PT1651789E - Processo de fabrico de peças temperadas de chapa de aço - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

PROCESSO DE FABRICO DE PEÇAS TEMPERADAS DE CHAPA DE AÇO A invenção refere-se a um processo de produção de peças temperadas de chapa de aço. A área de construção de automóveis está a envidar esforços para reduzir o peso total dos veiculos ou, no caso de equipamentos mais sofisticados, não deixar subir o peso total do veiculo. Este propósito só pode ser coroado de êxito se houver uma redução do peso de determinados componentes do veiculo. Tenta-se, nomeadamente, reduzir o peso da carroçaria do veiculo em comparação com os tempos passados. Porém, ao mesmo tempo aumentaram os requisitos relacionados com a segurança, nomeadamente, a segurança dos ocupantes do veiculo, e com o comportamento em caso de acidente do veiculo. Enquanto para a redução do peso da carroçaria é reduzida a quantidade de peças e, nomeadamente, também a espessura, espera-se que a carroçaria bruta com um peso mais reduzido mostra, em caso de acidente, uma estabilidade e rigidez mais elevadas e um comportamento de deformação definido. A matéria-prima mais usada no fabrico das carroçarias é o aço. Nenhum outro material permite disponibilizar em áreas tão grandes peças económicas com as mais variadas caracteristicas de material.

Da alteração dos requisitos resulta que a par com a elevada estabilidade são assegurados também elevados valores de expansão e, por conseguinte, uma melhor capacidade de conformação a frio. Além disso, foi alargada a área das estabilidades representáveis para aços.

Uma perspectiva, nomeadamente para carroçarias na construção de automóveis, são as peças de chapa fina de aço com uma estabilidade em função da composição da liga, numa gama de 1000 a 2000 MPa. Para conseguir estabilidades tão elevadas na peça, é conhecido o método de cortar das chapas as respectivas platinas, aquecer as platinas a uma temperatura superior à temperatura de austenitização e, a seguir, conformar a peça numa prensa, realizando-se durante o processo de conformação, simultaneamente, um rápido arrefecimento para que o material seja temperado.

Durante o recozimento para a austenitização das chapas forma-se na superfície uma camada de calamina. Esta é removida após a conformação e o arrefecimento, normalmente pelo método de jacto de areia. Antes ou depois da remoção da camada de calamina, é feito o corte final e são inseridos os furos. Se o corte final e a inserção de furos se realizarem antes do tratamento com jacto de areia, são afectados os bordos de corte e os bordos dos furos, o que constitui uma desvantagem. Independentemente da ordem dos passos de tratamento após a têmpera, é uma desvantagem que a decapagem por jacto de areia ou métodos similares provoque frequentemente a distorção da peça. Após os passos de tratamento mencionados, realiza-se o chamado revestimento das peças com uma camada anti-corrosão. Por exemplo, é aplicada uma camada anti-corrosão com eficiência catódica.

Aqui é uma desvantagem que o acabamento da peça temperada é extremamente complicado e a têmpera da peça dá origem a um desgaste muito considerável. Uma outra desvantagem é que o revestimento da peça proporciona, normalmente, uma protecção anti-corrosão que não é muito forte. Além disso, a espessura das camadas não é uniforme mas varia ao longo da superfície da peça.

Variando este método, é conhecida a conformação a frio da peça a partir de uma platina de chapa, aquecê-la de seguida para a temperatura de austenitização e arrefecê-la depois rapidamente numa ferramenta de calibração, sendo que a ferramenta de calibração é responsável por a peça distorcida pelo aquecimento ser calibrada nas áreas conformadas. A seguir, realiza-se o acabamento acima descrito. Em comparação com o processo acima descrito, este processo permite geometrias mais complexas, uma vez que a conformação e a têmpera simultâneas permitem, em grande parte, apenas a criação de formas lineares, enquanto formas complexas não podem ser realizadas com estes procedimentos de conformação.

Da GB 1 490 535 é conhecido um processo para o fabrico de uma peça de aço temperada em que uma chapa de aço temperável é aquecida à temperatura de têmpera e, a seguir, colocada num dispositivo de moldagem onde a chapa toma a sua forma final desejada, sendo que durante a conformação se verifica, simultaneamente, um rápido arrefecimento, por forma a ser obtida uma estrutura martensitica ou bainitica enquanto a chapa se mantém no dispositivo de moldagem. Como material de partida é usado, por exemplo, um aço carbono ligado ao boro ou aço carbono-manganês. Segundo esta publicação, a conformação é, de preferência, uma prensagem mas também podem ser usados outros métodos. A conformação e o arrefecimento devem ser realizados, de preferência, com a necessária rapidez de modo a ser obtida uma estrutura martensitica ou bainitica de grão fino.

Da EP 1 253 208 AI é conhecido um processo para o fabrico de um perfil de chapa temperada a partir de uma platina que numa ferramenta de prensagem é conformada a quente e temperada, de modo a ser obtido um perfil de chapa. No perfil de chapa são criados, a partir do nível da platina, pontos de referência salientes ou rebordos que se destinam à orientação da posição do perfil de chapa nas operações de fabrico seguintes. Os rebordos devem ser moldados durante o processo de conformação, nas áreas não perfuradas da platina, sendo que os pontos de referência são criados no perfil de chapa em forma de estampagens marginais ou dobras ou rebordos. A conformação a quente e a têmpera na ferramenta de prensagem pretendem proporcionar vantagens gerais, devido ao modo de trabalho racional permitido pela combinação dos processos de conformação e acabamento numa única ferramenta. Devido à fixação do perfil de chapa na ferramenta e devido às tensões térmicas é provocada a distorção da peça que não pode ser exactamente predefinida. Esta pode ter consequências desfavoráveis sobre as operações de fabrico posteriores, e por isso são criados no perfil de chapa os pontos de referência.

