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Previous issue date: 2015-04-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In recent decades the automobile industry has made a great effort to deal with ecological and security challenges. To do so, it was necessary to develop vehicles which are lighter, more economical and have a greater intrusion resistance when subjected to a crash. This was made possible, among other actions, by the development of advanced high strength steels, associated with the use of new manufacturing processes. Inside this approach the use of the hot stamping and the emergence of 22MnB5 boron-alloyed steel, with high hardenability, stand up. The hot stamping operation has gained great importance for enabling the manufacture of strategic components of high complexity and high mechanical resistance, associated with reasonable toughness. In order to ensure its technological evolution this process has been widely studied by numerous authors, so that the phenomenon was better understood, allowing better control as well as the quality and reliability requirements involved in the stamped components. This focus led to the development of this work, whose main objective was to study the hot stamping process, evaluating the mechanical and thermal effects. To achieve this aim an experimental apparatus was developed which allowed simulating the main thermomechanical aspects involved, such as the temperature, the conformation and the cooling. The purpose was to reproduce the conditions of the process and evaluate the influence of certain variables of the cooling speed on microstructure and on the final properties of the material, in order to study and understand some phenomena involved. This apparatus was composed of a heating furnace, an aluminum cooler, water cooled, operated at low pressure of closing and a control system, assembled on a mechanical testing 12 machine to promote the desired deformation. The experimental work was carried out in three stages. Initially, the hot plastic behavior of 22MnB5 steel was studied, evaluating the effect of temperature and strain rate on the mechanical characteristics, to determine the conditions for necking formation. In the second stage, the kinetics of phase transformation was studied, seeking to understand the effect of heating and cooling conditions on the cooling rate and on the final properties after quenching. In the last step, the plastic behavior on the kinetics of phase transformation, i.e., the effect of necking on cooling, was studied. The main objective was to show that the necking, depending on its intensity and geometry, generates the formation of a clearance between the cooler and the surface material, reducing the cooling rate to the point of affecting the mechanical properties in this region. Despite being localized, it can jeopardize the stamped component performance forming a fragile region of low mechanical strength and low toughness. It was concluded that hot plastic deformation undergone during the hot-stamping has a significant influence on the phase transformation, being necessary the proper control of process conditions so that the necking is also controlled, thus ensuring the structural homogeneity of the component and its performance. / Nas últimas décadas a indústria automobilística tem realizado um grande esforço em atender os desafios ecológicos e de segurança e para isto foi necessário desenvolver veículos mais leves, econômicos e com maior resistência à intrusão quando submetidos a um acidente. Isto foi alcançado, entre outras ações, através do desenvolvimento de aços avançados de elevada resistência mecânica, associado à utilização de novos processos de fabricação. Dentro deste enfoque se destaca dois aspectos, a utilização do processo de estampagem a quente e o surgimento do aço 22MnB5 de elevada temperabilidade ligado ao boro. A operação de estampagem a quente tem ganhado uma forte importância por possibilitar a fabricação de componentes estratégicos de elevada complexidade e elevada resistência mecânica, associada à razoável resistência ao impacto. No sentido de garantir sua evolução tecnológica este processo tem sido amplamente estudado por inúmeros autores, para que os fenômenos envolvidos pudessem ser mais bem entendidos, permitindo um melhor controle bem como o atendimento dos requisitos de qualidade e a confiabilidade envolvida nos componentes estampados. Com este enfoque desenvolveu-se este trabalho, cujo principal objetivo foi estudar o processo de estampagem a quente, avaliando os efeitos mecânicos e térmicos. Para este fim foi desenvolvido um aparato experimental, que permitiu simular os principais aspectos termomecânicas envolvidos, como a temperatura, a conformação e o resfriamento. O propósito foi o de reproduzir as condições do processo e avaliar a influência de determinadas variáveis sobre a velocidade de resfriamento, sobre a microestrutura e sobre as propriedades finais do material, no sentido de estudar e entender 10 alguns fenômenos envolvidos. Este aparato foi dotado de um forno de aquecimento, de um resfriador de alumínio refrigerado a água, operado a baixa pressão de fechamento e de um sistema de controle, montados sobre uma máquina de ensaios mecânicos para promover a deformação desejada. O trabalho experimental foi realizado em três etapas. Inicialmente foi estudado o comportamento plástico a quente do aço 22MnB5, avaliando-se o efeito da temperatura e da velocidade de deformação sobre as características mecânicas, determinando-se as condições para formação da estricção. Na segunda etapa foi estudada a cinética de transformação de fase, procurando-se entender o efeito das condições de aquecimento e do resfriamento sobre a velocidade de resfriamento e sobre as propriedades finais deste aço após têmpera. Na última etapa se relacionou o comportamento plástico sobre a cinética de transformação de fase, ou seja, o efeito da estricção sobre o resfriamento. O objetivo principal foi mostrar que a estricção, dependendo de sua intensidade e geometria, gera a formação de uma folga localizada entre a superfície do resfriador e do material, reduzindo a velocidade de resfriamento a ponto de afetar as propriedades mecânicas nesta região. Apesar de localizada esta folga pode comprometer o desempenho do componente estampado formando uma região de pouca resistência mecânica. Concluiu-se que a deformação plástica a quente sofrida durante a estampagem a quente apresenta uma significativa influência sobre a transformação de fase, sendo necessário o controle adequado das condições do processo para que a estricção também seja controlada, garantindo assim a homogeneidade estrutural do componente e o seu desempenho.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.udesc.br #179.97.105.11:handle/618 |
| Date | 10 April 2015 |
| Creators | Olah Neto, André |
| Contributors | Verran, Guilherme Ourique |
| Publisher | Universidade do Estado de Santa Catarina, Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais, UDESC, BR, Ciência e Engenharia de Materiais |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UDESC, instname:Universidade do Estado de Santa Catarina, instacron:UDESC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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