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Na condição de fornecimento, ou seja, na condição laminado e recozido, o aço 22MnB5 apresenta uma microestrutura ferrítica/perlítica, com baixa resistência mecânica, entre 400 e 600MPa, boa capacidade de estampagem para produção do blanque e boa conformabilidade a frio. Após tratamento térmico exibe uma resistência mecânica maior que 1500MPa e uma tensão de escoamento superior a 1100MPa (NADERI, 2007). Segundo a WORD AUTO STEEL (2009) o limite de resistência do aço 22MnB5 passou de um valor pouco inferior a 900MPa na condição de fornecimento para mais de 1600MPa após estampado a quente. Turetta (2008a) realizou estudos do aço 22MnB5 designado como aço USIBOR® desenvolvido pela ArcelorMittal a partir de diferentes condições de tratamento, e conseguiu ganho expressivo de resistência mecânica, antes e após o tratamento térmico, como mostrada na tabela 3. Karbasian e Tekkaia (2010) realizaram estudos semelhantes e as curvas tensão-deformação antes e após estampagem a quente são mostrada na figura 22.

Tabela 3 - Propriedades mecânicas típicas do aço 22MnB5, na condição laminado a frio, recozido e revestido com Al- Si, antes e após a estampagem a quente.

Condição escoamento Tensão (MPa) Tensão máxima (MPa) Alonga- mento (%) Antes 350 - 500 550 - 700 12 - 21 Após 1100 - 1200 1500 - 1650 4 - 5

2.1.9.2 Ductilidade e tenacidade

A ductilidade e a resistência mecânica estão sempre em constante competição. Embora difícil de ser conseguido, o que se procura é uma combinação adequada entre estas duas propriedades. A habilidade do material apresentar tanto boa ductilidade (boa conformabilidade) e elevada resistência mecânica pode ser avaliado através do índice de conformabilidade determinado pelo do produto do valor de resistência máxima pelo alongamento (equação 1), determinado por Vandeputte (apad NADERI et al, 2011b)

F = RM x A25 (1)

onde :

F = Índice de conformabilidade;

M = Limite máximo de resistência (MPa); A25 = Alongamento (%);

Figura 22 - Curvas tensão-deformação do aço 22MnB5 na condição de fornecimento e após estampado a quente.

Fonte: adaptado de (KARBASIAN e TEKKAIA, 2010)

Existem diversos fatores que interferem no índice de conformabilidade como a composição química, os processos de fusão, o refino secundário do aço líquido, os processos de conformação mecânica, os quais acabam definindo o tamanho de grão e o tipo de microestrutura formada. No caso de aços estampados a quente a estrutura martensítica na forma de ripas,

em contraste com a forma de placas, fornece uma melhor combinação entre ductilidade e elevada resistência.

O baixo teor de carbono favorece a formação de martensita na forma de ripas e teores de C entre 0,05 e 0,10% com pequenas adições de elementos de liga endurecedores, como o Cr e o B, são suficientes para a obtenção de uma microestrutura martensítica constituída por ripas de martensita após conformação e resfriamento, fornecendo uma boa combinação entre resistência e ductilidade (NADERI,2007). Segundo o autor o tamanho de grão também interfere na tenacidade, mas neste tipo de material, de baixo carbono e martensita na forma de ripas, tanto a tenacidade como e ductilidade serão elevados mesmo com um tamanho de grão grosseiro, além disso, a estrutura martensítica na forma de ripas não necessita ser revenida. Outro fator que também influencia este índice é o processo de resfriamento a partir de uma temperatura subcrítica, que pode ser tanto o resfriamento intermediário como o resfriamento em etapas. Estes processos resultam na obtenção de uma distribuição uniforme e refinada de martensita em uma matriz ferrítica, fornecendo uma adequada combinação de resistência, ductilidade e tenacidade.

Naderi et al (2011b) estudou a aplicação de diversos aços não ligados ao boro na estampagem a quente, utilizando uma ferramenta resfriada com água e com nitrogênio. O propósito foi avaliar o efeito do carbono equivalente (Ceq) sobre

as propriedades mecânicas e sobre a conformabilidade. Utilizando água como refrigerante e um Ceq entre 0,243 e 0,337

foi possível obter um limite de resistência mecânica entre 900 e 1400MPa e tensão de escoamento entre 600 e 1100 MPa. Também resultou num melhor índice de conformabilidade devido à presença de ferrítica, que melhorou a ductilidade. Utilizando resfriamento com nitrogênio resultou numa microestrutura preferencialmente martensítica, mais homogênea a com melhor limite de resistência. Apesar disto os valores de conformabilidade, de uma forma geral, foram maiores quando o resfriamento foi feito com água,

2.1.9.3 Soldabilidade

O aço 22MnB5, tanto na condição de fornecimento como após a estampagem, é adequado para a soldagem com outros aços do mesmo grau ou até de graus diferentes, desde que os parâmetros do processo sejam ajustados para cada caso. Apresenta boa resistência para solda por ponto, solda a arco, com gás e solda a laser. Apesar disto o processo de solda por ponto é o mais indicado e o mais utilizado para unir componentes na indústria automobilística (HEDEGÄRD e ÅSLUNG 2011), pois é fácil de automatizar, provoca pouca distorção do componente e não necessita metal de adição (THYSSEN KRUPP STEEL, 2008).

Kim, Kang e Park (2011a) investigaram o efeito do processo de soldagem a laser sobre um aço 22MnB5 estampado a quente com e sem revestimento Al-Si. Os autores inicialmente observaram que na zona afetada pelo calor a microestrutura originalmente martensítica foi transformada em martensita revenida, bainita e numa mistura de bainita e martensita. Também notou que o alumínio e o silício da camada primária de Al-Si foram dissolvidos na região soldada, formando uma solução sólida que parcialmente desenvolveu uma fase intermetálica com o ferro, a qual precipitou ao longo da linha de difusão. Ambos os fatores colaboraram para o enfraquecimento da resistência da solda.

Hedegärd e Åslung (2011) mencionaram que em solda ponto a zona afetada pelo calor, ao redor da zona de fusão, tem sua microestrutura e propriedades alteradas durante a solda. Além dos efeitos já comentados anteriormente o autor cita que em zonas que excedem 1050oC durante a solda irá ocorrer crescimento de grão, resultando em decréscimo da tenacidade na região afetada. Quanto maior a temperatura e o tempo maior será este efeito. Quando o material é submetido a tensão uma trinca pode se iniciar facilmente nesta região e se propagar. Após a estampagem a quente o material apresenta uma dureza de 500HV1 e depois da solda esta dureza cai para 300HV1. Segundo o mesmo autor é necessário que o material deforme sem apresentar trincas repentinas. Neste sentido desenvolveu um trabalho onde reveniu a região termicamente afetada pela solda através de aquecimento por indução. Concluiram que o revenido apresenta os seguintes efeitos: (a) diminui a resistência,

mas aumenta a ductilidade, (b) reduz a relação deformação/dureza; (c) reduz a possibilidade de falha na região afetada pelo calor; (d) absorve mais energia (ensaio mecânico) após o revenido comparado com o material não revenido.

Choi et al (2013) avaliaram o “processo sob medida de solda” utilizando um aço do tipo H340LAD com 0,09%C e um aço tipo DUCTIBOR500 contendo boro, aplicando simulação numérica, análise dilatométrica e o método de Nakajima. Estudaram as características de transformação de fase, a conformabilidade, o afinamento da espessura e a presença de fratura, mostrando que os dois materiais apresentam diferentes comportamentos.