Da DE 197 23 655 AI é conhecido um processo para o fabrico de produtos de chapa de aço, em que um produto de chapa de aço é moldado num par de ferramentas refrigeradas, enquanto estiver quente e temperada numa estrutura martensitica e enquanto ainda se encontra dentro da ferramenta, de modo que as ferramentas servem como fixação durante a têmpera. Nas áreas nas quais se pretende um tratamento após a têmpera, o aço deve ser mantido na área do fluxo de aço, sendo que as inserções nas ferramentas são usadas para impedir um rápido arrefecimento e, por conseguinte, uma estrutura martensitica nestas áreas. 0 mesmo efeito pretende-se conseguir também com cavidades nas ferramentas, de modo a haver uma fenda entre a chapa de aço e as ferramentas. Neste método é uma desvantagem que devido à distorção considerável que aqui pode surgir o processo aqui apresentado não é adequado para a prensagem e têmpera de peças com uma estrutura mais complexa.

Da DE 100 49 660 AI é conhecido um processo para o fabrico de peças conformadas de aço localmente reforçadas, sendo que a chapa base da peça estruturada é ligada no estado plano e numa posição definida à chapa de reforço ao que se segue a conformação da chamada chapa composta compacta em conjunto. Para melhorar o procedimento de fabrico no referente ao produto do processo e ao resultado e para aliviar os meios de processo, a chamada chapa composta é aquecida antes da conformação, para pelo menos cerca de 800 a 850 °C, inserida rapidamente, conformada depressa no estado quente e, a seguir, arrefecida, sob manutenção mecânica do estado de conformação por contacto com a ferramenta de conformação com arrefecimento forçado a partir do interior. Nomeadamente, a gama de temperatura relevante de 800 a 500 °C deve ser passada com uma velocidade de arrefecimento definida. O passo de ligação entre a chapa de reforço e a chapa base deve poder ser integrado facilmente no processo de conformação, sendo que as peças são soldadas uma à outra, o que faz com que simultaneamente possa ser conseguida uma protecção anti-corrosão eficaz na zona de contacto. Neste método é uma desvantagem que as ferramentas são muito dispendiosas, principalmente devido ao arrefecimento interior definido.

Da DE 2 003 306 são conhecidos um método e um equipamento para prensar e temperar peças de aço. O objectivo é prensar as peças de chapa de aço dando-lhes uma determinada forma e de temperá-las, evitando as desvantagens dos métodos conhecidos, nomeadamente, que as peças de chapa de aço sejam fabricadas em passos sucessivos separados para a prensagem e a têmpera. Nomeadamente, pretende-se evitar que os produtos temperados ou arrefecidos apresentem uma distorção em relação à forma desejada, de modo a serem necessários passos de trabalho adicionais. Para a realização está previsto colocar uma peça de aço entre dois elementos de conformação que interagem um com o outro, depois de a peça ter sido aquecida a uma temperatura que provoca o seu estado austenitico, pelo que a peça é prensada enquanto, simultaneamente, o calor é desviado rapidamente da peça para os moldes. Durante todo o processo os moldes são mantidos a uma temperatura de arrefecimento, de modo que a peça esteja sob efeito de têmpera ao mesmo tempo que é prensada para lhe dar forma.

[0014] Da DE 101 20 063 C2 é conhecido o método de alimentar uma unidade de perfilagem por laminagem com peças perfiladas metálicas para automóveis, a partir de uma matéria-prima disponibilizada em forma de banda, e de transformá-las num perfil laminado, sendo que depois da saida da unidade de perfilagem por laminagem, áreas parciais do perfil laminado são aquecidas por indução a uma temperatura necessária para a têmpera e, a seguir, temperadas numa unidade de arrefecimento. A seguir, os perfis laminados são cortados à medida a fim de serem obtidas as peças perfiladas.

