Manufactura y propiedades mecánicas de chapas de acero para la industria automotriz

1. Manufactura y propiedades mecánicas de chapas de acero para la industria automotriz Dr. Miguel Angel Vicente Alvarez Centro de Investigación IndustrialTenarisSiderca Actualmente: Laboratorio de Fisica de Neutrones - CAB

3. Introducción: ¿Que propiedades se buscan? • Piezas conformables: ductiles y blandas • Piezas estructurales: Duras y resistentes al impacto Que requeriminetos tiene la industria automotriz? • Menor gasto combustible • Menor costo fabricación • Mayor seguridad • Menor espesor de chapa • Mayor resistencia • Mayor capacidad de absorber impacto

4. Introducción: Las piezas de acero en un auto +DDS +DDS

5. Introducción: Dureza y ductilidad para distintos aceros l0 Tensile strength Total Elongation s s l0(1+e)

6. Introducción: Acero vs Aluminio

7. Introducción: ¿En que consiste el embutido de chapas? Conformado de una pieza a partir de una chapa

8. Introducción: Defectos y fallas durante el embutido Curvas tensión defromación típicas de aceros Bandas de Luders Las bandas de Luders aparecen en materiales que presentan fluencia discontinua !!! El “skin pass” o temper elimina la fluencia discontinua. Es una laminación con deformaciones < def Luders

9. Introducción: Defectos y fallas durante el embutido Piel Naranja Tipo Pozo Tipo Banda • Es una inestabilidad plástica superficial • Aparece en chapas con tamaños de grano grande y bajo coeficiente de endurecimiento. • La aparición de franjas o poros está asociada con la forma de los granos

10. Introducción: Defectos y fallas durante el embutido e2 La presencia de defectos puede provocar la concentración de la deformación y quiebre de la pieza e1 • La curva límite de conformado depende de : • el coeficiente de endurecimiento y rate sensitivity • la anisotropía plástica

11. s11 Plástica Elástica e11 Introducción: CLC y Anisotropía Plástica Ensayo de tracción uniaxial s11 e33 e11 e22 Deformación Plástica e11+e22+e33=0 Transversal q= e22 / e11 Longitudinal Parámetro de anisotropía Def transversal Def espesor

12. Aceros para Embutido • Propiedades Mecánicas • Baja fluencia • No tiene que haber yield point ni Luders • Alta resistencia • Alto coeficiente de endurecimiento n • Alta elongación a rotura • Alta anisotropía plástica s11 e11 • Composición química • Microestructura • Tamaño de grano y forma • Textura cristalográfica adecuada Parámetros de Proceso !!! Propiedades mecánicas

13. Aceros para embutido IF: Interstitial free BH: Bake hardenable steels Low C-Mn IF C<0.005 Mn 0.10-0.20 Ti 0.04 N <40ppm C 0.04-0.08 Mn 0.15-0.25 Al 0.04 N 30-60ppm Low C-Mn

14. Producción de chapas para embutido Proceso de laminado en Caliente Fundición en Planchones 1100ºC TFL: 800ºC-900ºC 1250ºC TB: 700-550

15. Producción de chapas para embutido Proceso de laminado en frío y recocido En esta etapa se definen las propiedades mecánicas finales, tamaño de grano y textura del material !!!!

16. DL Ferrita (Fe-bcc) DN Perlita (Fe bcc+Fe3C) 10 mm Laminación en frío Cold rolled stress Hot rolled • Microestructura • Cambia la forma de los granos • Se rompen las estructuras perlíticas • Hay un aumento de defectos dentro de los granos • Hay cambios en la orientación de los granos strain

17. Termocupla de horno convectores campana Horno/enfriador bobinas quemador Termocupla de gas Termocupla de base Turbina de circulación Metalurgia del acero en el recocido • Se producen tres fenomenos metalúrgicos • Recuperación • Recristalización • Precipitación de elementos en solución

18. Metalurgia del acero en el recocido Alta veloc de calentamiento 800 650 Fe3C 500 Temperatura 350 200 Tiempo DL Recuperación Recristalización Crecimiento de grano DL 20 mm Baja veloc de calentamiento

19. Aceros para Embutido • Propiedades Mecánicas • Baja fluencia. >TG grande y poco aleado • Alta elongación a rotura >100% recristal • Alta resistencia >depende mucho de los aleantes!! • Alto coeficiente de endurecimiento n • No tiene que haber yield point ni Luders • Aplico un skin pass previo al embutido • Alta anisotropía plástica • Control de la textura cristalográfica • Controlo a través de • química • % de laminación en frío • temperatura y sosta durante el recocido ¿Que es la textura cristalográfica? ¿Que relación hay entre la anisotropía plástica y la textura? ¿Como depende esa textura de las condiciones de proceso?

20. ¿Qué es la textura cristalográfica? In bulk samples grains have particular orientations respect to the sample coordinate system. If these grains are not randomly oriented it is said that the material has a crystallographic texture. The mechanical, magnetic, and elastic properties among others depend on the crystallographic texture. EBSD micrograph Each color indicates a particular orientation

21. ¿Como mido la textura? Incident and diffracted angle (Bragg Brentano measurement configuration) Interplanar spacing wavelength • Se fija el ángulo para sensar la intensidad de un pico de difracción • Se rota la muestra en los ángulos y y f2 • Se construye la figura de polos TD RD ND 110 200 211

22. ¿Como represento una orientación? Crystallographic Texture How can we represent an orientation? Each grain has an orientation with respect to a laboratory (sample) coordinate system 1) By the transformation that makes the two coordinate systems coincide. Euler angles ND Rotation axis 2) By indicating two directions // to two lab system reference uvw RD ND uvw // ND hkl // RD TD hkl RD TD

23. Textura: Representación- ODF La textura cristalográfica se representa por una función de distribución de orientaciones, que da la probabilidad de encontrar una dada orientación en la muestra. Es una función de tres variables, los tres ángulos de Euler que identifican una dada orientación

24. Identificación de orientaciones de la ODF Phi2=45

25. Relación textura-anisotropía plástica r90 Anisotropía planar r45 r0 Anisotropía normal 0 45º

26. Efecto de las distintas orientaciones al valor de r Cálculo Def transversal Def espesor Ear

27. Textura de laminación Es consecuencia de la incompatibilidad de los modos de deformación internos del cristal y la deformación macroscópica Cada grano deforma por corte en los distintos sistemas de deslizamiento accesibles. La componente anti-simétrica del tensor macro se compatibiliza por rotación de los granos (001)[1-10] (223)[1-10] (111)[1-10]

28. Textura del material recocido Alta velocidad 50ºC/min (001)[1-10] (113)[1-10] (111)[1-10] Baja velocidad 20ºC/hr (111)[1-10]

29. Interacción AlN- Textura cristalografica RX start E(110)>E(111)>E(112)>E(100) AlN (112) (100)

30. Aceros para embutido Al-killed Interacción RX-AlN (111)[1-10] DL 20 mm Morfología alargada de granos Textura cristalográfica Propiedades mecánicas para embutido

31. Textura y Propiedades del Material • Propiedades mecánicas • Constante elástica • Propiedades magnéticas • Sección eficaz neutrónica • Cinética de creep • Campo de tensiones internas y residuales

32. GRACIAS !!!!