Metalografia

Os ensaios metalográficos realizados com o aço DP600 tiveram como objetivo a verificação das fases presentes no material e o valor percentual de cada uma delas, fator este de grande influência para a conformabilidade do aço.

A figura 4.1 mostra as fotos da metalografia na seção longitudinal do aço DP600 com ampliação de 800x (a) e 3500x (b), onde se tornam visíveis regiões escuras, correspondentes à matriz ferrítica do material e regiões mais claras, que identificam as “ilhas” de martensita presentes na micorestrutura do aço. Isso evidencia uma característica peculiar aos aços “dual phase”, assim denominados devido a existência de regiões mais duras (martensita) dispersas numa matriz de dureza mais baixa (ferrita).

(a) (b)

Figura 4.1 – Metalografia do aço DP600 com aumento de 800x (a) e aumento de 3500x (b).

As imagens acima se assemelham às obtidas por Uthaisangsuk et al (2011) e pela WorldAutoSteel (2009), que apontam as mesmas fases, ferrita e martensita, caracterizadas pela diferente coloração observada na metalografia do material. A comprovação destas fases se realizou através de ensaios de raios-X descritos na seção 4.3.2 deste capítulo.

Um aspecto importante, porém, na investigação do material foi a constatação do valor percentual de martensita dispersa no aço. Para isso utilizou-se o software AutoCad 2002, onde a imagem da microestrutura do aço foi inserida e, posteriormente, circundadas todas as regiões correspondentes à fase martensítica.

Desta forma mediu-se a área destas regiões e a área total da imagem, a partir das quais determinou-se um teor de 16,54% de martensita, sendo o restante equivalente a matriz ferrítica. Estes valores ficam dentro da faixa de 15% a 20% esperado pelo fabricante do aço e abaixo do percentual de 27% determinado por Uthaisangsuk et al (2011) em seu trabalho de pesquisa. O autor, no entanto, menciona estar trabalhando com um aço de teor de martensita mais elevado.

O teor de martensita presente no material tem influência direta no seu alongamento até a fratura e, consequentemente, nos parâmetros de estampabilidade do aço, uma vez que, por se tratar de uma fase dura, quanto maior o seu valor percentual há uma tendência a uma maior resistência mecânica e menor ductilidade. Com base nisso, pode-se dizer que a eficiência do material em processos de estampagem depende diretamente do equilíbrio na quantidade das fases, responsáveis em atribuir ao aço uma maior resistência sem um comprometimento em termos de conformabilidade.

4.1.3 Ensaios de tração

Os ensaios de tração, realizados com os corpos de prova retirados formando ângulos de 0º, 45º e 90º em relação à direção de laminação da chapa, forneceram informações relativas às propriedades mecânicas do material, como o limite de resistência (LR), tensão de escoamento (LE) e alongamento (Al). Estas propriedades caracterizam o material quanto aos seus valores limite em termos de resistência (LR), a tensão máxima atingida ao final da deformação elástica e consequente início de deformação plástica a 0,2% (LE) e finalmente o alongamento total (Al) do material até o instante da fratura.

Outros dados calculados ao final dos ensaios de tração foram o fator de anisotropia “R” e coeficiente de encruamento “n” do material. Estes dois parâmetros caracterizam o material quanto a sua estampabilidade.

Além das propriedades mecânicas e dos parâmetros de estampabilidade do material, o ensaio de tração permitiu ainda uma avaliação do material quanto ao perfil da curva Tensão vs Deformação da chapa metálica.

A tabela 4.3 mostra os resultados referentes às propriedades mecânicas do material obtidas através dos ensaios de tração, em comparação aos valores fornecidos pelo fabricante do aço e de outros trabalhos realizados com o mesmo material, como o de Huh (2008), Kim (2011) e Wang (2011).

Tabela 4.3. Comparativo das propriedades mecânicas LE, LR e Al, do aço DP600, obtidos através dos ensaios de tração e fornecidos pelo fabricante do aço e por outros autores.