Da US 6, 564,604 B2 é conhecido um processo para o fabrico de uma peça com propriedades mecânicas muito elevadas, em que a peça é fabricada pelo corte de uma tira de uma chapa de aço laminada e, nomeadamente, uma peça laminada a quente e revestida é revestida com uma liga metálica que pretende proteger a superfície do aço, sendo que a chapa de aço é cortada a fim de ser obtida uma pré-forma de chapa de aço. A pré-forma de chapa de aço é conformada a frio ou a quente sendo arrefecida e temperada após a conformação a quente ou aquecida e depois arrefecida após a conformação a frio. Uma liga intermetálica deve ser aplicada à superfície antes ou depois da conformação e oferecer uma protecção contra a corrosão e a descarbonização do aço, sendo que esta mistura intermetálica pode ter, adicionalmente, uma função de lubrificação. A seguir, o material excedente é removido da peça em bruto. 0 revestimento deve ser baseado em zinco ou zinco-aluminio. Pode ser usado um aço zincado nos dois lados por electrólise, sendo que uma austenitização se deve realizar a 950 °C. Esta camada zincada por electrólise é transformada durante a austenitização por completo numa liga de ferro-zinco. É explicado que na conformação durante a manutenção para o arrefecimento, o revestimento não afecta a saida do calor através da ferramenta mas, pelo contrário, até o melhora. Além disso, esta publicação propõe utilizar, como alternativa a uma banda zincada por electrólise, um revestimento de 45% a 50% de zinco, resto alumínio. No processo indicado, nas suas duas formas de execução, é uma desvantagem que uma protecção anti-corrosão catódica é já praticamente inexistente. Além disso, uma tal camada é tão frágil que durante a conformação surgem fissuras. Um revestimento com uma mistura de 45% a 50% de zinco e 55% a 45% de alumínio também não proporciona uma protecção anti-corrosão catódica digna de menção. Embora nesta publicação se afirme que da utilização de zinco ou ligas de zinco como revestimento resulta uma protecção galvânica mesmo para os cantos, na prática tal não é possível. Na prática, os revestimentos descritos nem sequer proporcionam uma protecção galvânica suficiente na superfície. DA EP 1 013 785 AI é conhecido um processo de fabrico de uma peça a partir de uma banda de aço laminada e, nomeadamente, de uma banda laminada a quente. O objectivo é poder oferecer chapas de aço laminadas com uma espessura de 0,2 a 2,0 mm que, entre outras coisas, são revestidas após a laminagem a quente e moldadas a quente ou a frio, ao que se segue um tratamento térmico, sendo que a subida da temperatura deve ficar assegurada sem descarbonização do aço e sem oxidação da superfície das referidas chapas antes, durante ou após a moldagem a quente ou o tratamento térmico. A chapa deve ser equipada com um metal ou uma liga de metal que garante a protecção da superfície da chapa. A seguir, a chapa deve ser submetida a um aumento de temperatura para a conformação, ao que se segue a conformação da chapa e finalmente o arrefecimento da peça. Nomeadamente, a chapa revestida deve ser prensada no estado quente e a peça obtida pela estampagem profunda deve ser arrefecida a fim de ser temperada, com uma velocidade que ultrapassa a velocidade de têmpera critica. Além disso, é indicada uma liga de aço que se pretende ser adequada, sendo que esta chapa de aço deve ser austenitizada a 950 °C, antes de ser moldada na ferramenta e temperada. O revestimento aplicado deve ser constituído, nomeadamente, de alumínio ou uma liga de alumínio, de onde deve resultar não apenas uma protecção contra a oxidação e a descarbonização mas também um efeito de lubrificação. Com este processo, e ao contrário dos outros processos conhecidos, pode ser evitado que a peça de chapa cria uma camada de calamina após o aquecimento para a temperatura de austenitização, mas uma conformação a frio como representado nesta publicação não é possível com chapas aluminizadas a quente, uma vez que a camada aluminizada a quente apresenta uma ductilidade demasiado baixa para uma moldagem mais acentuada. Nomeadamente, os processos de estampagem profunda de formas mais complexas não podem ser realizados com chapas deste tipo no estado frio. Com um revestimento deste tipo são possíveis conformações a quente, isto é, conformação e têmpera numa única ferramenta, mas a peça não apresenta depois qualquer protecção catódica. Além disso, uma tal peça tem de ser trabalhada após a têmpera, mecanicamente ou através de laser, de modo a verificar-se a desvantagem já acima descrita que os passos de tratamento seguintes são muito trabalhosos devido à dureza do material. Além disso, constitui uma desvantagem que todas as áreas da peça conformada cortadas por laser ou processos mecânicos, já não dispõem de qualquer protecção anti-corrosão.

Da DE 102 54 695 B3 é conhecido o método de conformar para o fabrico de uma peça conformada metálica, nomeadamente de uma peça de carroçaria a partir de um produto semi-acabado, de uma chapa de aço moldável a quente não temperada, o produto semi-acabado, em primeiro lugar, através de um processo de conformação a frio, nomeadamente através da estampagem profunda, a fim de ser obtida uma peça em bruto. A seguir, a peça em bruto deve ser cortada nas margens dando-lhe os contornos marginais que se aproximam aos da peça que se pretende fabricar. Finalmente, a peça em bruto cortada é aquecida e prensada e temperada numa ferramenta de conformação a quente. A peça produzida apresenta já após a conformação a quente o contorno marginal desejado, de modo que não há necessidade de proceder ao corte final da margem da peça. Desta forma, os tempos de ciclo no fabrico de peças temperadas de chapa de aço podem sofrer uma redução considerável. 0 aço usado deve ser um aço temperado ao ar que, eventualmente, é aquecido numa atmosfera de gás de protecção, a fim de evitar a formação de calamina durante o aquecimento. Caso contrário, uma camada de calamina é removida após a conformação a quente da peça conformada. Nesta publicação menciona-se que no âmbito do processo de conformação a frio a peça em bruto é moldada praticamente já com os contornos finais, sendo que por "praticamente já com os contornos finais" se entende que aquelas partes geométricas da peça acabada que andam a par com um fluxo de material macroscópico, no final do processo de conformação a frio se encontram totalmente integradas na peça em bruto. Concluído o processo de conformação a frio, para o fabrico da forma tridimensional da peça seriam necessárias apenas poucas adaptações da forma que necessitam de um fluxo de material local mínimo. Neste método constitui uma desvantagem que continua a haver um passo de moldagem final de todo o contorno no estado quente, sendo que para evitar a formação de calamina é preciso usar o caminho conhecido do recozimento sob gás de protecção, ou as peças têm de ser decapadas. Em ambos os processos tem de haver, a seguir, um revestimento anti-corrosão das peças.

