 580 a 590 MPa.
[0058] As condições de tratamento térmico nos processos revelados de conformação a morno podem ser selecionadas de modo que o estado metalúrgico e o comportamento de envelhecimento e propriedades da chapa de alumínio ou artigo sejam preservados. A competição de processos de precipitação e dissolução em uma liga de alumínio endurecida durante o aquecimento induz frequentemente ao crescimento de grão e envelhecimento demasiado indesejável, com a perda auxiliar de resistência e dureza. Os processos revelados evitam esse problema empregando-se uma combinação específica de temperatura e taxa de aquecimento. A etapa de aquecimento revelada pode preservar as propriedades de resistência (por exemplo, resistência à tração, medida como tensão de engenharia) da chapa de alumínio ou artigo após o resfriamento, seguida opcionalmente por um período de envelhecimento dentro de uma faixa adequada para práticas de fabricação. Nessa situação, as propriedades de resistência podem ser determinadas como “residuais”. Por exemplo, em alguns casos, a chapa de alumínio ou artigo tem resistência à tração residual, medidas como deformação de engenharia durante ensaio de tração, após o resfriamento por tratamento com água, seguido por uma semana de endurecimento por envelhecimento em temperatura ambiente de pelo menos cerca de 200 MPa, pelo menos cerca de 225 MPa, pelo menos cerca de 250 MPa, cerca de 200 a 275 MPa, cerca de 200 a 250 MPa, cerca de 225 a 275 MPa ou cerca de 225 a 275 MPa.
[0059] A etapa de aquecimento empregada nos processos de conformação a morno revelados pode preservar o estado metalúrgico da liga após resfriamento, opcionalmente, seguido por endurecimento por envelhecimento e/ou tratamento térmico, dentro de uma faixa adequada para práticas de fabricação. O estado metalúrgico pode ser caracterizado por condutividade elétrica, medida de acordo com os protocolos padrão. ASTM E1004, intitulado “Standard Test Method for Determining Electrical Conductivity Using the Electromagnetic (EddyCurrent) Method”, especifica os procedimentos de teste relevantes para materiais metálicos. Por exemplo, em alguns casos, a chapa de liga de alumínio 6XXX tem condutividade elétrica de cerca de 25 a 29 megaSiemens por metro (MS/m), 26 a 29 MS/m, 27 a 29 MS/m ou 2829 MS/m, após o tratamento térmico de acordo com os processos revelados de conformação a morno e resfriamento por tratamento com água, seguido por uma semana de endurecimento por envelhecimento em temperatura ambiente.
[0060] As chapas ou artigos de alumínio conformadas de acordo com os processos descritos podem combinar propriedades discutidas acima de várias maneiras. Por exemplo, uma liga de alumínio submetida aos processos revelados pode ter um ou mais dentre: alongamento de 20,3% a 200 °C, resistência à tração de 195 MPa em temperatura de 200 °C, resistência à tração de 262 MPa. Depois de ser submetida a tratamento térmico a 200 °C, seguida por tratamento com água e envelhecimento por uma semana em temperatura ambiente, e condutividade de 28,7 mS/m depois de ser submetida a tratamento térmico a 200 °C, seguida por tratamento com água e envelhecimento por uma semana em temperatura ambiente. Outros valores ou faixas de valores, tais como aquelas listadas anteriormente nessa parte, podem ser exibidos pela chapa ou artigo.
