FATORES QUE AFETAM A ESTAMPABILIDADE DOS AÇOS

● Anisotropia

Como já citado ao longo do trabalho, um fator importante levado em consideração na estampabilidade, é a anisotropia. Assim, para favorecer essa conformação, maior deve ser o coeficiente de anisotropia normal médio. Considerando o aço 430, esse coeficiente precisa ser acima de 1,3, o que possibilita operações com bom desempenho (GUIDA, 2006).

O aumento do coeficiente de anisotropia normal médio é dependente da textura cristalográfica da chapa, que pode ter influência causada pelo teor de carbono, titânio e nióbio. Para conseguir valores mais altos para o coeficiente é necessário a diminuição do teor de intersticiais, um aumento de deformação e ainda o processo de recozimento intermediário na laminação a frio (GUIDA, 2006).

Para aços que possuem estrutura cúbica de centro centrado (CCC) o valor desse coeficiente de anisotropia normal médio depende da textura cristalográfica, isto é, texturas com plano (111) paralelo ao plano principal da chapa tem valores mais altos do coeficiente, enquanto que os planos (100) paralelo ao plano da chapa tem coeficientes muito baixos (GUIDA, 2006).

Carbono - há uma tendência de crescimento no valor de anisotropia normal médio com o carbono, porém, combinando-se carbono e nitrogênio entre 235 e 480 ppm, o valor do coeficiente não é alterado significamente. Pode-se observar esse comportamento na tabela 7 a seguir para o aço 430 (SILVA, 1990).

Tabela 7: Influência do carbono no valor de anisotropia normal médio para o aço 430 (GUIDA, 2006).

Manganês - Para composições com baixo teor de manganês (< 0,10%) o coeficiente apresenta-se com valores mais altos, e para composições com teores entre 0,10 e 0,50% há pouca variação no coeficiente (SILVA, 1990). A imagem 26 a seguir mostra esse comportamento para aços do tipo 18%-Mn.

Figura 26: Influência do manganês no valor de anisotropia normal médio (GUIDA, 2006).

Titânio - A imagem 27 a seguir de 18%Cr-Mn mostra o comportamento do titânio em relação ao coeficiente de anisotropia normal médio, a qual para diferentes níveis de carbono mostra valores máximos do coeficiente para diferentes teores de titânio (SILVA, 1990).

Figura 27: Influência do titânio no valor de anisotropia normal médio (GUIDA, 2006).

Para teores de carbono maiores que 0,010%, o valor máximo do coeficiente é próximo de 0,15% de titânio, enquanto que, para teores de carbono menores que 0,010%, o valor máximo do coeficiente é próximo de 0,10% de titânio (SILVA, 1990).

Nióbio - a estampabilidade pode ser melhorada através da adição de nióbio pois a precipitação de Nb(C,N) retarda a recristalização ao longo da etapa de laminação a quente, o que gera uma bobina laminada a quente com alta energia armazenada, colaborando para a textura apropriada para o processo de estampagem profunda (SILVA, 1990).

A tabela 8 a seguir mostra o valor do coeficiente de anisotropia normal médio para alguns aços, e pode-se perceber o valor do coeficiente igual a 2 para o aço que contém nióbio.

Tabela 8: coeficiente de anisotropia normal médio para alguns aços (GUIDA, 2006).

● Forma geométrica dos grãos

De forma geral, a geometria dos grãos recristalizados não é fator responsável pela anisotropia das propriedades mecânicas. Contudo, alguns traços microestruturais

são capazes de presumir o valor do coeficiente de anisotropia médio e dessa maneira auxiliar em presumir a respeito da estampagem profunda (GUIDA, 2006).

● Tamanho de grão

Pelo fato da microestrutura do aço inoxidável ferrítico ser composta de uma única fase, seu crescimento de grão é rápido. Também, em comparação aos inoxidáveis austeníticos, os ferríticos, por sua grande mobilidade atômica na estrutura ferrítica, apresentam o mais rápido crescimento e mais baixa temperatura de crescimento de grão. Esse crescimento inicia-se em uma temperatura próxima de 600 graus, ao passo que os austeníticos em 900 graus. Além disso, partículas de carbonitretos de titânio ou de nióbio e a presença de austenita atrasam o crescimento de grão, como também, aumentam a temperatura inicial do processo de crescimento de grão (SILVA, 1990).

Conforme a relação Hall-Petch, a qual traz a resistência como uma função linear de d^1/2 onde d é o diâmetro do grão, o refinamento do tamanho do grão da ferrita aumenta o limite de resistência à tração e o escoamento plástico. Porém, pode não ser significante o tamanho de grão da ferrita para o processo, pois os grãos de ferrita de alto cromo possui muitos subgrãos, os quais têm grande influência na resistência mecânica. De modo consequente, o limite de resistência e o escoamento plástico dependem do tamanho de subgrão (SILVA, 1990).