Resumindo poderá dizer-se que em todos os métodos acima mencionados a desvantagem é constituída pelo facto de as peças fabricadas depois da conformação e da têmpera ainda têm de ser trabalhadas, o que é dispendioso e requer trabalho. Além disso, as peças não têm qualquer protecção anti-corrosão ou apenas uma protecção anti-corrosão insuficiente. 0 objectivo da invenção e criar um método para o fabrico de peças temperadas de chapa de aço que possa ser realizado com facilidade e rapidez e que permita fabricar peças temperadas de chapa de aço, nomeadamente, chapa de aço fina com uma protecção anti-corrosão catódica com dimensões exactas e sem necessidade de tratamento posterior, tal como decapagem ou jactos de areia. 0 objectivo é atingido por um método com as caracteristicas da revindicação 1. Evoluções favoráveis estão assinaladas nas sub-reivindicações.

De acordo com a invenção, a conformação das peças bem como o corte e a furação das peças realizam-se, normalmente, no estado não temperado. A capacidade de deformação relativamente boa do material especial usado no estado não temperado permite a realização de geometrias complexas das peças, e em vez do corte posterior dispendioso no estado temperado podem ser realizadas operações de corte mecânicas antes do processo de têmpera, o que é consideravelmente mais económico.

As alterações dimensionais inevitáveis devido ao aquecimento da peça já são tidas em consideração aquando da conformação da chapa fria, de modo que a peça é fabricada cerca de 0,5 a 2% mais pequena que as dimensões finais. Na conformação é tida em consideração, pelo menos, a expansão térmica esperada.

Em caso de tratamento a frio da peça, isto é, conformação, corte e furação, é suficiente fabricar as áreas com elevada complexidade e profundidade de conformação e, eventualmente, as áreas de tolerância apertada da peça como, nomeadamente, os bordos de corte, os bordos moldados, as superfícies moldadas e, eventualmente, a disposição dos furos, sobretudo os furos de referência, com as tolerâncias finais desejadas, nomeadamente, as tolerâncias de corte e posição, da peça temperada acabada, sendo que aqui a expansão térmica da peça provocada pelo aquecimento é tida em consideração ou compensada.

Isto significa que a peça após a conformação a frio é mais ou menos 0,5% a 2% mais pequena que as dimensões finais nominais da peça temperada acabada. Mais pequeno significa aqui que após a conformação a frio a peça está prontamente moldada em todos os três eixos espaciais, portanto nas três dimensões. Assim, a expansão térmica é tida em consideração para os três eixos espaciais por igual. Na evolução técnica mais recente, a expansão térmica não pode ser tida em consideração para todos os eixos espaciais, por exemplo, pelo fecho não completo do molde, uma vez que aqui só poderia ser considerada uma expansão na direcção Z por uma desmoldagem incompleta. De acordo com a invenção, de preferência, a geometria tridimensional ou os contornos da ferramenta são fabricados mais pequenos nos três eixos espaciais.

Até agora, os técnicos partiram do principio que chapas de aço zincadas não são adequadas para processos deste tipo nos quais se realiza um passo de aquecimento, antes ou depois da conformação, por um lado, porque as camadas de zinco oxidam fortemente acima da temperatura de forno até agora habitualmente usada de 900 a 950 °C ou são voláteis sob gás de protecção (atmosfera isenta de oxigénio). A protecção anti-corrosão segundo a invenção para chapas de aço que primeiro são sujeitas a um tratamento térmico e, a seguir, conformadas e ao mesmo tempo temperadas, é uma protecção anti-corrosão catódica que no seu essencial se baseia no zinco. De acordo com a invenção, são adicionados ao zinco que forma o revestimento 0,1% a 15% de um elemento com afinidade ao oxigénio, como magnésio, silício, titânio, cálcio e alumínio. Descobriu-se que quantidades tão pequenas de um elemento com afinidade ao oxigénio como magnésio, silício, titânio, cálcio e alumínio provocam um efeito surpreendente nesta aplicação especial.

Como elementos com afinidade ao oxigénio podem ser usados, de acordo com a invenção, pelo menos Mg, Al, Ti, Si, Ca. Se a seguir forem feitas referências ao alumínio, este é representativo também para os outros elementos mencionados.

Com surpresa verificou-se que apesar da quantidade reduzida de um elemento com afinidade ao oxigénio como, principalmente, o alumínio, se forma durante o aquecimento claramente uma camada de protecção superficial muito eficaz e de cura posterior, constituída, essencialmente, por AI2O3 ou por um óxido do elemento com afinidade ao oxigénio (MgO, CaO, TiO, S1O2) . Esta camada de óxido muito fina protege a camada de protecção anti-corrosão contendo Zn que se encontra por baixo, contra a oxidação, mesmo em caso de temperaturas muito elevadas. Isto significa que durante o seguinte processamento especial da chapa zincada através do método de prensagem e têmpera se forma uma camada de protecção anti-corrosão de mais ou menos duas camadas, constituída por uma camada de grande eficiência catódica e com um elevado teor de zinco, protegida por uma camada de protecção anti-oxidação de um óxido (AI2O3, MgO, CaO, TiO, S1O2), contra oxidação e evaporação. Daí resulta uma camada de protecção anti-corrosão catódica com uma resistência química extraordinária, o que significa que o tratamento térmico deve ser realizado numa atmosfera oxidada. Sob gás de protecção (atmosfera isenta de oxigénio) a oxidação pode ser evitada mas o zinco iria evaporar devido à elevada pressão do vapor.

Além disso, verificou-se que a camada de protecção anti-corrosão em conformidade com a invenção apresenta para o método de prensagem e têmpera também uma estabilidade mecânica tão elevada que um passo de conformação realizado a seguir à austenitização das chapas não destrói esta camada. Mesmo se surgirem microfissuras, o efeito de protecção catódico é, no mínimo, claramente maior que o efeito de protecção das camadas de protecção anti-corrosão conhecidas para o método de prensagem e têmpera.