CONFORMAÇÃO
[0061] Os processos revelados podem incluir pelo menos uma etapa de conformação durante ou após a etapa de aquecimento. O termo “conformação”, conforme usado no presente documento, pode incluir cortar, estampar, prensar, formar com prensa, estampar profundamente ou outros processos que podem criar formatos bi- ou tridimensionais conforme conhecido por um técnico no assunto. Um artigo feito de uma liga de alumínio termotratável endurecível por envelhecimento é aquecido, conforme discutido anteriormente neste documento, e o artigo aquecido é conformado. A etapa de conformação acima pode ser incluída dentro de um processo de conformação a morno. A conformação a morno pode ser realizada por estampagem ou pressionamento. Na etapa de processo de estampagem ou prensagem, descrita de modo geral, um artigo é formado por prensagem do mesmo entre as duas matrizes de formato complementar. A conformação a morno pode ser conduzida sob condições isotérmicas ou não isotérmicas. Sob condições isotérmicas, o bruto de liga de alumínio e todos os componentes de usinagem com ferramenta, tais como as matrizes, aquecem à mesma temperatura. Sob condições não isotérmicas, os componentes de usinagem com ferramenta podem ter temperaturas diferentes da do bruto,
[0062] Além da etapa de conformação a morno acima, os processos revelados podem incluir etapas de conformação adicionais. Por exemplo, antes da conformação a morno, um artigo de liga de alumínio pode ser conformado por uma combinação de um ou mais dentre processos ou etapas de conformação a morno ou conformação a frio. Por exemplo, uma chapa pode ser seccionada antes de ser submetida à conformação a morno, por exemplo, cortando-se em artigos precursores ou formas designadas “brutos”, tais como “brutos de estampagem”, o que significa precursores para estampagem. Consequentemente, uma etapa de corte de uma chapa de alumínio em “brutos de estampagem” a serem adicionalmente conformados ema uma prensa de estampagem pode ser utilizada. Uma chapa ou um bruto também pode ser conformada por estampagem antes da conformação a morno.
PROCESSOS INDUSTRIAIS
[0063] Os processos revelados podem ser incorporados nos processos existentes e linhas para a produção de artigos de liga de alumínio, tais como artigos de alumínio estampado (por exemplo, painéis automotivos estampados), aprimorando, através disso, os processos e os artigos resultantes de uma maneira econômica e simplificada. Os aparelhos e os sistemas para realizar os processos e produzir os artigos descritos nesse documento estão incluídos no escopo da presente invenção.
[0064] Um processo exemplificador para produzir um artigo de liga de alumínio estampado, tal como um painel de veículo motorizado, inclui vários (dois ou mais, tal como dois, três, quatro, cinco, seis ou mais) etapas de estampagem do artigo em uma sequência de prensas de estampagem (“linha de prensa”). O processo inclui uma ou mais etapas de tratamento térmico conduzidas em diferentes pontos de processo antes ou durante uma ou mais dentre as etapas de estampagem. Um bloco em bruto de estampagem é fornecido antes da primeira etapa de estampagem. A etapa de aquecimento pode ser conduzida em um bruto de estampagem antes da primeira etapa de estampagem (isto é, na entrada da linha de prensa). A etapa de aquecimento também pode ser incluída após uma ou mais dentre a primeira etapa de prensagem ou etapa intermediária de prensagem. Por exemplo, se a linha de prensagem incluir cinco prensas de estampagem e etapas correspondentes, tal etapa de aquecimento pode ser incluída antes de uma ou mais dentre a primeira, segunda, terceira, quarta e quinta etapas de estampagem intermediárias.
[0065] As etapas de aquecimento podem ser incluídas em um processo de produção em várias combinações, e várias considerações podem ser levadas em consideração ao decidir sobre uma combinação específica e colocação das etapas de aquecimento em um processo de produção. Por exemplo, uma etapa de aquecimento pode ocorrer antes de uma ou mais etapas de estampagem na qual maior conformabilidade é desejável. O processo pode incluir uma ou mais etapas de conformação a morno e uma ou mais etapas de conformação a frio. Por exemplo, em um processo de duas etapas, uma chapa de alumínio pode ser conformada em uma etapa de conformação a morno, seguida por uma etapa de conformação a frio. Alternativamente, uma etapa de conformação a frio pode preceder uma etapa de conformação a morno.
[0066] São também revelados sistemas para introduzir os processos para produzir ou fabricar artigos de liga de alumínio que incorporam equipamento para praticar os processos revelados. Um sistema exemplificador é uma linha de prensagem para produzir artigos estampados, tais como paneis, que incorpora estações ou sistemas de conformação a morno em vários pontos na linha.
[0067] Os processos revelados podem incluir etapas adicionais empregadas na produção de artigos de alumínio, tais como corte, embainhamento, união, outras etapas de tratamento térmico conduzidas simultaneamente ou após a conformação, resfriamento, endurecimento por envelhecimento, ou etapas de revestimento ou pintura um artigo com pintura adequada ou revestimento, os processos podem incluir uma etapa de cozimento de pintura, que pode ser denominada como “cozimento de pintura”, “cozedura de pintura”, “ciclo de cozedura de pintura” ou outros termos relacionados. Algumas das etapas empregadas nos processos de produção ou fabricação de um artigo de alumínio, tais como etapas de tratamento térmico de pós- conformação e um ciclo de cozedura de pintura, pode afetar o envelhecimento de uma liga de alumínio da qual o artigo é fabricado e, desse modo, afetar suas propriedades mecânicas, tais como resistência.