Propriedades Mecânicas do aço DP600

Propriedades LE (MPa) LR (MPa) Al total(%)

Ensaios de tração 410 640 28,5

Fornecidas pelo fabricante 385 621 23,9

DP600 (Huh, 2008) 422 632 26,9

DP590 (Kim, 2011) 380 619 28,2

DP600 (Wang, 2011) 412 676 27,0

Os resultados apresentados na tabela 4.3 mostraram que tanto os valores do LR quanto do LE e do Al total, obtidos pelos ensaios de tração, enquadram-se perfeitamente dentro dos valores fornecidos pelo fabricante e apresentados por trabalhos de outros autores. Somente o valor do alongamento de 28,5% obtido nos ensaios de tração apresentou uma diferença mais significante se comparado ao valor fornecido pelo fabricante que foi de 23,9%, mas mesmo assim, o resultado ficou acima e se aproxima com valores fornecidos por outros trabalhos. Isto garante que, em termos de propriedades mecânicas, a amostra de aço a ser utilizada nos testes subsequentes não apresenta nenhuma restrição que possa influenciar nos resultados dos próximos ensaios de laboratório.

Os parâmetros de estampabilidade R e n da chapa, obtidos pelos ensaios de tração, estão apresentados na tabela 4.4. Os valores foram obtidos a partir da realização de cinco ensaios para cada direção de laminação do corpo de prova, através dos quais foi calculada uma média para cada direção, conforme prevê a norma NBR 8164. A tabela 4.4 apresenta, além dos valores médios de R e n para as direções de 0º, 45º e 90º, o valor da anisotropia média (R ) e da anisotropia planar

( R). Resultados esses que foram comparados aos fornecidos pelo fabricante bem como de outros trabalhos, como Nasser (2010), Kim (2011) e Wang (2011).

Tabela 4.4. Parâmetros de estampagem R, n, R _e R_{, do aço DP600, obtidos através dos ensaios}

de tração e fornecidos pelo fabricante do aço e por outros autores.

Parâmetros de estampabilidade do aço DP600

Parâmetros R R_0º R_45º R_90º R n_medio n_0º n_45º n_90º Ensaios de tração 0,9356 0,6739 1,0354 0,9977 0,1996 0,1880 0,1892 0,1931 0,1818 Fabricante do aço 0,84 0,70 1,06 0,70 x 0,18 0,17 0,19 0,17 DP590 (Kim, 2011) 0,984 0,822 1,015 1,083 x 0,224 0,221 0,229 0,223 DP600 (Nasser, 2010) 1,0105 0,942 1,01 1,08 0,001 DP600 (Wang, 2011) 1,16 0,67 1,02 0,206

Os resultados da tabela 4.4 reforçam que o aço DP600 é um material destinado a operações que exigem um certo nível de estampagem, uma vez que o fator R e especialmente o coeficiente n apresentaram valores suficientemente elevados, próximos ou acima de 1,0 para o R e próximos a 0,2 para o n, a ponto de garantir esta característica do material. De acordo com Kumar (2002), um aço que apresenta valores para R maior que 1,6, n maior que 0,2 e R próximo a zero, é considerado um material de alta conformabilidade. Nesse caso somente R ficou abaixo de 1,6.

Um fator importante a ser observado é a variação dos resultados do fator R para cada uma das três direções (0º, 45º e 90º), representados por R0º, R45º e R90º

respectivamente. Neste caso, o maior valor de R foi atingido para a direção de 45º, em torno de 1,03, o que implica dizer que o material apresenta melhor estampabilidade nesta direção, ou seja, apresenta uma tendência de se deformar mais eficientemente aos esforços perpendiculares a direção de laminação da chapa, atingindo um nível de conformação maior e sem ruptura nesta direção. Para as direções de 0º e 90º, os valores de R apresentaram-se na faixa de 0,67 e 1,0 respectivamente. Estes valores se encontram dentro de uma faixa típica para

materiais com boa conformabilidade, apesar de serem inferiores aos valores atingidos para a direção de 90º.