Para equipar uma chapa com a protecção anti-corrosão em conformidade com a invenção, pode ser aplicada, num primeiro passo, a uma chapa de aço, de preferência, uma liga de zinco com um teor de alumínio superior a 0,1% em peso mas inferior a 15%, nomeadamente, inferior a 10%, e ainda mais preferencialmente, inferior a 5%, seguindo-se um segundo passo em que da chapa revestida são cortadas ou estampadas peças que aquando da entrada de oxigénio atmosférico são aquecidas a uma temperatura superior à temperatura de austenitização da liga da chapa e, a seguir, arrefecidas com velocidade grande. Uma conformação da peça (platina) cortada da chapa pode ser realizada antes ou depois do aquecimento da chapa para a temperatura de austenitização.

Supõe-se que no primeiro passo do processo, durante o revestimento da chapa, é formada na superfície da chapa ou na área proximal da camada, uma fase de bloqueio fina, nomeadamente de Fe2Al5_xZnx que perturba a difusão Fe-Zn num processo de revestimento com metal líquido que se realiza, sobretudo, a uma temperatura até 690 °C. Assim, no primeiro passo do processo, a chapa é criada com um revestimento metálico de Zn com uma adição de alumínio que apenas em direcção à superfície da chapa como a área proximal da aplicação apresenta uma fase de bloqueio muito fina que é eficaz contra um crescimento rápido de uma fase de ligação de ferro-zinco. Além disso, é pensável que basta a presença do alumínio para reduzir a inclinação para a difusão de ferro-zinco na área da camada limite.

Se num segundo passo se realizar o aquecimento da chapa equipada com uma camada metálica de zinco-alumínio para a temperatura de austenitização do material de chapa com adição de oxigénio atmosférico, é liquefeita, em primeiro lugar, a camada metálica na chapa. Na superfície distai reage o alumínio com maior afinidade ao oxigénio do zinco com o oxigénio atmosférico sob formação de óxido sólido ou alumina, pelo que nessa direcção se verifica uma redução da concentração metálica do alumínio, resultando daí uma difusão constante do alumínio em direcção ao empobrecimento, portanto, em direcção à área distai. Este enriquecimento com alumina na área da camada exposta ao ar funciona agora como protecção contra a oxidação para o metal da camada e como bloqueio da evaporação para o zinco.

Além disso, durante o aquecimento o alumínio é retirado da fase de bloqueio proximal pela difusão constante em direcção à área distai onde então está disponível para a formação da camada superficial AI2O3. Desta forma é conseguida a formação de um revestimento da chapa que proporciona uma camada com grande eficiência catódica com um elevado teor de zinco.

Muito adequada é, por exemplo, uma liga de zinco com um teor de alumínio superior a 0,2% em peso mas inferior a 4%, de preferência superior a 0,26 mas inferior a 2,5% em peso.

Se, de modo favorável, se realizar no primeiro passo a aplicação da camada de liga de zinco à superfície da chapa passando por um banho de metal liquido com uma temperatura superior a 425 °C mas inferior a 690 °C, nomeadamente entre os 440 °C e os 495 °C, seguida pelo arrefecimento da chapa revestida, não pode ser formada apenas eficazmente a fase de bloqueio proximal ou observada uma perturbação muito boa da difusão na área da camada de bloqueio, mas também se verifica um melhoramento das características de pré-moldagem a quente do material de chapa.

Uma apresentação vantajosa da invenção verifica-se num processo em que é usada uma banda de aço laminada a quente ou a frio com uma espessura de, por exemplo, superior a 0,15 mm e com uma gama de concentração de pelo menos um dos elementos de liga dentro dos limites em % em peso Carbono até 0,4 de preferência 0,15 a 0,3 Silício até 1,9 de preferência 0,11 a 1,5 Manganês até 3,0 de preferência 0,8 a 2,5 Crómio até 1,5 de preferência 0,1 a 0,9 Molibdénio até 0,9 de preferência 0,1 a 0,5 Níquel até 0,9 Titânio até 0,2 de preferência 0,02 a 0,1 Vanádio até 0,2 Volfrâmio até 0,2 Alumínio até 0,2 de preferência 0,02 a 0,07 Boro até 0,01 de preferência 0,0005 a 0,005 Enxofre máx . 0,01 de preferência máx. 0, 008 Fósforo máx . 0,025 de preferência máx. 0,01

Resto ferro e impurezas

Foi possível constatar que a estrutura de superfície da protecção anti-corrosão catódica em conformidade com a invenção é particularmente vantajosa para uma elevada capacidade de aderência de tintas e vernizes. A aderência do revestimento ao objecto de chapa de aço ainda pode ser melhorada se a camada de superfície tiver uma fase intermetálica de zinco-ferro-alumínio rica em zinco e uma fase de ferro-zinco-alumínio rica em ferro, sendo que a fase rica em ferro apresenta uma proporção do zinco ao ferro de, no máximo 0,95 (Zn/Fe ^ 0,95), de preferência de 0,20 a 0,80 (Zn/Fe = 0,20 a 0,80), e a fase rica em zinco uma proporção do zinco ao ferro de pelo menos 2,0 (Zn/Fe h 2,0), de preferência, de 2,3 a 19,0 (Zn/Fe = 2,3a 19,0).

