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TENACIDADE À FRATURA E RESISTÊNCIA À FADIGA DE AÇOS APLICADOS NA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA (BIFÁSICOS, BAINÍTICOS, INOXIDÁVE

Leonardo Barbosa Godefroid Eng. Met., M.Sc., D.Sc. Prof. DEMET / Escola de Minas / UFOP. TENACIDADE À FRATURA E RESISTÊNCIA À FADIGA DE AÇOS APLICADOS NA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA (BIFÁSICOS, BAINÍTICOS, INOXIDÁVEIS). ÍNDICE OBJETIVO O GRUPO GESFRAM MOTIVAÇÃO PARA O TRABALHO

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TENACIDADE À FRATURA E RESISTÊNCIA À FADIGA DE AÇOS APLICADOS NA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA (BIFÁSICOS, BAINÍTICOS, INOXIDÁVE

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  1. Leonardo Barbosa Godefroid Eng. Met., M.Sc., D.Sc. Prof. DEMET / Escola de Minas / UFOP TENACIDADE À FRATURA E RESISTÊNCIA À FADIGA DE AÇOS APLICADOS NA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA (BIFÁSICOS, BAINÍTICOS, INOXIDÁVEIS)

  2. ÍNDICE • OBJETIVO • O GRUPO GESFRAM • MOTIVAÇÃO PARA O TRABALHO • PARCERIAS COM INDÚSTRIAS • PESQUISA 1 • PESQUISA 2 • PESQUISA 3 • PESQUISA 4 • PERSPECTIVAS • CONSIDERAÇÕES FINAIS

  3. ÍNDICE • OBJETIVO • O GRUPO GESFRAM • MOTIVAÇÃO PARA O TRABALHO • PARCERIAS COM INDÚSTRIAS • PESQUISA 1 • PESQUISA 2 • PESQUISA 3 • PESQUISA 4 • PERSPECTIVAS • CONSIDERAÇÕES FINAIS

  4. OBJETIVO A palestra apresenta resultados de diversas pesquisas realizadas na UFOP nesta década, em conjunto com siderúrgicas nacionais sobre o comportamento mecânico de aços candidatos à aplicação na indústria automobilística. Enfatiza-se o desempenho destes materiais em termos de tenacidade à fratura, através da metodologia da integral J, e em termos da resistência à fadiga, através de mecanismos de iniciação e de propagação de trincas. Três aplicações são consideradas: rodas, tanque de combustível e sistema de exaustão. No primeiro caso, são apresentados resultados de aços bifásicos, em função de composição química e de efeitos de processamento termo-mecânico. São também comparados resultados de aços bainíticos com aços microligados e aços convencionais. No segundo e terceiro casos, são comparados aços inoxidáveis ferríticos, em função da presença de elementos de liga. São também apresentados resultados em função da temperatura e do ambiente.

  5. ÍNDICE • OBJETIVO • O GRUPO GESFRAM • MOTIVAÇÃO PARA O TRABALHO • PARCERIAS COM INDÚSTRIAS • PESQUISA 1 • PESQUISA 2 • PESQUISA 3 • PESQUISA 4 • PERSPECTIVAS • CONSIDERAÇÕES FINAIS

  6. GESFRAM 1993

  7. ÍNDICE • OBJETIVO • O GRUPO GESFRAM • MOTIVAÇÃO PARA O TRABALHO • PARCERIAS COM INDÚSTRIAS • PESQUISA 1 • PESQUISA 2 • PESQUISA 3 • PESQUISA 4 • PERSPECTIVAS • CONSIDERAÇÕES FINAIS

  8. Indústria automobilística - desafios a partir de movimentos ambientais da década 1960. MOTIVAÇÃO Crescimento no consumo de petróleo Alterações climáticas globais Poluição urbana Fonte: Advanced High Strength Steel Workshop, October 22, 23, 2006, USA

  9. Conceitos teóricos para desenvolvimento de produtos:  Encruamento - Densidade de discordâncias  Solução sólida - C, Mn, Si, P - Átomos de C para “bake hardening”  Precipitação - Carbonetos, nitretos (Nb, Ti, V, etc)  Refino de grão - Equação de Hall-Petch  Transformação de fase - Simples, “dual-phase” - “Multi-phase”, TRIP Fonte: T.Gladman, The Physical Metallurgy of Microalloyed Steels, 2002

  10. Indústria automobilística - utilização de materiais leves no setor de transportes. Fonte: Advanced High Strength Steel Workshop, October 22, 23, 2006, USA

  11. Projeto de chapas de aço Balanço entre resistência e formabilidade Fonte: Advanced High Strength Steel Workshop, October 22, 23, 2006, USA