Desta forma pode-se classificar o material ensaiado como sendo um aço anisotrópico planar, uma vez que apresentou valores diferentes para R0º, R45º e R90º

(R0º ≠ R45º ≠ R90º). Este fato indica que o material apresenta diferentes propriedades mecânicas no plano da chapa, ou seja, a reação do material é diferente conforme a direção de aplicação dos esforços no plano do material. Os diferentes valores para cada uma das direções consideradas nos ensaios, implica dizer que o material apresenta uma tendência a sofrer um fenômeno conhecido como orelhamento. A tendência do material sofrer o orelhamento é quantificado pelo R, apresentado na tabela 4.4 com valor de 0,20. Valor considerado baixo, mas mesmo assim, bem maior do que o apresentado no trabalho de Nasser (2010) que ficou muito próximo a zero (0,001). Quanto maior o valor do R, segundo Schaeffer (1999) e Keeler (1968), maior a tendência do material sofrer orelhamento, ao passo que, se este valor fosse nulo ( R= 0), este fenômeno não aconteceria com o material.

O coeficiente de encruamento resultante dos ensaios foi de aproximadamente 0,19 para cada uma das três direções em que o material foi ensaiado, representados por n0º, n45º e n90º para os ângulos de 0º, 45º e 90º respectivamente. A partir deste valor pode-se dizer que o DP600 apresenta uma boa estampabilidade. Assim como o valor do fator R, quanto maior o valor do coeficiente de encruamento n, melhor será a estampabilidade do material, Kumar (2002).

Desta forma, o resultado obtido para o expoente n nos ensaios mostra que o material em estudo tende a apresentar um elevado limite de instabilidade plástica, o que confere boa estampabilidade por estiramento, uma vez que, quanto maior o limite de instabilidade do material, o material quando submetido a estampagem, tende a distribuir a deformação para as regiões vizinhas ao local mais deformado, resultando em um afinamento (redução de espessura) mais homogêneo da chapa. Isso evita que ocorra uma redução da espessura localizada numa porção do material, onde fatalmente ocorreria a ruptura da chapa.

A figura 4.2 mostra a curva Tensão vs Deformação de engenharia do aço DP600 obtida através do ensaio de tração.

Figura 4.2 Curva Tensão vs Deformação de engenharia do aço DP600.

Fazendo uma comparação entre a figura 2.46 obtida por Konieczny (2003) e a figura 3 obtida através dos ensaios de tração, gerou-se a figura 4.3.

Figura 4.3 Curva Tensão vs Deformação de engenharia do aço DP600.

As curvas Tensão vs Deformação de engenharia do aço DP600 representadas na figura 4.3 estão em consonância. Apesar da curva obtida nos ensaios de tração apresentar maiores valores para LE, LR e Al, se comparada a curva obtida por Konieczny (2003).

Analisando a figura 4.3, observa-se a inexistência do ponto de escoamento definido no final da região elástica para as duas curvas do aço DP600, contrário ao aço HSLA450 que apresenta uma região de escoamento bem definida. Este é um dado importante para operações de estampagem, uma vez que neste processo de fabricação este ponto poderia acarretar defeitos no produto final, como as linhas de Lüders, conforme Smith (1996), quando a deformação em alguns pontos da peça atingem uma deformação plástica porém próxima da região elástica, ocasionando esta falha. Este defeito ainda sim pode ocorrer, caso o material esteja envelhecido, o que seria evidenciado por uma consequente elevação na posição do ponto de escoamento na curva.

Aços DP apresentam uma excelente combinação de alta resistência e capacidade de deformação, resultado da sua microestrutura com grande capacidade de encruamento. A alta capacidade de encruamento garante a esses aços excelente capacidade de absorção de impacto, tornando esse aço uma opção interessante para componentes estruturais e de segurança nos automóveis.