[0068] Um processo exemplificador de produzir ou fabricar um artigo de alumínio pode incluir as etapas de aquecer um bruto de liga de alumínio feito de liga de alumínio endurecível por envelhecimento tratada (por exemplo, um bruto feito de uma tratamento T6 ou T61 de liga de série 6XXX) a uma temperatura de 125 a 425 °C a uma taxa de aquecimento de cerca de 3 a 200 °C/s, por exemplo cerca de 3 a 90 °C/s ou 90 °C/s. Em alguns casos, o bruto pode ser conformado, por exemplo, transferindo-se rapidamente o bruto em uma ferramenta de estampagem, conformando-se o bruto por estampagem na ferramenta de estampagem, e, após a estampagem, uma ou mais das etapas de corte, embainhamento e união. Outro processo exemplificador de produção ou fabricação de um artigo de alumínio pode incluir as etapas de aquecer um bruto de liga de alumínio feito a partir de liga de alumínio endurecível por envelhecimento endurecida (por exemplo, um bruto feito a partir de uma liga de série 6XXX em tratamento T6 ou T61) a uma temperatura de 150 a 250 °C a uma taxa de aquecimento de 3 a 90 °C/s, por exemplo 90 °C/s, transferir rapidamente o bruto em uma ferramenta de estampagem, conformar o bruto por estampagem na ferramenta de estampagem, e, após a estampagem, uma ou mais das etapas de corte, embainhamento e união.
[0069] Em alguns exemplos, etapa ou etapas de conformação a frio adicionais podem ser opcionalmente adicionadas após as etapas de conformação a morno descritas acima. Em alguns exemplos, uma etapa ou etapas de conformação a frio pode fornecer o alongamento de um artigo resultante da etapa de conformação a frio que é maior em comparação ao alongamento de um artigo aquecido resultante para uma única etapa de conformação a morno. Por exemplo, o alongamento do artigo resultante da etapa de conformação a frio pode ser entre cerca de 75% a cerca de 125% do alongamento do artigo aquecido resultante da primeira etapa de conformação a morno. Em alguns exemplos, o alongamento da etapa de conformação a frio pode ser cerca de 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 100%, 105%, 110%, 115%, 120% ou 125% da primeira etapa de conformação a morno, resultando em um alongamento total do artigo que pode ser maior do que o alongamento total de um artigo submetido a uma única etapa de conformação a morno. O exemplo 6 abaixo fornece dados experimentais que mostram o alongamento aumentado. Uma etapa de tratamento térmico pós- conformação opcional também pode ser adicionada.
[0070] Os exemplos a seguir servirão para ilustrar adicionalmente a presente invenção sem, ao mesmo tempo, entretanto, constituir limitação alguma da mesma. Pelo contrário, deve ser claramente entendido que é possível recorrer a várias modalidades, modificações e equivalentes da mesma que, após a leitura da descrição no presente documento, podem ocorrer aos elementos versados na técnica sem se afastar do espírito da invenção.
EXEMPLO 1 ENSAIO DE TRAÇÃO DE TEMPERATURA AMBIENTE DE AMOSTRAS DE LIGA AA6016 EM TRATAMENTOS T4, T61 E T6
[0071] Ensaio de tração de temperatura ambiente de amostras de liga de alumínio AA6016 em tratamentos T4, T61 e T6 foi realizado. As curvas de tensão-deformação obtidas pelo ensaio de tração são mostradas na Figura 1. As amostras de teste foram os corpos de prova de ligas AA6016 conformadas conforme mostrado na Figura 2. Os corpos de prova tiveram uma espessura de 1,2 mm. Os corpos de prova foram tratados conforme a seguir: Amostra “T4” --- envelhecida em temperatura ambiente por 1 mês; amostra “T61” --- amostra de tratamento T4 tratada termicamente a 140 °C por 14 horas; amostra “T6” --- amostra T4 tratada termicamente a 180 °C por 14 horas. As curvas de tensão-deformação mostradas na Figura 1 mostram as diferenças de resistência e conformabilidade entre as três tratamentos.