Para a eliminação do orelhamento no processo de conformação (função do Δr), é necessário uma estrutura homogênea e refinada dos grãos. Apesar de as intensidades altas de componentes {111} serem fundamentais para um alto valor de coeficiente de anisotropia normal médio, é desejado um nível de aleatoriedade em relação às direções para que se tenha um Δr próximo de zero (SILVA, 1990)

Em suma, o tamanho de grão tem grande influência no valor de Δr, pois ele torna a textura mais aleatória, isto é, quanto menor o tamanho de grão, maior o número de grãos e consequentemente, maior a possibilidade de se ter grãos com orientações diversas.

● Efeito de Solução Sólida

O processo de endurecimento por solução sólida nos aços inoxidáveis completamente ferríticos são análogos ao processo do aço de baixo carbono, porém, na

presença de alguma austenita ou martensita, os efeitos também tem relação com as características desses elementos de liga (SILVA, 1990).

Os elementos que formam austenita aumentam de maneira rápida a resistência mecânica pelo aumento da quantidade de austenita, a qual, em seguida, transforma-se em martensita. Já, os elementos que formam a ferrita, inicialmente, de acordo com a redução na quantidade de austenita, há a diminuição na resistência, e só em seguida, quando a estrutura é 100% ferrítica que se torna evidente o endurecimento normal por solução sólida (SILVA, 1990).

A utilização de molibdênio, por exemplo, como soluto para endurecimento por solução sólida, é limitado devido a probabilidade de fragilização por formação de fases chi e/ou sigma. Como já comentado ao longo do trabalho, os solutos substitucionais têm influência no aumento da temperatura de transição ao impacto, todavia, o titânio e o nióbio podem ser benéficos no início do processo pela diminuição da quantidade de solutos intersticiais dissolvidos, mas seguindo de um efeito negativo quando os teores aumentam.

Se tratando do carbono e do nitrogênio, são solutos intersticiais que elevam a resistência mecânica e seus resultados configuram uma função linear de concentração, mas o nitrogênio, por causa da sua menor solubilidade, aparenta ser mais efetivo quando comparado ao carbono. O efeito desses solutos para a elevação de temperatura de transição ao impacto é prejudicial, no entanto, se combinados com outros elementos que formam carbonetos estáveis ou nitretos, eles podem trazer benefícios em relação a formação de partículas que atrasam o crescimento dos grãos, e então melhoram a tenacidade (SILVA, 1990).

● Recristalização

Juntamente com a deformação plástica a frio do processo de conformação, acontece um aumento do número de defeitos pontuais, um alongamento dos grãos no sentido da deformação, como também, um aumento na densidade de deslocações. Dessa forma, o material endurece por deformação quando há interação dessas deslocações entre si e com os defeitos pontuais, pois impossibilita a movimentação livre das deslocações no reticulado cristalino, levando assim, a um aumento da tensão de fluxo com o aumento da deformação plástica (SILVA, 1990).

Por definição, a liberação de energia armazenada em um metal é relacionada ao recozimento desse metal deformado, ou seja, há um realinhamento dos átomos dentro dos cristais, o que leva a uma diminuição de energia livre, pois ocorre um rearranjo dos cristais com isenção de deformação (SILVA, 1990).

A recuperação e a recristalização são tratamentos responsáveis por restaurar, em partes ou totalmente, as propriedades mecânicas de um metal deformado a frio. A recuperação é definida pela retirada do excesso de defeitos pontuais ao mesmo tempo que acontece a redução da densidade de deslocações, especialmente pela mudança no arranjo. Ela sucede por dois processos, o escorregamento cruzado e a escalada das deslocações. Para metais de baixa energia de falha de empilhamento a recuperação é pobre, pois há uma dificuldade nas deslocações dissociadas para escalar ou escorregar. Nos metais de alta energia de falha de empilhamento, a recuperação tem início na estrutura que é formada ao longo da deformação no interior dos grãos, o qual apresenta uma alta densidade de deslocações. Dessa forma, conforme a recuperação tem seguimento, as células crescem no seu diâmetro e diminui a densidade média das deslocações (SILVA, 1990).

Quando os metais possuem baixa energia de falha de empilhamento, eles formam arranjos planares de alta energia que integram uma força motriz para que aconteça a recristalização (SILVA, 1990).

A recristalização é definida pela formação e crescimento de novos grãos, sendo esses com menores densidades de deslocações que o material deformado. Esse fenômeno de recristalização possui variáveis importantes para seu sucesso, como a quantidade de pré-deformação, tempo, temperatura, tamanho de grão inicial, grau de recuperação e composição (SILVA, 1990).

● Adição de elementos estabilizantes

Para o processo de conformação do aço AISI 430, a adição de alumínio e nióbio confere textura e microestrutura adequada para que sejam produzidas chapas de boa estampabilidade com ausência de estrias. Esses elementos inibem a recristalização no decorrer da laminação a quente por meio da precipitação de Nb(CN) ou AlN e formam estruturas com alta energia de deformação (ACESITA, 1990).

Seguidamente do recozimento contínuo, esse metal exibe uma estrutura ferrítica homogênea e refinada, sendo assim, levam a melhoria de estampabilidade e da qualidade superficial do aço após a laminação a frio (ACESITA, 1990).