No método segundo a invenção, uma tal camada de zinco aparentemente não é muito prejudicada. Pelo contrário, a invenção permite, de modo vantajoso, que no corte e na furação da platina fria o material de zinco seja transferido pela ferramenta da camada de zinco para o bordo de corte e espalhado ao longo do bordo de corte.

Além disso, um revestimento com zinco tem a vantagem de a peça após o aquecimento e aquando da transferência para uma ferramenta de prensagem e têmpera perder menos calor, de modo a não haver necessidade de aquecer a peça a uma temperatura muito elevada. Assim, as expansões térmicas são mais reduzidas, de modo que o fabrico com tolerâncias exactas é simplificado, uma vez que, de maneira geral, as expansões são mais reduzidas.

Além disso, com a temperatura mais baixa a peça tem uma estabilidade maior, o que facilita o manuseamento e uma inserção mais rápida no molde. A título de exemplo, a invenção é explicada com a ajuda de um desenho. A única figura mostra o desenvolvimento do processo em conformidade com a invenção.

Para a realização do processo, em primeiro lugar, a chapa fina zincada especial não temperada é cortada em platinas.

As platinas trabalhadas podem ser platinas rectangulares, trapezoidais ou de outra forma. Para o corte das platinas podem ser usados todos os processos de corte conhecidos. De preferência, são usados processos de corte que durante o processo de corte não induzam calor na chapa. A seguir, com a ajuda de ferramentas de conformação a frio, são fabricadas das platinas cortadas peças conformadas. Este fabrico de peças conformadas abrange todos os métodos e/ou processos capazes de fabricar estas peças conformadas. Por exemplo, são adequados os seguintes métodos e/ou processos:

Ferramentas progressivas Ferramentas individuais em cadeia Ferramentas sucessivas em vários niveis Trem de prensas hidráulicas Trem de prensas mecânicas

Conformação por explosivos, conformação electromagnética, hidroconformação de tubos, hidroconformação de platinas e todos os processos de conformação a frio.

Depois da conformação e, nomeadamente, depois da estampagem profunda, realiza-se o corte final dentro das ferramentas tradicionais mencionadas.

De acordo com a invenção, a peça conformada no estado frio é fabricada 0,5 a 2% mais pequena que a geometria nominal da peça final, de modo que a expansão térmica durante o aquecimento é compensada.

As peças conformadas fabricadas através dos processos indicados devem ser conformadas a frio, sendo que as suas dimensões se encontram dentro do campo de tolerâncias pretendidas pelo cliente para a peça acabada. Caso surjam durante a conformação a frio acima mencionada tolerâncias maiores, estas podem ser corrigidas minimamente, em parte, durante o processo de prensagem e têmpera que ainda será referenciado mais pormenorizadamente. A correcção das tolerâncias no processo de prensagem e têmpera é, no entanto realizada, de preferência, apenas para desvios da forma. Tais desvios da forma podem ser corrigidos com um determinado tipo de calibragem a quente. No entanto, se possivel, o processo de correcção deve ser restringido apenas a um processo de dobra, sendo que os bordos de corte dependentes da quantidade do material (em relação ao bordo de moldagem) não podem nem devem ser influenciados posteriormente, isto é, se a geometria dos bordos de corte nas peças não for correcta, na ferramenta de prensagem e têmpera não pode ser feita qualquer correcção. Resumindo, é possivel constatar que a gama de tolerâncias dos bordos de corte corresponde à gama de tolerâncias durante a conformação a frio e o processo de prensagem e têmpera.

De preferência, dentro de uma peça conformada não devem existir dobras marcadas, uma vez que nesse caso a uniformidade da imagem de prensa e um processo de prensagem e têmpera uniforme não podem ser garantidos.

Depois da moldagem completa da peça, a peça conformada e cortada é aquecida a uma temperatura de recozimento superior a 780 °C, nomeadamente, 800 °C a 950 °C, e mantida nesta temperatura durante alguns segundos a alguns minutos, mas pelo menos até ter sido realizada a austenitização desej ada.

Depois do processo de recozimento, a peça é submetida ao passo de prensagem e têmpera segundo a invenção. Para o passo de prensagem e têmpera segundo a invenção a peça é inserida numa ferramenta dentro de uma prensa, sendo que esta ferramenta de prensagem e têmpera corresponde, de preferência, à geometria final nominal da peça acabada, isto é, ao tamanho da peça fabricada a frio incluindo a expansão térmica.

Para esse efeito, a ferramenta de prensagem e têmpera possui uma geometria ou um contorno que no seu essencial corresponde à geometria ou ao contorno da ferramenta de conformação a frio, mas 0,5 a 2% maior (no referente aos três eixos espaciais). Durante a prensagem e têmpera pretende-se uma ligação mecânica efectiva em toda a superfície entre a ferramenta de prensagem e têmpera e a peça a temperar, imediatamente após o fecho da ferramenta. A peça conformada é inserida na ferramenta de prensagem e têmpera com uma temperatura de aproximadamente 740 °C a 910 °C, de preferência, 780 °C a 840 °C, sendo que a conformação a frio realizada antes, como já referido, tem em consideração a expansão térmica da peça nesta gama de temperaturas de inserção.

Devido à zincagem da peça segundo a invenção, pode ser conseguida uma temperatura de inserção de 780 °C a 840 °C mesmo quando a temperatura de recozimento da peça conformada a frio se situa entre os 800 °C e os 850 °C, uma vez que a camada de zinco especial segundo a invenção diminui um arrefecimento rápido, em comparação com chapas não revestidas. Daí resulta a vantagem de as peças serem menos aquecidas e, sobretudo, de poder ser evitado um aquecimento superior a 900 °C. A consequência é um efeito recíproco com o revestimento de zinco, uma vez que o revestimento de zinco é menos prejudicado com temperaturas um pouco inferiores. A seguir, são explicados, mais pormenorizadamente, a título de exemplo, o aquecimento e a prensagem e têmpera.

