BRPI0616261B1 - Processo de fabricação de uma peça em aço de microestrutura de multifases - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO

DE FABRICAÇÃO DE UMA PEÇA EM AÇO DE MICROESTRUTURA DE MULTIFASES". A presente invenção refere-se a um processo de fabricação de uma peça em aço de microestrutura de multifases homogênea em cada uma das zonas dessa peça e apresentando elevadas propriedades mecânicas. A fim de responder às exigências de alijamento das estruturas de automóveis, é conhecida a utilização seja dos aços TRIP (esse termo significando transformation inducedplasticity), seja os aços de fase dual que associam uma resistência mecânica muito elevada a possibilidades muito elevadas de deformação. Os aços TRIP têm uma microestrutura composta de ferrita, de austenita residual, e eventualmente de bainita e de martensita, que lhe permite atingir resistências à tração que vão de 600 a 1000 MPa. Os aços fase dual têm uma microestrutura composta de ferrita e de martensita, que lhe permite atingir resistências à tração que vão de 400 MPa a mais de 1200 MPa.

Esses tipos de aços são amplamente utilizados para a realiza- ção de peças de absorção de energia, como, por exemplo, peças de estrutu- ra e de segurança, tais como as longarinas, as travessas e os reforços.

Para fabricar três peças, é usual para um disco, cortado de uma tira de laminada a frio de aço de fase dual ou aço strip, submetido a um pro- cesso de conformação a frio por exemplo estampagem profunda entre fer- ramentas.

Todavia, o desenvolvimento das peças em aço de fase dual ou em aço TRIP é limitado devido à dificuldade de controlar o retorno elástico da peça enformada, retorno elástico esse que é tanto mais importante, quan- to maior for a resistência à tração Rm do aço é importante. Com efeito, para prevenir o efeito do retorno elástico, os fabricantes de automóveis são obri- gados a integrar esse parâmetro, quando da concepção de novas peças, o que, por um lado, necessita de numerosos desenvolvimentos, e, por outro lado, iimita a extensão das formas realizáveis.

Além disso, em caso de deformação considerável, a microestru- tura do aço não é homogênea em cada uma das zonas da peça, e o compor- tamento da peça em serviço dificilmente é previsível. Por exemplo, quando da conformação a frio de uma chapa em aço TRIP, a austenita residual se transforma em martensita sob o efeito da deformação. A deformação não sendo homogênea em toda a peça, certas zonas da peça comportarão ainda austenita residual não transformada em martensita e, apresentando, por conseguinte, uma ductilidade residual importante, enquanto que outras zo- nas da peça que sofreram uma deformação considerável apresentarão uma estrutura ferrito - martensita, compreendendo eventualmente bainita pouco dúctil. A finalidade da presente invenção é, portanto, prevenir os incon- venientes pré-citados, e propor um processo de fabricação de uma peça em aço, compreendendo ferrita e apresentado uma microestrutura de multifases homogênea em cada uma das zonas dessa peça, e não apresentando retor- no elástico, após conformação de um disco oriundo de uma cinta em aço, cuja composição é típica daquela dos aços de microestrutura de multifases.

Para isso, a invenção tem por primeiro objeto um processo de fabricação de uma peça em aço, que apresenta uma microestrutura de multi- fase, essa microestrutura, compreendendo ferrita e sendo homogênea em cada uma das zonas dessa peça, compreendendo as etapas que consistem em: - recortar um disco em uma cinta em aço, cuja composição é constituída em percentagem em peso: 0,01 < C < 0,50% 0,50 <Mn< 3,0% 0,001 < Si < 3,0% 0,005 < Al <3,0% Mo < 1,0% Cr < 1,5% P<0,10% Ti <0,15% V< 1,0% a título opcional, um ou vários elementos, tais como: Ni <2,0% Cu < 2,0% S < 0,05% Nb < 0,15% o resto da composição sendo o ferro e impurezas resultantes da fusão; - opcionalmente esse disco é submetido à deformação a frio; - aquecer esse disco até atingir uma temperatura de manuten- ção is superior a Ac1, mas inferior a Ac3, e mantê-lo a essa temperatura de manutenção ts. durante um tempo de manutenção M ajustado, de maneira que o aço, após aquecimento do disco, compreenda uma proporção de aus- tenita superior ou igual a 25% por área; - transferir esse disco aquecido no meio de uma aparelhagem de conformação, de maneira a formar a quente essa peça; e - resfriar a peça no meio da aparelhagem com uma velocidade de resfriamento V tal, que a microestrutura do aço, após o resfriamento da peça seja uma microestrutura de multifases, essa microestrutura compreen- dendo a ferrita e sendo homogênea em cada uma das zonas dessa peça.

Para determinar as percentagens por área das diferentes fases presentes em uma microestrutura (fase ferrítica, fase austenítica etc), mede- se a área das diferentes fases em um corte feito segundo um plano perpen- dicular ao plano da cinta (esse plano poderá ser paralelo à direção de lami- nação, ou paralelo à direção transversa à laminação). As diferentes fases pesquisadas são reveladas por um ataque químico adaptado em função de sua natureza.

No sentido da presente invenção, entende-se, por ferramenta de conformação, qualquer ferramenta que permite obter uma peça a partir de um disco, como, por exemplo, uma ferramenta de encaixe. Isto exclui, por- tanto, as ferramentas de laminação a frio, ou a quente.