EXEMPLO 2 ENSAIO DE TRAÇÃO DE TEMPERATURA ELEVADA DE AA6016
[0072] O ensaio de tração de temperatura elevada de amostras de liga de alumínio AA6016 foi realizado. Para o teste de temperatura elevada, os corpos de prova, substancialmente similar ao corpo de prova mostrado na Figura 2 e que tem uma espessura de 1,2 mm, foram aquecidos para várias temperaturas (conforme indicado na Figura 3) por aquecimento por indução a uma taxa de 90 °C/s. Um pirômetro foi usado para medir a temperatura de cada corpo de prova. A temperatura de teste especificada de cada corpo de prova foi mantida durante o ensaio de tração. A Figura 3 mostra curvas de aquecimento de amostras de liga de alumínio AA6016 em tratamento T4 antes e durante o ensaio de tração, com setas que indicam o início de ensaio de tração uma vez que os corpos de prova atingiram a temperatura-alvo. As curvas de aquecimento para amostras de liga de alumínio AA6016 em tratamento T6 ou T61 foram similares à Figura 3 (não mostradas, visto que o aquecimento das amostras é independente da tratamento de amostra).
[0073] A Figura 4 mostra curvas de tensão-deformação de amostras de liga AA6016 em tratamento T61 aquecida a várias temperaturas (conforme indicado) por aquecimento por indução a uma taxa de 90 °C/s. Uma curva de tensão-deformação de uma amostra de liga AA6016 em temperatura ambiente (“TA”) é também mostrada. A linha sólida vertical representa o alongamento total da amostra de temperatura ambiente (TA). A linha pontilhada vertical representa um aumento do alongamento total de 3%, em comparação ao alongamento total da amostra de temperatura ambiente. A Figura 5 é uma plotagem de linha que mostra curvas de tensão-deformação de amostras de liga AA6016 em tratamento T6 aquecida a várias temperaturas (conforme indicado) por aquecimento por indução a uma taxa de 90 °C/s. Uma curva de tensão-deformação de uma amostra de liga AA6016 em temperatura ambiente (“TA”) é também mostrada. A linha sólida vertical representa o alongamento total da amostra de temperatura ambiente (TA). A linha pontilhada vertical representa um aumento do alongamento total de 5%, em comparação ao alongamento total da amostra de temperatura ambiente. O ensaio de tração mostrou que o aquecimento das amostras de liga AA6016 às temperaturas de 150 a 250 °C pode resultar em um aumento de 3 a 5% de alongamento total, em comparação ao alongamento total exibido pelo corpo de prova AA6016 na mesma tratamento em temperatura ambiente (TA). Conforme mostrado na Figura 4, aquecer uma amostra de liga AA6016 em tratamento T61 a 300 °C resultou em cerca de 33,3% de aumento de alongamento total. O ensaio de tração mostrou que um aumento vantajoso de alongamento total para as amostras de liga em tratamento T6 ou T61 pode ser alcançado enquanto mantém propriedades de resistência aceitáveis para conformação a morno.
EXEMPLO 3 ENSAIO DE TRAÇÃO PÓS-TRATAMENTO TÉRMICO
[0074] Ensaio de tração pós-tratamento térmico de amostras de liga de alumínio AA6016 em tratamentos T6 e T61 foi realizado. As amostras de teste foram os corpos de prova de amostras de liga AA6016 conformadas conforme ilustrado na Figura 2. As amostras tiveram uma espessura de 1,2 mm. Para o teste pós-tratamento térmico, as amostras foram aquecidas a várias temperaturas por aquecimento por indução a uma taxa de 90 °C/s, resfriada em água (“temperada com água”), e, subsequente ao tratamento com água, envelhecida por 1 semana em temperatura ambiente. O ensaio de tração foi conduzido em temperatura ambiente. Uma amostra de AA6016 mantida em temperatura ambiente (“TA” nas Figuras 6 e 7) foi também testada para comparação.