Para a realização do processo de prensagem e têmpera, um robô retira inicialmente, sobretudo, uma peça da correia de transporte, inserindo-a numa estação de marcação, para que cada peça possa ser marcada de forma reprodutível, antes da prensagem e têmpera. A seguir, o robô coloca a peça num suporte intermédio, sendo que o suporte intermédio passa através de uma correia de transporte a um forno onde a peça é aquecida.

Para o aquecimento é usado, por exemplo, um forno de passagem com aquecimento por convecção. No entanto, podem ser usados também quaisquer outros grupos de aquecimento ou fornos, nomeadamente também fornos nos quais as peças conformadas são aquecidas por um sistema electromagnético ou por microondas. A peça conformada atravessa o forno em cima do suporte, sendo que o suporte está previsto para que o revestimento de protecção anti-corrosão durante o aquecimento não seja transferido para os rolos do forno de passagem ou desgastado por estes.

No forno, as peças são aquecidas para uma temperatura superior à temperatura de austenitização da liga usada. Uma vez que a camada de zinco, como já referido acima, não é muito resistente, a temperatura máxima das peças é mantida no nivel mais reduzido possível, o que é facilitado, conforme já mencionado, pelo facto de a peça arrefecer a seguir mais lentamente, devido à camada de zinco.

Depois do aquecimento das peças para a temperatura máxima, a partir de uma determinada temperatura mínima (>700 °C) o arrefecimento deve ser realizado com uma velocidade de arrefecimento >20K/s, a fim de conseguir uma têmpera completa e uma protecção anti-corrosão satisfatória. Esta velocidade de arrefecimento é atingida na prensagem e têmpera que se realiza a seguir.

Para esse efeito, o robô retira a peça, independentemente da espessura, com 780 °C a 950 °C, nomeadamente 960 °C a 900 °C, do forno, inserindo-a numa ferramenta de prensagem e têmpera. Durante a manipulação a peça conformada perde aproximadamente 10 °C a 80 °C, nomeadamente, 40 °C, sendo que o robô que procede à inserção é executado, de preferência, de modo a inserir a peça com elevada velocidade e grande precisão na ferramenta de prensagem e têmpera. O robô coloca a peça conformada num elevador de peças, e a seguir a prensa é baixada rapidamente, sendo o elevador de peças afastado e a peça fixada. Desta forma fica assegurado que a peça é posicionada e guiada com precisão, até a ferramenta estar fechada. No momento em que a prensa está fechada e, com ela a ferramenta de prensagem e têmpera, a peça ainda tem uma temperatura de pelo menos 780 °C. A superfície da ferramenta tem uma temperatura inferior a 50 °C, fazendo com que a peça seja arrefecida rapidamente para 80 °C a 200 °C. Quanto mais tempo a peça for mantida na ferramenta, melhor é a precisão dimensional. A ferramenta sofre um choque térmico, mas o método segundo a invenção permite conceber a ferramenta, no respeitante à sua matéria-prima, com uma elevada resistência a choques térmicos, nomeadamente quando no passo de prensagem e têmpera não são realizados passos de conformação. Nos métodos habituais, as ferramentas têm de apresentar, adicionalmente, ainda uma elevada resistência à abrasão, o que no presente caso não é muito importante, tornando-se assim a ferramenta mais económica.

Na inserção da peça conformada é preciso estar com atenção para que a peça totalmente cortada e furada seja inserida correctamente e com precisão na ferramenta de prensagem e têmpera, não devendo haver material excedente ou saliente. Eventuais ângulos podem ser corrigidos por simples dobraduras mas não pode ser eliminado material excedente. Por isso, na peça conformada a frio os bordos de corte têm de estar cortados com precisão em relação aos bordos moldados. Os bordos moldados devem ser fixados aquando da prensagem e têmpera, a fim de evitar desfasamentos dos bordos de corte. A seguir, o robô retira as peças da prensa e deposita-as num cavalete onde continuam a arrefecer. Se desejado, o arrefecimento pode ser acelerado soprando-as adicionalmente com ar.

Devido à prensagem e têmpera segundo a invenção, sem passos de conformação dignos de menção, e com uma união efectiva em toda a superfície entre a ferramenta e a peça, fica garantido que todas as áreas da peça são definidas e arrefecidas uniforme e simultaneamente em todos os lados. Nos processos de conformação habituais, realiza-se um arrefecimento definido reprodutível apenas quando o processo de conformação está tão avançado que o material encosta nas duas metades do molde. Mas no presente caso, o material encosta, de preferência, imediatamente em todos os lados com união efectiva nas duas metades do molde.

Além disso, há a vantagem de as camadas de protecção anti-corrosão existentes na superfície da chapa e, nomeadamente, as camadas aplicadas por zincagem a fogo não serem danificadas.

Uma outra vantagem reside no facto de, ao contrário dos processos de tratamento tradicionais, o corte final dispendioso após a têmpera deixar de ser necessário, resultando daí uma considerável vantagem económica. Uma vez que a moldagem ou a conformação se realiza, essencialmente, no estado frio antes da têmpera, a complexidade da peça é determinada, no seu essencial, apenas pelas características de moldagem do material frio não temperado. Com o método de acordo com a invenção, podem ser fabricadas, assim, peças temperadas muito mais complexas e numa qualidade mais elevada do que até agora.