Os inventores colocaram em evidência que, aquecendo-se o disco a uma temperatura de manutenção ts compreendido entre Ac1 e Ac3, se obtém, contanto que a velocidade de resfriamento seja suficiente, uma microestrutura multi-fasada, compreendendo a ferrita, que apresenta propri- edades mecânicas homogêneas, independentemente da velocidade de res- friamento do disco entre as ferramentas. A homogeneidade das proprieda- des mecânicas é definida no sentido da invenção por uma dispersão da re- sistência à tração Rm em um domínio de velocidades de resfriamento que variam de 10 a 100 °C/s inferior a 25%. Com efeito, os inventores constata- ram que, fazendo-se com que o disco sofra um tratamento térmico no domí- nio intercrítico, então Rm (100 °C/s) - Rm (10 °C/s3) / Rm (100 °C/s)é menor que < 2,5, Rm (100 °C/s) sendo a resistência à tração da peça resfriada a 100 °C/s, e Rm (10 °C/s) sendo a resistência à tração da peça resfriada a 10 °C/s. A invenção tem por segundo objeto uma peça em aço, compre- endendo a ferrita e apresentando uma microestrutura de multifases homo- gênea em cada uma das zonas dessa peça, podendo ser obtida por esse processo.

Finalmente, a invenção tem por terceiro objeto um veículo terres- tre a motor, compreendendo essa peça.

As características e vantagens da presente invenção aparecerão melhor no decorrer da descrição que será feita a seguir, dada a título de e- xemplo não limitativo, com referência à figura 1 anexada, na qual: - a figura 1 é uma fotografia de uma peça obtida por conforma- ção a frio (referência G) e de uma peça obtida por conformação a quente (referência A). O processo, de acordo com a invenção, consiste em enformar a quente, em uma certa faixa de temperatura, um disco previamente recortado em uma cinta em aço, cuja composição é típica daquela dos aços de micro- estrutura de multifases, mas que, na partida, não possui forçosamente uma estrutura de multifases, para formar uma peça em aço que adquire uma mi- croestrutura de multifases, quando de seu resfriamento entre as ferramentas de conformação. Os inventores têm, por outro lado, colocado em evidência que, contanto que a velocidade de resfriamento seja suficiente, uma micro- estrutura de multifases homogênea podia ser obtida, independentemente da velocidade de resfriamento do disco entre as ferramentas. O interesse por essa invenção reside no fato de não se conse- guir formar a microestrutura de multifases no estágio da fabricação da chapa a quente, ou de seu revestimento, e no fato de formá-la no estágio da fabri- cação da peça, por conformação a quente, permitir garantir uma microestru- tura de multifases final homogênea em cada uma das zonas da peça. Isso é vantajoso, no caso de utilização para peças de energia, pois a microestrutu- ra não é alterada, como é o caso quando da conformação a frio de peças em aço fase dual ou em aço TRIP.

Os inventores verificaram, com efeito, que a capacidade de ab- sorção de energia de uma peça, determinada pela resistência à tração multi- plicada pelo alongamento (Rm x A), é mais importante, quando a peça tiver sido obtida, de acordo com a invenção, do que quando ela tiver sido obtida por conformação a frio de um disco em aço fase dual ou em aço TRIP. Com efeito, a conformação a frio consome uma parte da capacidade de absorção de energia.

Além disso, procedendo-se a uma conformação a quente, o re- tomo elástico da peça se torna desprezível, enquanto que é muito importan- te no âmbito de uma conformação a frio. Além disso, é tanto mais importante que a resistência à tração Rm do aço aumente isso constitui um freio na utili- zação dos aços de resistência muito elevada.

Uma outra vantagem da invenção reside no fato de a conforma- ção a quente levar a uma aptidão à conformação nitidamente mais elevada do que a frio. Pode-se assim aceder a uma variedade de formas mais am- plas e pensar em novas concepções de peças, conservando composições de aço, cujas características, como, por exemplo, a soldabilidade, são co- nhecidas. A peça obtida apresenta uma microestrutura de multifases, com- preendendo a ferrita a uma proporção, de preferência superior ou igual a 25% por área e pelo menos uma das seguintes fases: martensita, bainita, austenita residual. Com efeito, uma proporção de pelo menos 25% por área de ferrita permite conferir ao aço uma ductilidade suficiente para que as pe- ças formadas apresentem uma capacidade de absorção considerável de energia. O disco em aço destinado a ser enformado, por exemplo, por encaixe, é previamente recortado, seja em uma cinta em aço laminada a quente, seja em uma cinta em aço laminada a frio, o aço sendo constituído dos seguintes elementos: - carbono a um teor compreendido entre 0,01 e 0,50% em peso.

