Transcript Manufactura y propiedades mecánicas de chapas

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
Introducción: ¿Que propiedades se buscan?
• Piezas conformables: ductiles y
blandas
• Piezas estructurales: Duras y
resistentes al impacto
Que requeriminetos tiene la industria automotriz?
•Menor gasto combustible
•Menor costo fabricación
•Mayor seguridad
•Menor espesor de chapa
•Mayor resistencia
•Mayor capacidad de absorber impacto
Introducción: Las piezas de acero en un auto
+DDS
+DDS
Introducción: Dureza y ductilidad para distintos aceros
l0
s
l0(1+e)
Tensile strength
s
Total Elongation
Introducción: Acero vs Aluminio
Introducción: ¿En que consiste el embutido de chapas?
Conformado de una pieza a partir de una chapa
Introducción: Defectos y fallas durante el embutido
Bandas de Luders
Curvas tensión defromación típicas de aceros
Las bandas de Luders aparecen en materiales que presentan fluencia
discontinua !!!
El “skin pass” o temper elimina
la fluencia discontinua.
Es una laminación con
deformaciones < def Luders
Introducción: Defectos y fallas durante el embutido
Piel Naranja
Tipo Pozo
Tipo Banda
• 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
Introducción: Defectos y fallas durante el embutido
La presencia de defectos puede provocar la concentración de la deformación y
quiebre de la pieza
e2
e1
La curva límite de conformado depende de :
• el coeficiente de endurecimiento y rate sensitivity
• la anisotropía plástica
Introducción: CLC y Anisotropía Plástica
Ensayo de tracción uniaxial
s11
Plástica
s11
e33
e22
e11
Elástica
e11
Deformación Plástica
e11+e22+ e33=0
0 
1 0


D = e11  0 q
0 
 0 0  (1 + q ) 


