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

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


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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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Presentation Transcript
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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)
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ÍNDICE

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

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

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ÍNDICE

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

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

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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

slide10

Indústria automobilística - utilização de materiais leves no setor de transportes.

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

slide11

Projeto de chapas de aço

Balanço entre resistência e formabilidade

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

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ÍNDICE

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

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ÍNDICE

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

slide22

Microestruturas

Aço ao Cr Aço ao Si

slide23

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

slide24

Fraturas por tração

Aço ao Cr Aço ao Si

slide33

Aço ao Cr – região I Aço ao Cr – região II

Aço ao Si – região I Aço ao Si – região II

slide35

ÍNDICE

  • OBJETIVO
  • O GRUPO GESFRAM
  • MOTIVAÇÃO PARA O TRABALHO
  • PARCERIAS COM INDÚSTRIAS
  • PESQUISA 1
  • PESQUISA 2
  • PESQUISA 3
  • PESQUISA 4
  • PERSPECTIVAS
  • CONSIDERAÇÕES FINAIS
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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.
slide37

Microestruturas

C-Mn ARBL Bainítico

slide39

Fraturas por tração

C-Mn ARBL Bainítico

slide41

Fraturas por fadiga

C-Mn ARBL Bainítico

slide42

ÍNDICE

  • OBJETIVO
  • O GRUPO GESFRAM
  • MOTIVAÇÃO PARA O TRABALHO
  • PARCERIAS COM INDÚSTRIAS
  • PESQUISA 1
  • PESQUISA 2
  • PESQUISA 3
  • PESQUISA 4
  • PERSPECTIVAS
  • CONSIDERAÇÕES FINAIS
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439

C-Mn

IF

304

304

Microestruturas

slide48

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.

slide49

RESISTÊNCIA À FADIGA DE AÇOSINOXIDÁVEIS FERRÍTICOS

T > 650ºC

Fluência

Oxidação

Fadiga térmica

Fadiga de baixo ciclo

T < 650ºC

Corrosão

Fadiga ao ar

Corrosão-fadiga

slide50

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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SL

SL

SL

SL

16Cr4Nb (14,5mm)

16Cr5Ti (16,5mm)

17Cr2Ti2Nb (49,4mm)

18Cr1Ti6Nb (64,3mm)

Microestruturas: laminados a frio; 1,5 mm.

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16Cr4Nb

17Cr2Ti2Nb

Fraturas

por tração

16Cr5Ti

18Cr1Ti6Nb

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ÍNDICE

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

  • Efeito do grau de deformação na resistência à fadiga de aços IF.
  • Tenacidade à fratura e resistência ao trincamento por fadiga de aços bifásicos de elevada resistência mecânica.
  • Desempenho em fadiga de aços para molas.
  • Formação de textura em aços laminados a quente de baixa espessura e de alto grau de estampabilidade.
  • Influência de elementos de liga na tenacidade à fratura de aços multifásicos laminados a quente.
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ÍNDICE

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

O aço possui uma história de aplicações de mais de 500 anos, e ainda suscita pesquisas importantes nas áreas de fabricação, conformação e relação estrutura-propriedades.

Nas últimas décadas, o setor automotivo tem fomentado significativos avanços científicos e tecnológicos na siderurgia, gerando como conseqüência o desenvolvimento de aços de elevado valor agregado.

Para atender à demanda por aços mais “nobres”, torna-se cada vez mais imprescindível a parceria universidade-empresa.

slide64

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

  • Feliciano J.R. Cangue. Propagação de trinca de fadiga em aços bifásicos de emprego automobilístico. 2002. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) - Universidade Federal de Ouro Preto.
  • Elenice Maria Rodrigues. Avaliação da tenacidade à fratura através da integral J de dois aços bifásicos de emprego automobilístico. 2003. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) - Universidade Federal de Ouro Preto.
  • Marley de Souza Lemos. Estudo comparativo e de caracterização da vida em fadiga entre aços inoxidáveis ferríticos/austeníticos e aços carbono chumbado e aluminizado aplicados na fabricação de reservatórios de combustível de veículos de passeio. 2004. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) - Universidade Federal de Ouro Preto.
  • Fabiano Alcântara Machado. Efeito de pré-deformação e de tratamento térmico de bake hardening na propagação de trinca por fadiga em dois aços bifásicos de emprego automobilístico. 2005. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) - Universidade Federal de Ouro Preto.
  • Ricardo Augusto Faria. Efeito do titânio e do nióbio no comportamento em fadiga de aços inoxidáveis ferríticos utilizados no sistema de exaustão de veículos automotores. 2006. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) - Universidade Federal de Ouro Preto.
  • Vanessa Gomes Santana. Efeitos da adição de Nióbio e Manganês na Resistência à Fadiga de um Aço ao Carbono utilizado em Rodas Automotivas. Dissertação em andamento (Mestrado em Engenharia de Materiais) - Universidade Federal de Ouro Preto.