Esse elemento é essencial à obtenção de boas características mecânicas, mas não deve estar presente em quantidade muito considerável para lesar a soidabilidade. Para favorecer a temperabilidade, e obter um limite de elasti- cidade rs suficiente, o teor em carbono deve ser superior ou igual a 0,01% em peso; - manganês a um teor compreendido entre 0,50% e 3,0% em peso. O manganês favorece a temperabilidade, o que permite atingir um limi- te de elasticidade Re elevado. Todavia, é preciso evitar que o aço não com- preenda muito manganês, para evitar a segregação que pode ser colocada em evidência nos tratamentos térmicos que se evocará posteriormente na descrição. Além disso, um excesso de manganês impede a soldagem por faiscamento, caso a quantidade de silício seja insuficiente e deteriora a apti- dão à galvanização do aço. O manganês exerce também um papel na inter- difusão do ferro e do alumínio, em caso de revestimento do aço pelo alumí- nio ou uma liga de alumínio; - silício com um teor compreendido entre 0,001 e 3,0% em peso. O silício melhora o limite da elasticidade Re do aço. Todavia, além de 3,0 % em peso, a galvanização à têmpera a quente do aço se torna difícil, e o as- pecto do revestimento de zinco não é satisfatório; - alumínio a um teor compreendido entre 0,005 e 3,0% em peso. O alumínio estabiliza a ferrita. Seu teor deve permanecer inferior a 3,0% em peso, para evitar deteriorar a soidabilidade, devido à presença de óxido de alumínio na zona soldada. Todavia, um mínimo de alumínio é requerido para desoxidar o aço; - molibdênio a um teor inferior ou igual a 1,0% em peso. O mo- libdênio favorece a formação de martensita e aumenta a resistência à corro- são. Todavia, um excesso de molibdênio pode favorecer o fenômeno de fis- suração a frio nas zonas soldadas, e reduzir a tenacidade do aço; - cromo a um teor inferior ou igual a 1,5% em peso. O teor em cromo deve ser limitado para evitar os problemas de aspecto de superfície, em caso de galvanização do aço; - fósforo a um teor inferior ou igual a 0,10% em peso. O fósforo é acrescentado para permitir reduzir a quantidade de carbono e melhorar a soldabilidade, mantendo um nível equivalente de limite de elasticidade rs do aço. Todavia, além de 0,10% em peso, ele fragiliza o aço em razão do au- mento do risco de defeitos de segregação, e a soldabilidade é deteriorada; - titânio a um teor inferior ou igual a 0,20% em peso. O titânio melhora a elasticidade Re, todavia seu teor deve ser limitado a 0,20% em peso para evitar a degradação da tenacidade; - o vanádio a um teor inferior ou igual a 1,0% em peso. O vaná- dio melhora o limite de elasticidade Re por afinamento do grão e favorece a soldabilidade do aço. Todavia, além de 1,0% em peso, a tenacidade do aço é deteriorada e fissuras correm o risco de aparecer nas zonas soldadas; - Opcionalmente, níquel a um teor inferior ou igual a 2,0% em peso. O níquel aumenta o limite de elasticidade Re. Limita-se geralmente seu teor a 2,0% em peso, em razão de seu custo elevado; - Opcionalmente, cobre a um teor inferior ou igual a 2,0% em peso. O cobre aumenta o limite de elasticidade r0; todavia, um excesso de cobre favorece o aparecimento de fissuras, quando da laminação a quente e degrada a formabilidade a quente do aço; - Opcionalmente, enxofre a um teor inferior ou igual a 0,05% em peso. O enxofre é um elemento segregador, cujo teor deve ser limitado, a fim de evitar as fissuras, quando da laminação a quente; - Opcionalmente, nióbio a um teor inferior ou igual a 0,15% em peso. O nióbio favorece a precipitação de carbonitreto, o que aumenta o limi- te de elasticidade Re. Todavia, além de 0,15% em peso, a soldabilidade e a formabilidade a quente são degradadas. O resto da composição é constituído de ferro e de outros ele- mentos; espera-se habitualmente encontrar impurezas resultantes da fusão do aço, que não influem sobre as propriedades buscadas.

Geralmente, antes de serem recortadas sob a forma de discos, as cintas em aço são protegidas contra a corrosão por um revestimento me- tálico. Segundo o destino final da peça, esse revestimento metálico é esco- lhido dentre os revestimentos de zinco ou de liga de zinco (zinco/alumínio, por exemplo), e, caso se deseje, além disso, uma boa manutenção ao calor, os revestimentos de alumínio ou de liga de alumínio (alumínio-silício, por exemplo). Esses revestimentos são depositados de maneira clássica, seja por têmpera a quente em um banho de metal líquido, seja por eietrodeposi- ção, seja ainda sob vácuo.

Para aplicar o processo de fabricação, de acordo com a inven- ção, aquece-se o disco de aço para levá-lo a uma temperatura de manuten- ção rs superior a Ac1, mas inferior Ac3, e mantém-se-o a essa temperatura ts durante um tempo de manutenção ts que se ajusta, de maneira que o a- ço, após aquecimento do disco, compreenda uma proporção de austenita superior ou igual a 25% por área.

Imediatamente, após essa operação de aquecimento e de manu- tenção em temperatura do disco de aço, se transfere o disco aquecido no meio de uma aparelhagem de conformação para enformar uma peça e res- friá-la. O resfriamento da peça no meio da ferramenta de conformação é fei- to com uma velocidade de resfriamento V suficiente para evitar que a totali- dade da austenita não se transforme em ferrita, e a fim de que a microestru- tura do aço após resfriamento da peça seja uma microestrutura de multifa- ses, compreendendo a ferrita, e que seja homogênea em cada uma das zo- nas da peça.

