AÇOS CONVENCIONAIS

Aços convencionais podem ser de média ou alta resistência. Os aços de média resistência são destinados a formas mais complexas por serem de mais fácil conformação mecânica, ou seja, suportam maiores níveis de deformações e estiramento antes de gerar imperfeiçoes no estampado até mesmo ruptura da peça, sendo constituídos basicamente de microestrutura constituída de ferrita (ZMIK, et al., 2006). Outra categoria de aços convencionais é a de Interstitial Free (IF). Por definição, estes aços apresentam baixos teores de nitrogênio e carbono nos interstícios do ferro, atingindo baixo limite de escoamento com alto expoente de encruamento (ELIAS; HOOK, 1972). Aços do tipo IF são tipicamente aplicados a peças de fechamento da carroceria e portas (ARCELORMITTAL, 2017). A Figura 5 ilustra a aplicação desse aço em um capô de 0,7 mm de espessura com um aço IF220.

Figura 5 – Capô confeccionado aço tipo IF220 com espessura de 0,7 mm.

O ganho em resistência pode afetar a estampabilidade de aço, ou seja, aços mais resistentes não permitem que estampagens profundas sejam realizadas sem que ocorra ruptura do mesmo e, para melhorar tal condição, foram desenvolvidos aços que aumentam sua resistência após passagem pelo processo de cura da pintura, sendo que tais aços são conhecidos como ‘Bake Hardenable” (BH) e possuem basicamente microestrutura ferrítica. Aços BH tem composição química específica para manter o carbono em solução sólida até que passem pelo processo de pintura onde a temperatura é elevada até 170 graus e mantida por tempo determinado. Nesse processo ocorre o endurecimento por precipitação de fases complexas e vale observar que esse processo de aquecimento tem também como objetivo acelerar o tempo de cura da pintura (MOMENI et al., 2011). Os aços da gama BH são concebidos para peças visíveis, por exemplo: portas, capô, porta traseira, para-lama e também para peças de aplicação estrutural como por exemplo: parte inferior da carroceria, reforços, travessas (ARCELORMITTAL, 2017). À esquerda na Figura 6 é possível observar o painel externo de uma porta feito de um aço tipo BH 260, ou seja, com 260 MPa de tensão limite de escoamento, e à direita, um reforço confeccionado de um aço tipo BH 300, com 300 MPa.

Figura 6 –Painel de porta de aço BH 260 à esquerda e reforço de um aço BH 300 à direita

Fonte: Autor “adaptado de” ArcelorMittal, 2017

Aços em que são empregados baixos teores de elementos de liga, geralmente menores do que 0,1%, são nomeados como aços de alta resistência e baixa liga ou também comumente encontrados com a nomenclatura em inglês High Strength Low Alloy (HSLA). Os elementos de liga variam e podem ser titânio, vanádio, nióbio, alumínio, entre outros (SKOBIR, 2011), sendo que o detalhamento dos mecanismos fogem ao escopo do presente trabalho. Os aços da linha

HSLA são adequados para peças estruturais, como sistemas de suspensão, reforços, travessas longitudinais, componentes de chassi, etc. (ARCELORMITTAL, 2017). Com aplicação variada desses aços HSLA na indústria automotiva, esse trabalho selecionou um aço dessa categoria para ser caracterizado e apresentado posteriormente na seção 3.2. Pode-se ilustrar tais aplicações com a Figura 7, onde à esquerda tem-se um reforço traseiro transversal e à direita um “Shock absorver” (absorvedor de impacto) de viga de impacto; ambos componentes empregando aços HSLA 300, ou seja, aços de alta resistência e baixa liga com 300 MPa de tensão limite de escoamento.

Figura 7 – Reforço traseiro transversal à esquerda e “Shock absorver” (absorvedor de impacto) de viga de impacto à direita, ambos aços em HSLA 300

Fonte: Autor “adaptado de” ArcelorMittal, 2017

Os HSLA têm um aumento do limite de escoamento da ordem de duas vezes maior do que os aços médios. O ganho de resistência é promovido basicamente pelo refino de grãos e átomos que entram em solução sólida substitucional ou intersticial (SKOBIR, 2011). Os aços HSLA apresentam microestrutura constituída de matriz ferrítica com carbonetos distribuídos dentro dos grãos ou ao longo dos contornos de grãos. As propriedades mecânicas de um aço HSLA podem ser vistas de forma comparativa com o aço convencional que apresenta limite de escoamento de 180 MPa na Figura 8.

Figura 8 - Curva de tensão verdadeira vs. deformação verdadeira de aços HSLA em comparação com aço convencional

Fonte: Autor “adaptado de” Keeler e Kimchi, 201, página 3-9

Essa figura apresenta valores de tensão verdadeira no eixo da ordenada e deformação verdadeira no eixa da abscissa. Nesse caso foram ensaiados aços que variam de 280 MPa a 500 MPa de tensão limite de escoamento. A nomenclatura mostra valores mínimos de resistência do aço, por exemplo, HSLA 280/370 denota que é um aço com tensão limite de escoamento de 280 MPa e tensão limite de resistência de 370 MPa.

Curvas de tensão vs. deformação auxiliam na classificação de aços por sua propriedade mecânica e são de mais fácil obtenção do que as curvas de fadiga que demandam mais tempo de teste e uma maior quantidade de amostras. Como esse trabalho se trata de um processo que abrange fadiga, a Figura 9 ilustra curvas de máxima tensão aplicada por número de ciclos até a falha, também conhecidas como curvas S-N ou ainda como curvas de Wöhler, de aços do tipo HSLA. As curvas S-N da Figura 9 foram compostas com relação de tensão de R = 0,1, ou seja, a tensão mínima aplicada é da ordem de 10% da tensão máxima aplicada. Vale ressaltar que o eixo número de ciclo até falha se encontra em escala logarítmica.

Figura 9 - Curva S-N de aços HSLA com R = 0,1

Fonte: Autor “adaptado de” ArcelorMittal, 2017

As curvas S-N podem ser interpretadas da seguinte maneira: para um aço do tipo HSLA 320 submetido a uma tensão cíclica, a qual varia de 40 MPa a 400 MPa, a expectativa é que esse ciclo se repita 100.000 vezes até que a trinca nucleie.

Até esse momento nesta seção foram apresentados os aços convencionais e os de baixa liga. Nos próximos tópicos, serão apresentados aços avançados de alta resistência e ultra alta resistência.