Os materiais selecionados para este estudo são aqueles que atualmente possuem maior consumo pela indústria automobilística para a constituição de carrocerias de automóveis. Tais materiais estão relacionados na tabela 4.1.
TABELA IV.1 - Lista de materiais com revestimento GA a serem analisados.
Grupo C Mn Si P S Al Ti Nb N
IF comum 0,0018 0,10 0,007 0,010 0,003 0,036 0,020 0,0014 0,0020 IF- FOS220 0,0023 0,29 0,007 0,051 0,009 0,037 0,020 0,018 0,0026 UBC- BH180 0,0022 0,21 0,006 0,022 0,010 0,062 0,002 0,009 0,0029 UBC- BH220 0,0022 0,38 0,006 0,042 0,010 0,050 0,002 0,009 0,0029
O material IF (livre de intersticiais) é normalmente utilizado na construção de peças expostas, como: teto, laterais e, algumas vezes, em portas de automóveis. Já os materiais IF- FOS220 (refosforados de alta resistência mecânica), UBC-BH180 e UBC-BH220 (têm sua resistência mecânica aumentada após tratamento térmico de cura da tinta que recebem como pintura) são normalmente utilizados na construção de: capôs, pára-lamas, tampas traseiras, portas e em várias peças de reforço estrutural dos automóveis.
Estes materiais utilizados como peças expostas de automóveis são, normalmente, os mais críticos no processo de estampagem, pois se ocorrer algum defeito na peça estampada e isso não for visto para correção ou para descarte da peça inteira, existe o risco de tal inconveniente ser detectado somente após a pintura, pois os defeitos gerados na estamparia são realçados após receber tinta. Lembrando que em uma estamparia de montadora de automóveis todas as peças são feitas em série, pode-se então calcular o prejuízo e o atraso na produção caso ocorra algum tipo de defeito, como por exemplo, a ocorrência de powdering. Quando acontece problema de powdering há um acúmulo de pó de zinco nas ferramentas de
estampagem, provocando o surgimento de caroços em relevo nas peças estampadas. Por tais motivos, os materiais da tabela 4.1 foram selecionados para este estudo.
4.1.1 Preparação das Amostras
Os materiais selecionados para este estudo foram amostrados em escala industrial. Durante a produção normal de material de revestimento GA, o forno de indução que faz o tratamento térmico para transformação das fases do revestimento foi desligado durante alguns segundos. Este desligamento do forno fez com que cada material selecionado, produzidos com todos os parâmetros ajustados para produção de material com revestimento GA, ficassem com uma parte com o revestimento não transformado. Esta parte com revestimento sem transformação foi seccionada do restante do material e dividida em três partes. Cada uma dessas partes gerou outras oitenta partes, totalizando um número de duzentos e quarenta corpos-de-prova para cada material, que foram destinados para tratamento térmico na Gleeble. Após o tratamento térmico, os duzentos e quarenta corpos-de-prova foram separados em cinco grupos e destinados aos seguintes ensaios: Análise de powdering, microscopia eletrônica de varredura, análise química do revestimento, análise por difração de raios-X e, em seguida, para o ensaio de dissolução eletroquímica. Os últimos quarenta e oito corpos-de-prova ficaram separados como reservas, destinados a uma possível repetição de algum ensaio.
4.2 Metodologia
4.2.1 Tratamento Térmico na Gleeble
As amostras selecionadas produzidas em escala industrial com revestimento não transformado sofreram tratamento térmico na Gleeble simulando a produção em escala industrial. Foram simulados doze ciclos de tratamento térmico para cada material, com tempos de 20s, 30s e 40s a temperaturas de 580°C, 560°C, 540°C e 520°C. O intuito de ensaiar vários ciclos de tratamento térmico é reproduzir diferentes situações de temperatura e velocidade da linha de produção, que normalmente são utilizadas no processamento de tais materiais. Com os resultados dos demais ensaios e a conclusão deste estudo, serão escolhidos ciclos de tratamento térmico adequados para cada material.
4.2.2 Análise de powdering
Foram destinadas quatro amostras de cada condição experimental para o ensaio de powdering. Cada uma das amostras foi limpa com álcool etílico, depois secas e colocadas na máquina de teste V-Bend, na qual estava instalada ferramenta de dobramento de 60°. Após o dobramento, foi realizado o desdobramento das amostras e a adesão de uma fita adesiva a cada corpo-de-prova. Depois de removidas as fitas, as mesmas foram coladas em papel branco, em que a quantidade de zinco que se desprendeu de cada corpo-de-prova foi medida e registrada. Como para cada condição foram realizadas quatro análise, o valor final registrado para cada condição foi o resultado da média dos quatro registros anteriores.
Um exemplo do teste de V-Bend, assim como a máquina preparada para a realização do mesmo, está ilustrado nas figuras 4.1 e 4.2.
FIGURA 4.1 – Máquina de ensaio do teste V-Bend 60°.
FIGURA 4.2 – Exemplo do teste V-Bend 60°.
4.2.3 Microscopia Eletrônica de Varredura
Foram preparados quatro corpos de prova de cada condição ensaiada. Os embutimentos foram feitos com resina de cura lenta para não prejudicar a integridade do revestimento, e, em seguida, as amostras embutidas foram encaminhadas para o polimento e ataque químico. Após a preparação das amostras, as mesmas foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), em que foi caracterizada a constituição morfológica do revestimento (superfície e seção).
4.2.3 Difração de Raios-X e Dissolução Eletroquímica
No ensaio de difração de raios-X, foi utilizada uma técnica de contagem quantitativa da presença das fases do revestimento GA, em que foram utilizados padrões de reconhecimento das fases para medição dos corpos-de-prova.
Pelo fato do ensaio de difração de raios-X não ser destrutivo, os mesmos corpos de prova que foram verificados neste ensaio, foram destinados ao ensaio de dissolução eletroquímica do revestimento (curva de polarização potênciostática anódica/catódica).
A dissolução foi realizada em solução contendo: 100gL-1 de ZnSO4.7H2O, 200gL-1 de NaCl e uma densidade de corrente elétrica de 2mAcm-2. Com a análise das curvas resultantes da dissolução eletroquímica foi possível determinar as fases formadas no revestimento GA através da comparação dos níveis de energia que cada fase apresentou com valores registrados na literatura pesquisada expostos na tabela 4.2.
Assim como nos ensaios anteriores, cada condição de tratamento térmico foi verificada quatro vezes, e o valor médio dos resultados considerado como resultado final.
TABELA IV.2 – Níveis de energia padrão das fases do sistema Fe-Zn [15]
Fases Zn ζ δ Γ / Γ1 ΓPSE
Potencial (mV) -950 a -960 -830 a -850 -835 a -858 -775 a 780 -665 a -690
4.2.4 Caracterização Química do Revestimento
Nas amostras completamente transformadas em GA após o tratamento térmico na Gleeble foram realizadas análises de composição química do revestimento, através da técnica de ICP – OES plasma (inductively coupled plasma optical emission spectrometry). A preparação das amostras para esta análise foi feita pela dissolução do revestimento com HCl 50%, contendo um inibidor de ataque ao metal base (aço), composto de hexametileno de tetramina 3,5%. Após dissolver o revestimento, a solução foi conduzida ao analisador a plasma. Como para cada condição foram feitas quatro análises, o valor final registrado para cada condição foi o resultado da média dos quatros registros.