[0075] A Figura 6 mostra curvas de tensão-deformação de amostras AA6016 pós-tratamento térmico em tratamento T61. A Figura 7 mostra curvas de tensão-deformação de amostras AA6016 pós-tratamento térmico em tratamento T6. As curvas de tensão-deformação pós- tratamento térmico para as amostras tratadas a 150, 200 e 250 °C tiveram formato substancialmente similar e magnitude, e são também similares à curva de tensão-deformação da amostra de temperatura ambiente (TA). As curvas de tensão-deformação mostradas nas Figuras 6 e 7 demonstram que o tratamento térmico usado no experimento não alterou substancialmente as propriedades mecânicas residuais de amostras AA6016. Adicionalmente, os dados descritos acima mostram que a realização de uma etapa de conformação a frio após uma etapa de conformação a morno aumenta o potencial de conformação total, nesse caso, quase duplicando o potencial de conformação total.
EXEMPLO 4 ENSAIO DE TRAÇÃO PÓS-TRATAMENTO TÉRMICO DE AMOSTRAS AQUECIDAS EM DIFERENTES TAXAS DE AQUECIMENTO
[0076] O ensaio de tração de amostras de liga AA6016 em tratamento T6 aquecida a diferentes taxas de aquecimento foi realizado. As amostras de teste foram as amostras de AA6016 ilustradas na Figura 2. As amostras tiveram, cada uma, uma espessura de 1,2 mm. Para o teste pós-tratamento térmico, as amostras foram aquecidas a várias temperaturas por aquecimento por indução a uma taxa de 3 °C/s (curvas identificadas na Figura 8 e histograma esquerdo em cada conjunto na Figura 9), ou 90 °C/s (curvas identificadas na Figura 8 e histograma direito em cada conjunto na Figura 9), resfriadas em água (“temperadas com água”) e envelhecidas por 1 semana em temperatura ambiente. Uma amostra de liga AA6016 mantida em temperatura ambiente (“TA” na Figura 8) foi também testada para comparação. A Figura 8 mostra curvas de tensão-deformação das amostras AA6016 tratadas desse modo testadas em temperatura ambiente. A curva de tensão- deformação da amostra de liga AA6016 mantida em temperatura ambiente é também mostrada (denominada como “REF T4” no gráfico).
[0077] A Figura 9 é um gráfico em barras que mostra os resultados de medições de condutividade elétrica comparativas de amostras de liga AA6016 tratadas da mesma maneira que as amostras usadas nos experimentos para gerar a Figura 8. As amostras em tratamento T6 foram aquecidas em várias temperaturas (conforme indicado) por aquecimento por indução em taxas de 3 °C/s (barra de histograma direita de cada par) e 90 °C/s (barra de histograma direito de cada par), temperadas com água, e subsequentemente envelhecidas por 1 semana em temperatura ambiente. A linha horizontal indica o nível de condutividade esperado de amostras AA6016 em tratamento T4. A Figura 10 é um gráfico em barras que mostra os resultados de medições de condutividade elétrica comparativas de amostras de liga AA6016 em tratamento T61 (barra de histograma esquerdo em cada conjunto) e tratamento T6 (barra de histograma direito em cada conjunto) tratadas em várias temperaturas (conforme indicado) por aquecimento por indução a uma taxa de 90 °C/s, resfriadas em água (“temperadas com água”) e envelhecidas por 1 semana em temperatura ambiente. A Figura 11 mostra curvas de tensão-deformação de amostras de liga AA6016 aquecidas testadas a várias temperaturas (conforme indicado) por aquecimento por indução a uma taxa de 3 °C/s.
[0078] Os dados experimentais ilustrados nas Figuras 8 e 9 demonstram que a taxa de aquecimento afetou as características mecânicas e o estado metalúrgico de amostras de liga AA6016. O aprimoramento de alongamento sem a perda de resistência ocorreu em uma faixa mais ampla de temperaturas quando a maior taxa de aquecimento de 90 °C/s foi empregada. Correlacionado com essa observação, o aquecimento na taxa inferior de 3 °C/s levou a uma mudança no estado metalúrgico (conforme indicado pela medição de condutividade) das amostras tratadas termicamente nas temperaturas maiores. Os dados experimentais na Figura 10 mostram maiores diferenças de estado metalúrgico entre as amostras in T6 e tratamento T61 que foram tratadas termicamente nas temperaturas inferiores (por exemplo, da temperatura ambiente a 300 °C) como em comparação às amostras em tratamento T6 e T61 que foram tratadas termicamente nas maiores temperaturas (por exemplo, de 350 °C a 500 °C).