  12. Fonte: Advanced High Strength Steel Workshop, October 22, 23, 2006, USA

  13. Fonte: Advanced High Strength Steel Workshop, October 22, 23, 2006, USA

  14. Fonte: Advanced High Strength Steel Workshop, October 22, 23, 2006, USA

  15. Fonte: Advanced High Strength Steel Workshop, October 22, 23, 2006, USA

  16. Fonte: Advanced High Strength Steel Workshop, October 22, 23, 2006, USA

  17. Fonte: C.D.Wuppermann, Steel Institute VDEh 62nd ABM Congress, 2007.

  18. ÍNDICE • OBJETIVO • O GRUPO GESFRAM • MOTIVAÇÃO PARA O TRABALHO • PARCERIAS COM INDÚSTRIAS • PESQUISA 1 • PESQUISA 2 • PESQUISA 3 • PESQUISA 4 • PERSPECTIVAS • CONSIDERAÇÕES FINAIS

  19. PARCERIAS Aços bifásicos para rodas. Aços inoxidáveis ferríticos para sistema de exaustão. Aços inoxidáveis para tanque de combustível. GESFRAM Tubarão Aços ARBL e bainíticos para rodas.

  20. ÍNDICE • OBJETIVO • O GRUPO GESFRAM • MOTIVAÇÃO PARA O TRABALHO • PARCERIAS COM INDÚSTRIAS • PESQUISA 1 • PESQUISA 2 • PESQUISA 3 • PESQUISA 4 • PERSPECTIVAS • CONSIDERAÇÕES FINAIS

  21. Código C Si Mn Cr DP-Cr 0,052 0,07 1,16 0,58 DP-Si 0,055 1,03 1,19 0,09 TENACIDADE À FRATURA E RESISTÊNCIA À FADIGA DE AÇOS BIFÁSICOS Composição química dos aços bifásicos (% em peso)

  22. Microestruturas Aço ao Cr Aço ao Si

  23. Código TG ferrita (m) FV martensita (%) C martensita (%) LE (MPa) LR (MPa) ALO (%) DP-Cr-entrega 8,7  0,4 12,5  0,1 25,7  8,4 406  20 569  8 41  2,5 DP-Cr-tratado - - - 582  18 644  5 28  1,2 DP-Si-entrega 9,6  1,0 9,5  1,0 23,4  7,2 489  24 592  4 37  4,7 DP-Si-tratado - - - 653  47 705  44 21  5,6 Características microestruturais e propriedades mecânicas

  24. Fraturas por tração Aço ao Cr Aço ao Si

  25. Tenacidade à fratura

  26. Iniciação de trinca por fadiga

  27. Iniciação de trinca por fadiga

  28. Iniciação de trinca por fadiga

  29. Iniciação de trinca por fadiga

  30. Crescimento de trinca por fadiga

  31. Crescimento de trinca por fadiga

  32. Crescimento de trinca por fadiga

  33. Aço ao Cr – região I Aço ao Cr – região II Aço ao Si – região I Aço ao Si – região II

  34. da/dN  10-7 mm/ciclos da/dN  10-5 mm/ciclos

  35. ÍNDICE • OBJETIVO • O GRUPO GESFRAM • MOTIVAÇÃO PARA O TRABALHO • PARCERIAS COM INDÚSTRIAS • PESQUISA 1 • PESQUISA 2 • PESQUISA 3 • PESQUISA 4 • PERSPECTIVAS • CONSIDERAÇÕES FINAIS

  36. RESISTÊNCIA À FADIGA DE AÇOSC-Mn, ARBL E BAINÍTICO • Composição química dos aços: • Aço “comum” C + Mn; • Aço ARBL C + Mn + Nb; • Aço bainítico C (<0,15%) + Mn + Nb.

  37. Microestruturas C-Mn ARBL Bainítico

  38. Resultados de propriedades mecânicas de tração, direção longitudinal.

  39. Fraturas por tração C-Mn ARBL Bainítico

  40. Iniciação de trinca por fadiga

  41. Fraturas por fadiga C-Mn ARBL Bainítico

  42. ÍNDICE • OBJETIVO • O GRUPO GESFRAM • MOTIVAÇÃO PARA O TRABALHO • PARCERIAS COM INDÚSTRIAS • PESQUISA 1 • PESQUISA 2 • PESQUISA 3 • PESQUISA 4 • PERSPECTIVAS • CONSIDERAÇÕES FINAIS

  43. RESISTÊNCIA À FADIGA DE AÇOS INOXIDÁVEIS

  44. Composição química

  45. 439 C-Mn IF 304 304 Microestruturas

  46. Resultados de propriedades mecânicas de tração, direção longitudinal.

  47. Iniciação de trinca por fadiga

  48. Redução na vida em fadiga de aços, após imersão em álcool combustível por 30 dias. Ensaios para carregamento correspondente a Nf = 1 x 106 ciclos.

  49. RESISTÊNCIA À FADIGA DE AÇOSINOXIDÁVEIS FERRÍTICOS T > 650ºC Fluência Oxidação Fadiga térmica Fadiga de baixo ciclo T < 650ºC Corrosão Fadiga ao ar Corrosão-fadiga

  50. Composição química Mono-estabilizados Bi-estabilizados DTi = Ti – 3,42 N – (0,30 x 4C) DNb = Nb – (0,70 x 7,74C) DTi = Ti – 3,42 N – 4 C DNb = Nb – 7,74 (C+N)

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