Análise de aços de alta resistência submetidos a tratamento térmico e ensaio de tração a quente, em diferentes temperaturas

Orientador: Dr. Paulo Victor Prestes MarcondesCoorientador: Dr. Claudimir José RebeykaDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 23/08/2019Inclui referências: p. 133-139Resumo: Nas últimas décadas, devido à necessidade de atenuar os problemas ambientais causados pelos gases poluentes, importantes mudanças no setor automobilístico vêm sendo estimuladas, onde a redução do peso do veículo acarretaria uma menor queima de combustível. Para este objetivo, há o desafio de selecionar um material que apresente a plasticidade dos aços convencionais com elevada resistência mecânica, atendendo a demanda estrutural com menos material. Como opção para essa substituição, tem-se os aços de alta resistência (HSS), pois suas propriedades mecânicas permitem espessuras reduzidas em aplicações semelhantes ás dos aços convencionais. Entretanto, apesar do seu excelente desempenho, a atuação dos HSS na indústria é limitada pela ocorrência do retorno elástico que compromete sua conformabilidade. Para superar este problema, a elevação da temperatura durante a estampagem vem sendo cogitada. Mas, para entender o comportamento mecânico desses materiais, bem como a manutenção de suas principais propriedades em variadas temperaturas, fez-se necessário uma investigação da estrutura cristalina resultante de diferentes esforços combinados. Segundo estudos, esta análise pode ser realizada através de ensaios com deformação e temperatura controlada, seguidos por caracterização das mudanças microestruturais e como elas impactam nas propriedades mecânicas fundamentais do material. Neste trabalho, os aços de alta resistência HSLA (High Strength Low Alloy) e DP (Dual Phase) foram submetidos á duas abordagens distintas: Na primeira é realizado o tratamento térmico com dois meios de resfriamento (água e ar). Nessa etapa, investiga-se exclusivamente o impacto da variação de temperatura na microestrutura. Na segunda abordagem, a taxa de deformação e variação de temperatura em ensaios uniaxiais de tração á quente foram combinadas, com velocidade e temperatura controlada em amostras padronizadas. Ao fim de cada abordagem as mudanças microestruturais foram investigadas por meio de técnicas metalográficas: Microscópio Óptico de Reflexão, Microscópio Eletrônico de Varredura, teste de Dureza Vickers, Fluorescência de Raio - X e Espectroscopia de Energia Dispersiva. Através do diagrama de tensão e deformação para as faixas de temperatura, identificou-se que com a elevação da temperatura a probabilidade de retorno elástico é reduzida, pela diminuição da tensão de escoamento e de resistência máxima, mas isto acentuou a estricção e praticamente anulou a presença de encruamento. A microscopia, por sua vez, mostrou que em tratamentos com maiores temperaturas o resfriamento rápido induziu a formação de Bainita no HSLA e de Martensita no DP, enquanto que o resfriamento mais lento, no HSLA, promoveu a formação de Perlita. Visto isto, concluiu-se que os aços estudados não são indicados para processos de estampagem a quente, pela deterioração que suas principais propriedades sofrem quando expostas á altas temperaturas. Palavras Chaves: Aços de alta resistência; Ensaio uniaxial de tração a quente; tratamento térmico.Abstract: In the last decades, due to the need of reduce ambiental problems caused by polluting gases, important changes in the industrial sector has been stimulated. In the automotive branch, specially, economically viable measures are searched to reduce the emission of polluting gases by intern combustion. In this contest, speculations are that the reduction of the vehicle weight would entail in a smaller fuel burn. To this goal, there is the challenge of selecting a material that shows he plasticity of conventional steels with elevated mechanical resistance, attending the structural demand with less material, decreasing the total weight of the component. As a possibility to this substitution, there are the high strength steels (HSS). Their mechanical properties allow reduced thickness in similar applications to the conventional steels. However, although the excellent performance, the acting of the HSS in the industry is limited, due, mainly, to its conformability. To overcome fragilization issues and elastic return, temperature elevation during the processes has been considered, for example: hot stamping. But, to understand the mechanical behave of these materials, as well the maintenance of its mainly properties in variety temperatures, it was necessary an investigation of the resulting crystal structure for different applied efforts. According to studies, this analysis can be made through tests with controlled deformation and temperature, followed by characterization of the alterations in the crystal lattice, like this, understanding how the structural changes affect the fundamental mechanical properties of the material. In this work, the high strength steels HSLA (high strength low alloy) and DP (Dual Phase) were submit to two distinct approaches: First one it's realized the thermic treatment with two cooling media (water and air). In this step, it's investigated exclusively the impact of temperature variation in the microstructure. In the second approach, deformation rate and temperature variation are combined in uniaxial tensile trials in high temperature with controlled velocity and temperature in standardized samples. In the end of each approach, the microstructural changes are investigated by metallography techniques: reflection optical microscope, scanning electron microscope, Vickers toughness test, X-ray fluorescence and dispersive energy spectroscopy. Through the stress and strain diagram for the temperature ranges, it was identified that with increasing temperature the probability of elastic return is reduced by decreasing yield stress and maximum strength, but this accentuated the stress and practically nullified the elasticity. presence of hardening. Microscopy, in turn, showed that in treatments with higher temperatures, rapid cooling induced formation of Bainite in HSLA and Martensite in DP, while slower cooling in HSLA promoted Perlite formation. Given this, it was concluded that the studied steels are not indicated for hot stamping processes, due to the deterioration that their main properties suffer when exposed to high temperatures. Keywords: High strength steels; uniaxial hot tensile test; heat treatment