EXEMPLO 5 ESTAMPAGEM EM ESCALA DE LABORATÓRIO
[0079] As chapas de liga de alumínio AA6016 (espessura de 2 mm) em tratamento T6 foram cortadas em 40 cm por brutos de estampagem de 10 cm. As peças retangulares foram opcionalmente aquecidas de acordo com métodos de conformação a morno descritos no presente documento. Quatro amostras foram usadas para o experimento de estampagem. A amostra 1 não foi aquecida e estampada em temperatura ambiente (cerca de 25 °C). A amostra 2 foi aquecida a 200 °C. A amostra 3 foi aquecida a 250 °C. A amostra 4 foi aquecida a 350 °C, parâmetros e resultados de teste são apresentados na Tabela 1. TABELA 1
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[0080] A amostra 1 foi estampada profundamente a uma profundidade de 40 mm e exibiu rachadura e falha final, conforme mostrado na Figura 12. A amostra 2 foi pré-aquecida a 200 °C e estampada profundamente a uma profundidade de 40 mm e não falhou, conforme mostrado na Figura 13. A amostra 3 foi pré-aquecida a 250 °C e estampada profundamente a uma profundidade de 40 mm e não falhou, conforme mostrado na Figura 14. A amostra 4 foi pré-aquecida a 350 °C e estampada profundamente a uma profundidade de 40 mm e não falhou, conforme mostrado na Figura 15. A dureza Brinell de todas as amostras foi medida após a estampagem seguindo padrões ISO 6506-1.
[0081] Os resultados de estampagem sugerem que partes podem ser produzidos de forma segura depois que a liga foi pré-aquecida. A conformabilidade das chapas é caracterizada pela profundidade de estampagem profunda alcançável sem rachadura da parte estampada. A resistência das chapas (exemplificada pelos resultados de dureza) é conservada a 200 °C, ligeiramente diminuída quando pré-aquecida a 250 °C (mas ainda aceitável) e diminuiu significativamente quando pré- aquecida a maiores temperaturas.
EXEMPLO 6 PROCEDIMENTO DE ESTAMPAGEM EM DUAS ETAPAS PARA PROFUNDIDADE DE ESTAMPAGEM PROFUNDA MAIS PROFUNDA EM LIGAS PRÉ-AQUECIDAS
[0082] As chapas de liga de alumínio AA6016 (espessura de 2 mm) em tratamento T6 foram cortadas em 40 cm por brutos de estampagem de 10 cm. Na primeira etapa do procedimento de estampagem em duas etapas, as peças retangulares foram aquecidas de acordo com os métodos de conformação a morno descritos no presente documento. Três amostras foram usadas para o experimento de estampagem. A amostra 5 foi aquecida a 200 °C. A amostra 6 foi aquecida a 250 °C. A amostra 7 foi aquecida a 350 °C. A amostra 1 DO Exemplo 5 é incluída como referência. Parâmetros e resultados de teste são apresentados na Tabela 2. TABELA 2
Figure img0003
[0083] A amostra 1 foi estampada profundamente a uma profundidade de 40 mm e exibiu rachadura e falha final, conforme mostrado na Figura 12. A amostra 5 foi pré-aquecida a 200 °C e estampada profundamente a uma profundidade de 40 mm e não falhou. A amostra 5 foi permitida a resfriar à temperatura ambiente e estampou profundamente 40 mm adicionais a uma profundidade total de 80 mm e não falhou, conforme mostrado na Figura 16. A amostra 6 foi pré- aquecida a 250 °C e estampada profundamente a uma profundidade de 40 mm e não falhou. A amostra 6 foi permitida a resfriar à temperatura ambiente e estampou profundamente 40 mm adicionais a uma profundidade total de 80 mm e não falhou, conforme mostrado na Figura 17. A amostra 7 foi pré-aquecida a 350 °C e estampada profundamente a uma profundidade de 40 mm e não falhou. A amostra 7 foi permitida a resfriar à temperatura ambiente e estampou profundamente 40 mm adicionais a uma profundidade total de 80 mm e não falhou, conforme mostrado na Figura 18. A dureza Brinell de todas as amostras foi medida após a estampagem seguindo os padrões ISO 6506-1.