Uma vantagem adicional é o esforço reduzido a que a ferramenta de prensagem e têmpera está sujeita devido ao facto de a geometria final existir na totalidade no estado frio. Desta forma pode ser conseguida uma vida útil consideravelmente mais elevada da ferramenta e maior precisão dimensional, o que, por sua vez, significa redução de custos.

Devido ao facto de o recozimento não se realizar a temperaturas muito elevadas, é possível poupar energia.

Devido ao arrefecimento definido da peça em todas as partes sem um processo de conformação adicional que influenciasse o arrefecimento negativamente, a quantidade de peças que não respeitam as tolerâncias pode ser claramente reduzida, de modo que também aqui são reduzidos os custos de fabrico.

Numa outra forma de execução favorável da invenção, prensagem e têmpera são realizadas de modo que um encosto da peça nas duas metades do molde ou uma união efectiva entre a peça e a ferramenta se realiza apenas nas áreas de pouca tolerância como nos bordos de corte e de moldagem, nas superfícies de moldagem e, eventualmente, na área dos furos. A união efectiva nestas áreas é conseguida pelo facto de estas áreas serem seguradas e fixadas com tanta segurança que as áreas de tolerância apertada podem sofrer uma conformação a quente dentro da ferramenta, sem que as áreas de tolerância apertada no respeitante às dimensões e à posição, sofram uma influência negativa ou sejam distorcidas.

Naturalmente, também nesta forma de execução vantajosa é tida em consideração a expansão térmica que a peça ainda possui aquando da inserção na ferramenta de moldagem, conforme acima já descrito.

Além disso, nesta forma de execução vantajosa, é possível arrefecer mais lentamente as áreas sem tolerância apertada, ou pelo não encosto de uma ou das duas metades da ferramenta de moldagem e pelo arrefecimento mais lento conseguir aí outros graus de dureza, ou por obter nestas áreas a conformação a quente desejada, sem que as áreas de tolerância apertada sejam influenciadas, o que pode ser feito, por exemplo, por fixadores adicionais nas duas metades da ferramenta de moldagem. Essencial é, como já mencionado, também nesta forma de execução preferencial que as áreas de tolerância apertada não sejam influenciadas durante a prensagem e têmpera ou a conformação.

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Processo de fabrico de peças temperadas de chapa de aço, abrangendo os passos de processo: Conformação a frio de peças conformadas de uma chapa de aço equipada com uma protecção anti-corrosão catódica; seguida por um tratamento térmico para fins de austenitização, caracterizado por a) antes, durante ou depois da conformação a frio serem realizados um corte final da peça conformada e as necessárias estampagens ou a furação, sendo que b) a conformação a frio e o corte bem como as estampagens e a disposição dos furos na peça são feitos de maneira que a peça conformada é 0,5 a % mais pequena que a peça temperada final, sendo que c) a seguir, a peça conformada a frio para efeitos de tratamento térmico, é aquecida, pelo menos em áreas parciais, com adição de oxigénio atmosférico, a uma temperatura que permita a austenitização do material de aço, e que d) a peça aquecida é transferida, a seguir, para uma ferramenta de conformação e têmpera, realizando-se na ferramenta de conformação e têmpera uma conformação e têmpera em que devido ao encosto e à prensagem (manutenção) da peça às ferramentas de conformação e têmpera, a peça é arrefecida e, por conseguinte, temperada e que e) o revestimento anti-corrosão catódico é constituído por uma mistura essencialmente de zinco, contendo a mistura, adicionalmente, um ou vários elementos com afinidade ao oxigénio, numa quantidade total de 0,1% a 15% de peso referente à totalidade da mistura, usando-se como elementos com afinidade ao oxigénio na mistura o magnésio e/ou o silicio e/ou o titânio e/ou o cálcio e/ou o alumínio.
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o revestimento anti-corrosão catódico ser um revestimento aplicado através de um processo de imersão a quente, sendo que o aquecimento da chapa de aço para a temperatura necessária para a têmpera provoca no revestimento uma pele superficial de um óxido do ou dos elementos com afinidade ao oxigénio.
3. 3. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por serem usados 0,2% em peso a 5% em peso dos elementos com afinidade ao oxigénio.
4. 4. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por serem usados 0,26% em peso a 2,5% em peso dos elementos com afinidade ao oxigénio.
5. 5. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por ser usado como elemento com afinidade ao oxigénio, essencialmente, o alumínio.
6. 6. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o revestimento se realizar com a mistura entre o zinco e os elementos com afinidade ao oxigénio, com passagem através de um banho de metal líquido, a uma temperatura de 425 °C a 690 °C, seguida pelo arrefecimento da chapa revestida.
7. 7. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o revestimento se realizar com a mistura entre o zinco e os elementos com afinidade ao oxigénio, com passagem através de um banho de metal líquido, a uma temperatura de 440 °C a 495 °C, seguida pelo arrefecimento da chapa revestida.
8. 8. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o tempo de manutenção acima da temperatura de austenitização ser de até 10 minutos.
9. 9. Processo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a temperatura de manutenção durante a fase de aquecimento se situar, no máximo, entre os 780 e os 950 °C.
10. 10. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado por a peça conformada ser prensada e temperada pelas duas metades da ferramenta de conformação essencialmente em simultâneo em toda a superfície e com a mesma força.

    ! Armazenar ψ Empilhar 1 i ' | Marcar ______ ...................... i Aquecer τ *

    Fig. 1