Superando a força

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 15411 (2022) Citar este artigo

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Aços de alta resistência estão se tornando mais importantes do que nunca para aplicações automotivas para reduzir o peso dos automóveis e garantir a segurança dos passageiros. Como o aumento da resistência geralmente resulta em conformabilidade degradada, no entanto, a conformação a frio de aços de alta resistência em formas finais continua sendo um desafio para fabricantes e fornecedores automotivos. Aqui relatamos novos conceitos de design de liga e processamento que podem conferir alta resistência aos aços conformáveis ​​a frio, o que se desvia da abordagem tradicional de melhorar a conformabilidade dos aços de alta resistência. Esse aço projetado submetido a uma rota de processamento projetada mostra uma excelente combinação de conformabilidade e resistência, bem como resistência ao choque, o que é crucial para a segurança dos passageiros nos automóveis. Os conceitos de projeto de liga e processamento usados ​​no presente estudo são baseados na utilização de austenita termicamente induzida em transformação de martensita, que confere alta resistência à austenita conformável a frio por tratamento criogênico.

Os aços avançados de alta resistência (AHSS) desempenham um papel importante na fabricação de automóveis, pois podem atender aos requisitos cada vez mais rigorosos das indústrias automobilísticas quanto à segurança e redução de peso dos veículos1,2. Embora existam diversas variantes de materiais leves, como as ligas de Al e Mg, que podem ser usadas para componentes estruturais de automóveis, as características dos AHSS, como alta resistência e baixo custo de fabricação, os tornam materiais de escolha em relação a outros materiais3,4,5. Entre os vários graus de AHSS, os aços de conformação por prensagem a quente (HPF), também chamados de aços de endurecimento por prensagem, receberam muita atenção, pois oferecem propriedades de tração superiores, além de boa precisão dimensional devido à sua rota de processamento exclusiva, que consiste em conformação a alta temperatura dentro região de austenita seguida de resfriamento em uma matriz para formar fases duras de baixa temperatura, como martensita ou bainita6,7,8. No entanto, tal rota de processamento tem uma baixa eficiência de produção e, além disso, esses aços HPF geralmente sofrem de fragilização de metal líquido (LME) ou microtrinca devido a uma interação entre o revestimento e o substrato durante a conformação em alta temperatura9,10,11,12,13,14. Portanto, é necessário um novo tipo de aço de alta resistência, que possa ser formado em uma forma final a baixas temperaturas e não sofra LME ou microtrincamento associado à conformação em alta temperatura.

Cumprir o requisito de uma combinação de alta resistência e alta conformabilidade é uma tarefa desafiadora, pois as abordagens convencionais que melhoram a conformabilidade têm efeitos adversos na resistência ou vice-versa. A este respeito, o uso de austenita metaestável como fase constituinte principal seria uma abordagem viável, uma vez que a austenita, sendo uma fase cúbica de face centrada (FCC), pode fornecer boa formabilidade à temperatura ambiente e também pode fornecer alta resistência quando a transformação de austenita para martensita é reforçada por resfriamento abaixo de sua temperatura inicial de martensita (Ms) 15,16,17,18,19 após a formação. A estabilização da austenita à temperatura ambiente tem sido tradicionalmente alcançada pela adição de uma quantidade razoavelmente grande de elementos estabilizadores de austenita, como nos casos de aços clássicos de plasticidade induzida por transformação (TRIP)20 e aços com alto teor de Mn15,16,21, que geralmente são submetidos a austenitização seguido de têmpera em água (WQ). Considerando que a estabilidade da austenita em aços hipoeutetóides seria aumentada quando recozida na região intercrítica (ferrita + austenita) em comparação com o tratamento de austenitização, uma quantidade bastante grande de austenita pode ser retida em aços com composições de ligas mais enxutas após recozimento intercrítico (IA) seguido por têmpera com água, que é o conceito básico de projeto de liga para aços TRIP de Mn médio22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33. Esses aços TRIP de Mn médio geralmente contêm 30–70 vol% de austenita, dependendo das composições da liga e apresentam boa conformabilidade; no entanto, seu limite de elasticidade é muito menor do que o dos aços HPF. O limite de escoamento dos aços de médio Mn, conforme mencionado anteriormente, pode ser significativamente aumentado quando a transformação de austenita em martensita é promovida por resfriamento a baixa temperatura, ou seja, por tratamento criogênico. Aqui, a questão crítica é que, embora a transformação de austenita em martensita deva ocorrer por tratamento criogênico para obter alta resistência, uma quantidade substancial de austenita também deve ser retida após o tratamento criogênico para garantir a resistência ao choque dos componentes finais.