Entende-se a expressão "microestrutura de multifases homogê- nea em cada uma das zonas da peça", uma microestrutura que apresenta uma constância em termos de proporção e de morfologia em cada uma das zonas da peça e na qual as diferentes fases são uniformemente repartidas.

Para que as velocidades de resfriamento V sejam suficientes, as ferramentas de conformação podem ser resfriadas, por exemplo por circula- ção de fluido.

Além disso, o esforço de aperto da ferramenta de conformação deve ser suficiente para assegurar um contato íntimo entre o disco e a fer- ramenta, e assegurar um resfriamento eficaz e homogêneo da peça.

De maneira opcional, após ter recortado o disco na cinta de aço, e antes de aquecê-lo, se pode eventualmente proceder a deformação a frio do disco.

Uma deformação a frio do disco, realizando-se, por exemplo, um perfil ou um ligeiro encaixe do disco, antes da conformação a quente, é van- tajosa à medida que isto permite peças a serem obtidas que podem apre- sentar uma geometria mais complexa.

Por outro lado, a obtenção de certas geometrias em uma única operação de conformação só será possível, caso se una ponta a ponta entre si dois discos. Uma deformação a frio pode assim permitir obter uma peça com uma só moldagem, isto é, uma peça obtida por conformação de um só disco.

Em uma primeira modalidade preferida da invenção, aplica-se o processo, de acordo com a invenção, para fabricar uma peça em aço que apresenta uma microestrutura de multifases, compreendendo seja a ferrita e a martensita, a ferrita e a bainita, ou ainda a ferrita, a martensita e a bainita.

Para formar essa microestrutura, adapta-se a composição do aço de multifase anteriormente descrita e em particular o teor em carbono, em silício e em alumínio. Assim, o aço compreende os seguintes elementos: - carbono a um teor de preferência compreendido entre 0,01 e 0,25% em peso, e mais preferencial mente compreendido entre 0,08 e 0,15%. O teor em carbono está limitado em 0,25% em peso, para limitar a formação de martensita e evitar assim a deterioração da ductilidade e da formabilidade; - manganês a um teor de preferência compreendido entre 0,50 e 2,50% em peso, e mais preferencialmente, compreendido entre 1,20 e 2,00% em peso; - silício a um teor de preferência compreendido entre 0,01 e 2,0% em peso, e mais preferencialmente, compreendido entre 0,01 e 0,50% em peso; - alumínio a um teor de preferência compreendido entre 0,005 e 1,5% em peso, e, mais preferencialmente, compreendido entre 0,005 e 1,0% em peso. É preferível que o teor em alumínio seja inferior a 1,5% em peso, de maneira a evitar a degradação da soldabilidade por faiscamento, devido à formação de inclusões de óxido de alumínio Al203; - molibdênio a um teor de preferência compreendido entre 0,001 e 0,50% em peso, e, mais preferencialmente, compreendido entre 0,001 e 0,10% em peso; - cromo a um teor de preferência compreendido entre 1% em peso, e, mais preferencialmente, inferior ou igual a 0,50% em peso; - fósforo a um teor de preferência inferior ou igual a 0,10% em peso; - titânio a um teor de preferência inferior ou igual a 0,15% em peso; - nióbio a um teor de preferência inferior ou igual a 0,15% em peso; - vanádio a um teor de preferência inferior ou igual a 0,25% em peso. O resto da composição é constituído de ferro e de outros ele- mentos que se espera habitualmente encontrar como impurezas resultantes da fusão do aço, em proporções que não influem sobre as propriedades buscadas.

Para formar uma peça em aço de multifases, compreendendo a ferrita e a martensita, e/ou a bainita, de acordo com a invenção, aquece-se o disco a uma temperatura de manutenção rs superior a Ac1, mas inferior a Ac3, de maneira a controlar a proporção de austenita formada, quando do aquecimento do disco, e não ultrapassar o limite superior preferencial de 75% por área de austenita.

Uma proporção de austenita no aço aquecido a uma temperatu- ra de manutenção ts durante um tempo de manutenção rs, compreendida entre 25 e 75% surfácica, oferece um bom compromisso em termos de resis- tência mecânica do aço, após conformação, e de regularidade das caracte- rísticas mecânicas do aço, graças à consistência do processo. Com efeito, aiém de 25% por área de austenita, formam-se suficientemente fases endu- recedoras, como, por exemplo, a martensita e/ou a bainita, quando do resfri- amento do aço, para que o limite de elasticidade Re do aço, depois da con- formação, seja suficiente. Ao contrário, além de 75% por área de austenita, controla-se com dificuldade a proporção de austenita no aço, e corre-se o risco de formar muitas fases endurecedoras, quando do resfriamento do aço e, por conseguinte, formar uma peça em aço que apresenta um alongamen- to à ruptura A insuficiente, o que prejudicará a capacidade de absorção da energia da peça. O tempo de manutenção do disco de aço à temperatura de ma- nutenção is depende essencialmente da espessura da cinta. No âmbito da presente invenção, a espessura da cinta está tipicamente compreendida en- tre 0,3 e 3 mm. Por conseguinte, para formar uma proporção de austenita compreendida entre 25 e 75% surfácica, o tempo de manutenção Ts está, de preferência, compreendido entre 10 e 1000 s. Caso se mantenha o disco de aço a uma temperatura de manutenção ts durante um tempo de manutenção ts superior a 1000 s, os grãos de austenita engrossam e o limite de elastici- dade Re do aço, após conformação será limitado. Além disso, a temperabili- dade do aço é reduzida e a superfície do aço se oxida. Ao contrário, case se mantenha o disco durante um tempo de manutenção ts inferior a 10 s, a proporção de austenita formada será insuficiente e a proporção de martensi- ta e/ou de bainita formada, quando do resfriamento da peça entre a ferra- menta, será insuficiente para que o limite de elasticidade rs do aço seja sufi- ciente. A velocidade de resfriamento V da peça em aço na ferramenta de conformação depende da deformação e da qualidade do contato entre a ferramenta e o disco de aço. Todavia, a velocidade de resfriamento V deve ser suficientemente elevada para que a microestrutura de multifases deseja- da seja obtida, e preferencialmente superior a 10 °C / s. Com uma velocida- de de resfriamento V inferior ou igual a 10 °C/s, corre-se o risco de formar carbetos que vão contribuir para degradar as características mecânicas da peça.

