Download - Chapas Para La Industria Automotriz
Manufactura y propiedades mecánicas de chapas de acero
para la industria automotriz
Dr. Miguel Angel Vicente Alvarez
Centro de Investigación Industrial TenarisSiderca
Actualmente: Laboratorio de Fisica de Neutrones - CAB
• Piezas conformables: ductiles y blandas
• Piezas estructurales: Duras y resistentes al impacto
Que requeriminetos tiene la industria automotriz?
Introducción: ¿Que propiedades se buscan?
•Menor gasto combustible•Menor costo fabricación•Mayor seguridad
•Menor espesor de chapa•Mayor resistencia•Mayor capacidad de absorber impacto
Las bandas de Luders aparecen en materiales que presentan fluencia discontinua !!!
Introducción: Defectos y fallas durante el embutidoCurvas tensión defromación típicas de acerosBandas de Luders
El “skin pass” o temper elimina la fluencia discontinua.Es una laminación con deformaciones < def Luders
• 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
Tipo Pozo
Tipo Banda
Introducción: Defectos y fallas durante el embutido
Piel Naranja
La presencia de defectos puede provocar la concentración de la deformación y quiebre de la pieza
La curva límite de conformado depende de :• el coeficiente de endurecimiento y rate sensitivity• la anisotropía plástica
Introducción: Defectos y fallas durante el embutido
1
2
Introducción: CLC y Anisotropía Plástica
22
Ensayo de tracción uniaxial
11
3311
11
11
Elástica
Plástica
Deformación Plástica
22+
)1(00
00
001
11
q
qD
q= 22 / 11
Transversal
Longitudinal
r
1
Parámetro de anisotropía
Def transversal
Def espesor
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
Composición química
Microestructura• Tamaño de grano y forma • Textura cristalográfica adecuada
11
11
Propiedades mecánicas
Parámetros de Proceso !!!
IF: Interstitial free
BH: Bake hardenable steels
Low C-Mn
Aceros para embutido
IF
Low C-Mn
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
Producción de chapas para embutido
Fundiciónen Planchones
Proceso de laminado en Caliente
TFL: 800ºC-900ºC
1100ºC
1250ºC
TB: 700-550
Proceso de laminado en frío y recocido
En esta etapa se definen las propiedades mecánicas finales, tamaño de grano y textura del material !!!!
Producción de chapas para embutido
Laminación en frío
DL
DN
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
10 m
Perlita(Fe bcc+Fe3C)
Ferrita (Fe-bcc)
strain
stressCold rolled
Hot rolled
Metalurgia del acero en el recocido
0 20 40 60 80 100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Te
mp
era
tura
Horas
PF 1 PF 2 TC2 PC 1
Se producen tres fenomenos metalúrgicos• Recuperación• Recristalización• Precipitación de elementos en solución
campana
Horno/enfriador
quemador
Turbina de circulación
Termocupla de gasTermocupla de base
convectores
bobinas
Termocupla de horno
Metalurgia del acero en el recocido
Tiempo
Tem
pera
tura
800
650
500
350
200
RecuperaciónRecristalización Crecimiento de grano
Fe3C
DL
DL
Alta veloc de calentamiento
Baja veloc de calentamiento
20 m
Aceros para EmbutidoPropiedades 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?
¿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
¿Como mido la textura?
1) Se fija el ángulo para sensar la intensidad de un pico de difracción
2) Se rota la muestra en los ángulos y
3) Se construye la figura de polos
110 200 211
RD
TD
ND
)sin(..2 hkldn
wavelength
Incident and diffracted angle (Bragg Brentano measurement configuration)
Interplanar spacing
¿Como represento una orientación?
Crystallographic Texture
How can we represent an orientation?
RD
TD
ND
1) By the transformation that makes the two coordinate systems coincide. Euler angles
2) By indicating two directions // to two lab system reference
Rotation axis
hkl
uvw
RDTD
ND
uvw // NDhkl // RD
Each grain has an orientation with respect to a laboratory (sample) coordinate system
ODF project:D:\...\80\laf80sup.wtxODF: ODF dataDimension: 3DNotation: BungeSurfaces: 10Scale: Linear
Textura: Representación- ODF
Phi1
PHI 0 5 10 15
20 25 30 35
40 45 50 55
60 65 70 75
80 85 90
ODF project:D:\...-LAF\80\laf80sup.wtxODF: ODF dataDimension: 2DNotation: BungeFixed axis: Phi2Scale: LinearColour map: DefaultContours: 200
Intensity Colour 1 0.078 51 3.599101 7.119151 10.640200 14.090
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
Relación textura-anisotropía plástica
r0
r45
r90
4
.2 90450 rrrrm
Anisotropía normal
2
.2 90450 rrrrm
Anisotropía planar
045º
Efecto de las distintas orientaciones al valor de rCálculo
Ear
(111)
1-10
TDND
RD
1-10
(100)
RD
NDTD
r
1
Def transversal
Def espesor
Textura de laminaciónEs 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
(111)[1-10]
(001)[1-10]
(223)[1-10]
0 20 40 60 80 1001.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
r
Angulo a la DL
FC RC3
Textura del material recocido
Phi110 20 30 40 50 60 70
PHI
80
70
60
50
40
30
20
10
45
ODF project:D:\...t XRD\7046\pc60.wtxODF: ODF dataDimension: 2DNotation: BungeFixed axis: Phi2Section: 45.0 °Scale: LinearColour map: DefaultContours: 200
Intensity Colour 1 0.200 51 1.937101 3.674151 5.412200 7.114
Alta velocidad 50ºC/min
Phi110 20 30 40 50 60 70
PHI
80
70
60
50
40
30
20
10
45
ODF project:D:\...t XRD\sr3-04\m35.wtxODF: ODF dataDimension: 2DNotation: BungeFixed axis: Phi2Section: 45.0 °Scale: LinearColour map: DefaultContours: 150
Intensity Colour 1 0.119 38 4.508 75 8.897112 13.286150 17.794
Baja velocidad 20ºC/hr
(001)[1-10]
(113)[1-10]
(111)[1-10]
(111)[1-10]
0 20 40 60 80 100
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
r
Angulo respecto DL
Alta Velocidad Baja Velocidad
Aceros para embutido Al-killedInteracción RX-AlN
Morfología alargada de granosPhi110 20 30 40 50 60 70
PHI
80
70
60
50
40
30
20
10
45
ODF project:D:\...t XRD\sr3-04\m35.wtxODF: ODF dataDimension: 2DNotation: BungeFixed axis: Phi2Section: 45.0 °Scale: LinearColour map: DefaultContours: 150
Intensity Colour 1 0.119 38 4.508 75 8.897112 13.286150 17.794
(111)[1-10]
Textura cristalográfica
DL20 m
Propiedades mecánicas para embutido
Textura y Propiedades del Material
• Propiedades mecánicas
• Constante elástica
• Propiedades magnéticas
• Sección eficaz neutrónica
• Cinética de creep
• Campo de tensiones internas y residuales