Transversal
q= e22 / e11
Parámetro de anisotropía
q
r=
1+ q
Def transversal
Def espesor
Longitudinal
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
s11
e11
Composición química
Microestructura
• Tamaño de grano y forma
• Textura cristalográfica adecuada
Parámetros
de Proceso !!!
Propiedades
mecánicas
Aceros para embutido
IF: Interstitial free
BH: Bake
hardenable steels
Low C-Mn
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
Proceso de laminado
en Caliente
Fundición
en Planchones
1100ºC
TFL: 800ºC-900ºC
1250ºC
TB: 700-550
Producción de chapas para embutido
Proceso de laminado en frío y recocido
En esta etapa se definen las propiedades mecánicas finales,
tamaño de grano y textura del material !!!!
Laminación en frío
DL
DN
Ferrita (Fe-bcc)
Cold rolled
stress
Perlita
(Fe bcc+Fe3C)
Hot rolled
10 mm
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
strain
Metalurgia del acero en el recocido
Termocupla de horno
800
convectores
campana
600
quemador
Temperatura
Horno/enfriador
bobinas
PF 1
PF 2
TC2
PC 1
700
500
400
300
200
100
Termocupla de base
Termocupla de gas
0
Turbina de circulación
0
20
40
Horas
Se producen tres fenomenos metalúrgicos
• Recuperación
• Recristalización
• Precipitación de elementos en solución
60
80
100
Metalurgia del acero en el recocido
Alta veloc de calentamiento
Temperatura
800
650
Fe3C
500
350
200
Tiempo
DL
Recuperación
Recristalización
Crecimiento de grano
DL
20 mm
Baja veloc de calentamiento
Aceros para Embutido
Propiedades 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
Controlo a través de
• química
• % de laminación en frío
• temperatura y sosta durante el
recocido
• Alta anisotropía plástica
Control de la textura cristalográfica
¿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?
Incident and diffracted angle (Bragg Brentano
measurement configuration)
n = 2.d hkl . sin( )
Interplanar spacing
wavelength
1)
2)
3)
Se fija el ángulo para sensar la
intensidad de un pico de
difracción
Se rota la muestra en los
ángulos y y f2
Se construye la figura de polos
TD
ND
110
200
211
RD
¿Como represento una orientación?
Crystallographic Texture
Each grain has an orientation with
respect to a laboratory (sample)
coordinate system
How can we represent an orientation?
1) By the transformation that makes the two
coordinate systems coincide. Euler angles
ND
Rotation
axis
2) By indicating two directions // to two lab
system reference
uvw
ND
RD
TD
hkl
TD
RD
uvw // ND
hkl // RD
Textura: Representación- ODF
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
PHI
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
ODF project:
D:\...\80\laf80sup.w tx
ODF:
ODF data
Dim ension: 3D
Notation:
Bunge
Surfaces: 10
Scale:
Linear
Phi1
ODF project:
D:\...-LAF\80\laf80sup.w tx
ODF:
ODF data
Dim ension: 2D
Notation:
Bunge
Fixed axis: Phi2
Scale:
Linear
Colour m ap: Default
Contours: 200
Intensity
Colour
1
0.078
51
3.599
101
7.119
151
10.640
200
14.090
Identificación de orientaciones de la ODF
Phi2=45
Relación textura-anisotropía plástica
r90
Anisotropía planar
r45
rm =
r0  2.r45 + r90
2
r0
rm =
r0 + 2.r45 + r90
4
Anisotropía normal
0
45º
Efecto de las distintas orientaciones al
Cálculo
valor de r r =  q Def transversal
1+ q
Def espesor
Ear
(111)
(100)
1-10
ND
TD
RD
1-10
ND
TD
RD
Textura de laminación
Es 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 antisimétrica del tensor macro se compatibiliza por rotación
de los granos
1.8
1.7
1.6
(001)[1-10]
r
1.5
(223)[1-10]
1.4
1.3
FC
RC3
1.2
1.1
(111)[1-10]
1.0
0
20
40
60
Angulo a la DL
80
100
Textura del material recocido
2.4
PHI
10
(001)[1-10]
20
30
40
(113)[1-10]
50
60
70
(111)[1-10]
80
10
20
30
40
50
60
70
ODF project:
D:\...t XRD\7046\pc60.w tx
45 ODF:
ODF data
Dim ension: 2D
Notation:
Bunge
Fixed axis: Phi2
Section:
45.0 °
Scale:
Linear
Colour m ap: Default
Contours: 200
Intensity Colour
1
0.200
51
1.937
101
3.674
151
5.412
200
7.114
Phi1
Baja velocidad 20ºC/hr
PHI
45
10
20
(111)[1-10]
30
40
50
60
70
80
10 20
30 40
50 60
70
Phi1
ODF project:
D:\...t XRD\sr3-04\m35.w tx
ODF:
ODF data
Dim ension: 2D
Notation:
Bunge
Fixed axis: Phi2
Section:
45.0 °
Scale:
Linear
Colour m ap: Default
Contours: 150
Intensity
Colour
1
0.119
38
4.508
75
8.897
112
13.286
150
17.794
2.2
2.0
1.8
r
Alta velocidad 50ºC/min
Alta Velocidad
Baja Velocidad
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0
20
40
60
Angulo respecto DL
80
100
Interacción AlN- Textura cristalografica
RX start
E(110)>E(111)>E(112)>E(100)
AlN
(112)
(100)
Aceros para embutido Al-killed
Interacción RX-AlN
PHI
45
10
20
30
(111)[1-10]
40
50
60
DL
70
20 mm
80
10 20 30 40
Morfología alargada de granos
50 60 70
Phi1
Textura cristalográfica
Propiedades mecánicas para embutido
ODF project:
D:\...t XRD\sr3-04\m35.w tx
ODF:
ODF data
Dim ension: 2D
Notation:
Bunge
Fixed axis: Phi2
Section:
45.0 °
Scale:
Linear
Colour m ap: Default
Contours: 150
Intensity Colour
1
0.119
38
4.508
75
8.897
112
13.286
150
17.794
Textura y Propiedades del Material
•
•
•
•
•
•
Propiedades mecánicas
Constante elástica
Propiedades magnéticas
Sección eficaz neutrónica
Cinética de creep
Campo de tensiones internas y residuales
GRACIAS !!!!