Nessas condições, após resfriamento, forma-se uma peça em aço de multifases, compreendendo mais de 25 % por área de ferrita, o resto sendo a martensita e/ou a bainita, as diferentes fases sendo homogenea- mente repartidas em cada uma das zonas da peça. Em uma modalidade preferida da invenção, formam-se preferencialmente de 25 a 75% por área de ferrita e 25 a 75% por área de martensita e/ou de bainita.

Em uma segunda modalidade preferida da invenção, aplica-se o processo, de acordo com a invenção, para fabricar uma peça em "aço TRIP". No âmbito da invenção, entende-se aço TRIP, uma microestrutura de multifases, compreendendo a ferrita, a austenita residual e eventualmente a martensita e/ou a bainita.

Para formar essa microestrutura de multifases TRIP, adapta-se a composição do aço de muítifase anteriormente descrita, e, em particular, o teor em carbono, em silício, em alumínio. Assim, o aço compreende os se- guintes elementos: - carbono a um teor compreendido, de preferência, entre 0,05 e 0,50% em peso, e mais preferencialmente compreendida entre 0,10 e 0,30% em peso. Para formar austenita residual estabilizada, é preferível que este elemento esteja presente a um teor superior ou igual a 0,05% em peso. Com efeito, o carbono exerce um papel muito importante sobre a formação da microestrutura e as propriedades mecânicas: de acordo com a invenção, uma transformação bainítica intervém a partir de uma estrutura austenítica formada à alta temperatura, e tiras de ferrita bainítica são formadas. Consi- derando-se a solubilidade muito inferior do carbono na ferrita em relação à austenita, o carbono da austenita é jogado entre as tiras. Graças a certos elementos de liga da composição do aço, de acordo com a invenção, em particular o silício e o manganês, a precipitação de carbetos, notadamente de cementita, intervém muito pouco. Assim, a austenita interfiras se enrique- ce progressivamente em carbono, sem que a precipitação de carbetos inter- venha. Esse enriquecimento é tal que a austenita é estabilizada, isto é, a transformação martensítica dessa austenita não intervém, quando do resfri- amento até à temperatura ambiente; - manganês a um teor compreendido, de preferência, entre 0,50 e 3,0% em peso, e, mais preferencialmente, entre 0,60 e 2,0% em peso. O manganês favorece a formação de austenita, contribui para diminuir a tem- peratura de começo de transformação martensítica Ms e para estabilizar a austenita. Essa adição de manganês participa também de um endurecimen- to eficaz em solução sólida e, portanto, da obtenção de um limite de elastici- dade Re elevado. Todavia, um excesso de manganês que não permite formar ferrita suficientemente, quando do resfriamento, a concentração de carbono na austenita residual é insuficiente para que ela seja estável. O teor em manganês está mais preferencialmente compreendido entre 0,60 e 20% em peso. Desse modo, os efeitos buscados acima são obtidos sem risco de formação de uma estrutura em cintas nefasta que proveria de uma segrega- ção eventual do manganês, quando da solidificação; - silício a um teor compreendido, de preferência, entre 0,001 e 3,0% em peso, e mais preferencialmente compreendida entre 0,01 e 2,0% em peso. O silício estabiliza a ferrita e estabiliza a austenita residual à tem- peratura ambiente. O silício inibe a precipitação da cementita, quando do resfriamento a partir da austenita, retardando consideravelmente o aumento dos carbetos: isto provém do fato de a solubilidade do silício na cementita ser muito fraca e de esse elemento aumentar a atividade do carbono na aus- tenita. Dessa forma, um germe eventual de cementita que se forma será co- locado no ambiente de uma zona austenítica rica em silício que terá sido jogado na interface precipitado - matriz. Essa austenita enriquecida em silí- cio é também mais rica em carbono e o aumento da cementita é diminuído em razão da difusão pouco importante resultante do gradiente reduzido de carbono entre a cementita e a zona austenítica próxima. Essa adição de silí- cio contribui, portanto, para estabilizar uma quantidade suficiente de austeni- ta residual para se obter um efeito TRIP. Além disso, essa adição de silício permite aumentar um limite de elasticidade Re> graças a um endurecimento em solução sólida. Todavia, uma adição excessiva de silício provoca a for- mação de óxidos muito aderentes, dificilmente elimináveis, quando de uma operação de decapagem, e o aparecimento eventual de defeitos de superfí- cie devido notadamente a uma falta de umedecimento nas operações de galvanizações a têmpera. A fim de conseguir a estabilização de uma quanti- dade suficiente de austenita, reduzindo o risco de defeitos de superfície, o teor em silício está preferencialmente compreendida entre 0,01 e 2,0% em peso; - alumínio a um teor compreendido, de preferência, entre 0,005 e 3,0% em peso. Como o silício, o alumínio estabiliza a ferrita e aumenta a formação de ferrita, quando do resfriamento do disco. Ele é muito pouco so- lúvel na cementita e pode ser utilizado a esse respeito para evitar a precipi- tação da cementita, quando de uma manutenção a uma temperatura de transformação bainítica e estabilizar a austenita residual; - molibdênio a um teor, de preferência, inferior ou igual a 1,0% em peso, e mais preferencialmente inferior ou igual a 0,60% em peso. - cromo a um teor, de preferência, inferior ou igual a 1,50% em peso. O teor em cromo é limitado para evitar os problemas de aspecto de superfície, em caso de galvanização do aço; - níquel a um teor, de preferência, inferior ou igual a 2,0% em peso; - cobre a um teor, de preferência, inferior ou igual a 2,0% em peso; - fósforo a um teor, de preferência, inferior ou igual a 0,10 % em peso. O fósforo em combinação com o silício aumenta a estabilidade da aus- tenita residual, suprimindo-se a precipitação dos carbetos; - enxofre a um teor, de preferência, inferior ou igual a 0,05 % em peso; - titânio a um teor, de preferência, inferior ou igual a 0,20 % em peso; - vanádio a um teor, de preferência, inferior ou igual a 1,0% em peso, e, mais preferencialmente, inferior ou igual a 0,60% em peso. O resto da composição é constituído de ferro e de outros ele- mentos que se espera habitualmente encontrar como impurezas resultantes da fusão do aço, em proporções que não influem nas propriedades busca- das. O tempo de manutenção do disco de aço a uma temperatura de manutenção ts superior a Ac1, mas inferior a Ac3 depende essencialmente da espessura da cinta. No âmbito da presente invenção, a espessura da cin- ta está tipicamente compreendida entre 0,3 e 3 mm. Por conseguinte, para formar uma proporção de austenita superior ou igual a 25% por área, o tem- po de manutenção ts está, de preferência, compreendido entre 10 e 1000 s.