[0084] A estampagem a uma profundidade de estampagem profunda de 40 mm em temperatura ambiente não é possível sem pré- aquecer as ligas (Consultar a Figura 12). A realização de um procedimento de duas etapas pode permitir a estampagem a pelo menos 80 mm de profundidade de estampagem profunda enquanto mantém a resistência T6 se a temperatura de pré-aquecimento for escolhida apropriadamente. Os resultados de estampagem descritos no exemplo 6 e mostrados nas Figuras 12 e 16 a 18 são consistentes com o alongamento medido das curvas de tração apresentadas na Figura 19 para diferentes amostras pré-aquecidas a 250 °C. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 19, a curva de tração para as amostras em que o processo de conformação em duas etapas revelado foi realizado mostra um valor maior de deformação de engenharia (eixo geométrico x) como em comparação à curva de tensão tanto para uma amostra mantida em temperatura ambiente (denominada como “TA” na Figura 19) quanto para uma amostra em que somente um processo de conformação de uma etapa foi realizado (denominado como “T6 250 °C”). O valor de deformação de engenharia para a amostra mantida em temperatura ambiente foi cerca de 29%, e a deformação de engenharia para a amostra formada em uma única etapa de conformação a morno foi cerca de 31%. A Figura 19 também mostra os valores de deformação de engenharia finais de cerca de 34% e 35% para as duas amostras que foram formadas pelo processo de duas etapas. A primeira etapa de conformação é representada pelas curvas denominadas como “T6 250 °C - 15%” e “T6 250 °C - 20%”, para as amostras inicialmente deformadas a cerca de 15% e cerca de 20%, respectivamente. As amostras pré-deformadas foram adicionalmente tensionadas em temperatura ambiente (representada por curvas denominadas como “T6 250 °C - 15% TA” e “T6 250 °C - 20% TA”) como uma segunda etapa de conformação. A pré-deformação a cerca de 13% (T6 250 °C - 15% TA) e 17% (T6 250 °C - 20% TA) permitiram os valores de deformação finais resultantes.
[0085] Todas as patentes, pedidos de patente, publicações e resumos citados acima são incorporados ao presente documento a título de referência em sua totalidade. Diversos exemplos da invenção foram descritos no cumprimento dos vários objetivos da invenção. Esses exemplos são meramente ilustrativos dos princípios da presente invenção. Inúmeras modificações e adaptações das mesmas serão rapidamente evidentes àqueles versados na técnica, sem se afastar do espírito e escopo da invenção conforme definido nas reivindicações a seguir.

Claims (9)

1. Processo de conformação de um artigo feito a partir de uma liga de alumínio endurecível por envelhecimento, em que a liga de alumínio endurecível por envelhecimento é uma liga de série 6XXX, caracterizado pelo fato de que compreende: aquecer o artigo a uma temperatura de 125 °C a 425 °C a uma taxa entre 3 °C/s a 200 °C/s; e conformar o artigo, em que conformar o artigo compreende cortar, estampar, prensar, conformar em prensa ou estampar profundamente; e em que o artigo está em tratamento T5, T6 ou T61 antes da etapa de aquecimento.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o artigo é uma chapa ou um bruto.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o artigo é aquecido a uma temperatura de 125 °C a 325 °C, ou em que o artigo é aquecido a uma temperatura de 150 °C a 250 °C, ou em que o artigo é aquecido a uma temperatura de 150 °C a 200 °C.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o artigo é aquecido a uma taxa entre 90 °C/s a 150 °C/s ou em que o artigo é aquecido a uma taxa entre 3 °C/s a 90 °C/s.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o artigo está em tratamento T61 após a etapa de aquecimento ou que o artigo está em tratamento T6 após a etapa de aquecimento.
6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o artigo está em tratamento T6 ou T61 antes e após a etapa de aquecimento.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma etapa de resfriar o artigo conformado.
8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a conformação do artigo é uma primeira etapa de conformação, e que compreende adicionalmente uma segunda etapa de conformação após a etapa de resfriamento.
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o aquecimento do artigo compreende aquecimento por indução e/ou em que o processo produz um painel de veículo motorizado.
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