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Type: TESE DIGITAL
Title: Estudo da decomposição da austenita na estampagem a quente de aços endurecíveis ao boro para obtenção de produtos com propriedades mecânicas customizadas
Title Alternative: Study on the austenite decomposition in the hot stamping of hardenable boron steels for the manufacturing of parts with tailored mechanical properties
Author: Zapata, Gabriel Martinelli, 1992-
Advisor: Button, Sérgio Tonini, 1958-
Abstract: Resumo: Processos de estampagem a quente são muito vantajosos para diversos ramos industriais e produtos no que tange à melhoria de propriedades mecânicas, às reduções de custos e à diminuição do tempo de produção. A indústria automotiva tem explorado cada vez mais o desenvolvimento de novas tecnologias nesse âmbito para buscar a redução de massa, o aumento da absorção de impactos e a diminuição do consumo de combustível de seus veículos. O corrente trabalho foi concebido para avaliar numérica, por meio de simulações computacionais via elementos finitos, e experimentalmente, por meio de ensaios em laboratório, a decomposição da austenita na estampagem a quente diferencial, mais conhecida pela expressão inglesa "tailored hot stamping" (THS), dos aços ao boro DIN 22MnB5 e DIN 27MnCrB5. Essa técnica consiste em particionar uma peça em regiões e submeter cada uma delas a uma taxa de resfriamento distinta com o intuito de obter-se a microestrutura e, consequentemente, as propriedades mecânicas desejadas localmente, potencializando sua funcionalidade. Isso não seria possível utilizando-se a estampagem a quente convencional, pois o produto como um todo apresentaria uma mesma microestrutura e propriedades mecânicas semelhantes ao longo de sua extensão. Dessa forma, o aumento de tenacidade e de ductilidade em determinadas regiões do produto estampado, bem como o aumento de dureza e resistência mecânica em outras regiões, constituem duas das principais metas do THS. A decomposição da austenita durante o processo foi avaliada por meio da produção de um trecho de guardrail em função da temperatura de aquecimento e da taxa de resfriamento empregadas em cada região da peça; também foi considerada a simultaneidade ou não da deformação com o resfriamento. O formato de guardrail foi eleito por esta ser uma peça solicitada por carregamento de impacto e que permitia a setorização da matriz em duas diferentes regiões: a externa e a interna. Nas porções externas, impôs-se uma taxa de resfriamento menor, objetivando-se a formação de uma microestrutura mais dúctil que fosse responsável pela absorção do impacto. Já a região mais interna seria responsável pela contenção da estrutura, sendo submetida a uma taxa de resfriamento maior e tendo consequente formação de martensita, apresentando assim elevada dureza. A análise da microestrutura foi realizada conjuntamente com a determinação das propriedades mecânicas em cada região do produto para a validação da customização das propriedades requeridas. Simulações computacionais via elementos finitos foram realizadas com o software Transvalor FORGE® para a previsão da microestrutura formada na transformação de fases sofrida pelo material ao longo do processo. Resultados preliminares de pesquisas anteriores sobre propriedades mecânicas e morfologia de cada fase e microconstituinte dos aços ao boro DIN 22MnB5 e DIN 27MnCrB5, bem como simulações numéricas metalúrgicas de transformação de fases são apresentados

Abstract: Hot stamping processes are very advantageous for industrial sectors and products regarding mechanical properties improvement, costs reduction and decrease of lead time. Automotive industry has explored more and more new technologies in this field looking for mass reduction, increase in absorption of collisions impact, and fuel consumption decrease of the vehicles. The current research was planned to evaluate numerically, via finite element method, and experimentally, via lab tests, the austenite decomposition during tailored hot stamping (THS) of boron steels DIN 22MnB5 and DIN 27MnCrB5. This technique consists in partitioning the part into different regions and submitting each one to a different cooling rate with the intention of obtaining the microstructure and mechanical properties desired locally, potentiating its functionality. It would not be possible using conventional hot stamping, because the whole part would present the same microstructure and mechanical properties throughout its extension. Therefore, the increase in toughness and ductility in some regions of the stamped product as well as the increase in hardness and strength in other regions are two targets of THS. The austenite decomposition during THS process of a guardrail was evaluated as a function of heating temperature and cooling rate imposed in each part region; it was also considered the simultaneity or not of forming with cooling. Guardrail geometry was chosen due to its impact application and to the fact that it allowed the tooling partitioning in two different regions: external and internal. In the external portions, a lower cooling rate was imposed, resulting in a more ductile microstructure responsible for impact absorption. The internal region would be responsible for the whole structure restraint, being submitted to a higher cooling rate and formation of martensite with high hardness level. Microstructure analysis has been carried out and mechanical properties of each region have been determined to verify the customization of required properties. Computational simulations via finite elements have been carried out using Transvalor FORGE® software to predict the obtained microstructure during the process. Previous researches preliminary results about mechanical properties and morphology of each steel phase, as well as metallurgical numerical simulations of phase transformation, are presented
Subject: Conformação de metais
Estampagem
Metalurgia física
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2017
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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