Caso se mantenha o disco de aço a uma temperatura de manutenção ts du- rante um tempo de manutenção ts superior a 1000 s, os grãos de austenitas aumentam e o limite de elasticidade Re do aço, após conformação será limi- tada. Além disso, a temperabilidade do aço se reduz e a superfície de aço se oxida. Ao contrário, caso se mantenha o disco durante um tempo de manu- tenção ts inferior a 10 s, a proporção de austenita formada será insuficiente, e não se formará austenita residual e bainita suficiente, quando do resfria- mento da peça entre ferramenta. A velocidade de resfriamento V da peça em aço na ferramenta de formação depende da deformação e da qualidade do contato entre a fer- ramenta e o disco de aço. Para se obter uma peça em aço que apresente uma microestrutura de multifases TRIP, é preferível que a velocidade de res- friamento V esteja compreendida entre 10 °C / s e 200 °C / s. Com efeito, abaixo de 10 °C / s, formar-se-ão essencialmente ferrita e carbeto, e insufici- entemente austenita residual e martensita, e, além de 200 °C / s, formar-se- ão essencialmente a martensita e insuficientemente a austenita residual. É indispensável formar uma proporção de austenita superior ou igual a 25% por área, quando do aquecimento do disco, para que, quando do resfriamento do aço entre a ferramenta de conformação, fique austenita residual suficiente e que o efeito TRIP buscado possa ser assim obtido.

Nessas condições, após resfriamento, forma-se uma peça em aço de multifases constituída, em percentagem por área, de ferrita a uma proporção superior ou igual a 25%, de 3 a 30% de austenita residual, e e- ventualmente martensita e/ou bainita. O efeito TRIP pode vantajosamente ser aproveitado para absor- ver a energia em caso de choques à grande velocidade. Com efeito, quando de uma deformação considerável de uma peça em aço TRIP, austenita resi- dual se transforma progressivamente em martensita, selecionando a orienta- ção da martensita. Isto tem por efeito reduzir os esforços residuais na mar- tensita, reduzir os esforços internos na peça, e fínalmente limitar o dano da peça, pois a ruptura desta intervirá para um alongamento A mais considerá- vel do que se esta não fosse em aço TRIP. A invenção vai a seguir ser ilustrada por exemplos dados a título indicativo, não limitativo, e com referência à figura única anexada que é uma fotografia de uma peça obtida por conformação a frio (referência G) e de uma peça obtida por conformação a quente (referência A).

Os inventores fizeram testes ao mesmo tempo sobre aços que apresentam, por um lado, uma composição típica daquela dos aços de mi- croestrutura de multifases, compreendendo a ferrita e a martensita e / ou a bainita (ponto 1), e, por outro lado, uma composição típica daquela dos aços de microestrutura de multifases TRIP (ponto 2). 1- ACO DE COMPOSIÇÃO TÍPICA DAQUELA DOS ACQS DE MICROES- TRUTURA DE MULTIFASES. COMPREENDENDO FERRITA E MARTEN- SITA. 1.1 Avaliação da influência das velocidades de aquecimento e de resfriamento.

Discos de dimensão 400 x 600 mm são recortados em uma cinta em aço, cuja composição, indicada na tabela I, é aquela de um aço de nuan- ce DP780 (Fase Dual 780). A cinta apresenta uma espessura de 1,2 mm. A temperatura Ac1 desse aço é de 705 °C e a temperatura Ac3 é de 815 °C.

Os discos são levados a uma temperatura de manutenção ts variável, duran- te um período de manutenção de 5 minutos. Depois, são imediatamente transferidos em uma ferramenta de encaixe, na qual são ao mesmo tempo enformados e resfriados com velocidade de resfriamento V variáveis, man- tendo-os na ferramenta durante um período de 60 s. As peças encaixadas se assemelham a uma estrutura em forma de ômega.

Após resfriamento completo das peças, mede-se seu limite de elasticidade r0, sua resistência à tração Rm, e seu alongamento à ruptura A, e determina-se a microestrutura do aço. No que se refere à microestrutura, F representa a ferrita, M, a martensita e B, a bainita. Os resultados são apre- sentados na tabela II. TABELA I: COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ACO. DE ACORDO COM A IN- VENÇÃO. EXPRESSA EM % EM PESO. O COMPLEMENTO SENDO O FERRO OU AS IMPUREZAS.

TABELA II: CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS E MICROESTRUTURA DAS PECAS EMBUTIDAS. * de acordo com a invenção.

Os resultados desse teste mostram bem que só um aquecimento do aço a uma temperatura compreendida entre Ac1 e Ac3 permite obter uma microestrutura de multifases, compreendendo a ferrita, independentemente da velocidade de resfriamento do aço na ferramenta de conformação. Com efeito, quando o aço é aquecido a uma temperatura superior a Ac3, convém, então, controlar estritamente a velocidade de resfriamento V, quando da conformação, para se obter um aço de microestrutura de multifases, com- preendendo mais de 25% por área de ferrita, e, de preferência, entre 25 e 75% por área de ferrita.

Além disso, uma pequena dispersão das características mecâni- cas em função da velocidade de resfriamento para as peças obtidas, de a- cordo com a invenção, sua capacidade de absorção de energia é superior àquela das peças obtidas com o aquecimento a uma temperatura superior a Ac3. 1.2 AVALIAÇÃO DO RETORNO ELÁSTICO. A finalidade desse teste é de mostrar o interesse de uma con- formação a quente em relação a uma conformação a frio, e avaliar o retorno elástico.

Para isso, fabrica-se uma peça em aço de nuance DP780, en- caixando-se a frio um disco recortado em uma cinta em aço, de espessura de 1,2 mm, cuja composição é indicada na tabela I, mas que, contrariamen- te, à cinta utilizada no ponto 1, apresenta antes do encaixe uma microestru- tura de multifases, compreendendo 70% por área de ferrita, 15% por área de martensita e 15% por área de bainita. A figura 1 mostra que a peça formada por encaixe a frio (marcada na figura pela letra G) apresenta um forte retorno elástico, em relação à peça A (vide tabela II) formada por encaixe a quente (marcada pela letra A).

2- ACO DE COMPOSIÇÃO TÍPICA DAQUELA DOS ACOS TRIP

Discos de dimensão 200 x 500 mm são recortados em uma cinta em aço, cuja composição, indicada na tabela III, é aquela de um aço de nu- ance TRIP 800. A cinta apresenta uma espessura de 1,2 mm. A temperatura Ac1 desse aço é de 751 °C e a temperatura Ac3 é de 875 °C. Os discos são levados a uma temperatura de manutenção ts variável, durante um período de manutenção de 5 minutos, depois são imediatamente transferidos nessa ferramenta de encaixe, na qual são ao mesmo tempo enformados e resfria- dos com uma velocidade de resfriamento V de 45 °C / s, mantendo-os na ferramenta durante um período de 60 segundos. As peças encaixadas se assemelham a uma estrutura em forma de ômega.

Após resfriamento completo das peças, medem-se seu limite de elasticidade r©, sua resistência à tração Rm, e seu alongamento à ruptura A, e determina-se a microestrutura do aço. No que se refere à microestrutura, F representa a ferrita, A, a austenita residual, M, a martensita, e B, a bainita.

Os resultados são apresentados na tabela IV. TABELA III: COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ACO. DE ACORDO COM A IN- VENÇÃO. EXPRESSA EM PERCENTAGEM EM PESO. O COMPLEMENTO SENDO O FERRO OU MPUREZAS.

TABELA IV: CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS E MICROESTRUTURA DAS PECAS ENCAIXADAS. * de acordo com a invenção.

Os testes feitos mostram bem que o encaixe dos discos feitos, de acordo com a invenção, permite obter peças que apresentam caracterís- ticas mecânicas muito elevadas, assim como uma pequena variação das características mecânicas, independentemente da temperatura de resfria- mento.

Claims (16)

1. Processo para fabricar uma peça feita de aço, tendo uma mi- croestrutura de multifases, a microestrutura compreendendo ferrita com uma proporção igual a ou maior do que 25% e pelo menos uma das seguintes fases: martensita, bainita, austenita residual e sendo homogênea em cada uma das zonas da peça, caracterizado por compreender as etapas de: recortar um pedaço bruto a partir de uma tira de aço, a composi- ção da qual consiste, em percentagem por peso, de: 0,01 < C < 0,50% 0,50 < Mn < 3,0% 0,001 < Si < 3,0% 0,005 < Al < 3,0% Mo < 1,0% Cr < 1,5% P<0,10% Ti < 0,20% V < 1,0% opcionalmente, um ou vários elementos, tais como: Ni < 2,0% Cu < 2,0% S < 0,05% Nb < 0,15% o resto da composição sendo ferro e impurezas resultantes da fusão; aquecer o pedaço bruto até atingir uma temperatura de manu- tenção Ts superior a Ac1, mas inferior a Ac3, e mantê-lo a essa temperatura de manutenção Ts, durante um tempo de manutenção ts ajustado, de manei- ra que o aço, após o pedaço ter sido aquecido, possua uma proporção de austenita superior ou igual a 25% por área; transferir o pedaço bruto aquecido para uma aparelhagem de conformação, de maneira a formar a quente a dita peça; e resfriar a peça dentro da aparelhagem a uma velocidade de res- friamento V, de modo que a microestrutura do aço, após a peça ter sido res- friada, seja uma microestrutura de multifases, a microestrutura compreen- dendo ferrita com uma proporção igual a ou maior do que 25% por área e sendo homogênea em cada uma das regiões da peça.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe- la etapa de submeter o pedaço bruto à deformação a frio após ter sido recor- tado a partir da tira de aço e antes da etapa de aquecimento.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteriza- do pelo fato de que a composição do aço compreende, em percentagem por peso: 0,01 < C < 0,25% 0,50 < Mn < 2,50% 0,01 < Si < 2,0% 0,005 < Al < 1,5% 0,001 < Mo < 0,50% Cr < 1,0% P<0,10% Ti <0,15% Nb < 0,15% V < 0,25%, o resto da composição sendo ferro e impurezas resultantes da fusão; o pedaço é mantido à temperatura de manutenção Ts, durante um tempo de manutenção ts, ajustado de maneira que o aço, após o aquecimen- to, tem uma proporção de austenita entre 25 e 75% por área; e a microestru- tura do aço, após a peça ter sido resfriada, é uma microestrutura de multifa- ses compreendendo a ferrita e, tanto martensita quanto bainita, ou ainda ambas martensita e bainita.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pe- lo fato de que o aço compreende, em percentagem por peso: 0,08 < C < 0,15% 1,20 < Mn < 2,00% 0,01 < Si < 0,50% 0,005 < Al < 1,0% 0,001 < Mo<0,10% Cr < 0,50% P<0,10% Ti <0,15% Nb < 0,15% V < 0,25%, o resto da composição sendo ferro e impurezas resultantes da fusão.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracteriza- do pelo fato de que o tempo de manutenção ts está entre 10 e 1000 segun- dos.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que a velocidade de resfriamento V é superior a 10 °C/s.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo fato de que a estrutura de multifases do aço, após a etapa de resfriar a peça, compreende 25 a 75% de ferrita por área, e 25 a 75% de martensita e / ou de bainita por área.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteriza- do pelo fato de que o aço compreende, em percentagem por peso: 0,05 < C < 0,50% 0,50 < Mn < 3,0% 0,001 < Si < 3,0% 0,005 < Al < 3,0% Mo < 1,0% Cr < 1,50% Ni < 2,0% Cu < 2,0% P<0,10% S < 0,05% Ti < 0,20% V < 1,0% o resto da composição sendo ferro e impurezas resultantes da fusão; a microestrutura do aço, após a etapa de resfriar a peça, é uma mi- croestrutura de multifases TRIP compreendendo a ferrita, a austenita residu- al e opcionalmente a martensita e / ou a bainita.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pe- lo fato de que o aço compreende, em percentagem por peso: 0,10 < C < 0,30% 0,60 < Mn < 2,0% 0,01 < Si < 2,0% 0,005 < Al < 3,0% Mo < 0,60% Cr < 1,50% Ni < 0,20% Cu < 0,20% P<0,10% S < 0,05% Ti < 0,20% V < 0,60% o resto da composição sendo ferro e impurezas resultantes da fusão.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracteri- zado pelo fato de que o tempo de manutenção ts está entre 10 e 1000 se- gundos.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que a velocidade de resfriamento V está en- tre 10 e 200 °C Is.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que após a etapa de resfriar a peça, a mi- croestrutura de multifases do aço TRIP consiste, em percentagem por área, de ferrita a uma proporção superior ou igual a 25%, de 3 a 30% de austenita residual, e opcionalmente de martensita e / ou de bainita.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a operação de conformação é uma ope- ração de embutição profunda.

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a tira de aço é previamente revestida por um revestimento metálico, antes da etapa de recortar um pedaço dela.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o revestimento metálico é um revestimento à base de zinco ou de liga de zinco.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o revestimento metálico é um revestimento à base de alu-mínio ou de liga de alumínio.