Chapas Para La Industria Automotriz 6fi53

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



l0

Tensile strength



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 ” 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

2 1

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 11 Plástica

11

33 22

Elástica

11

11

Deformación Plástica 22+  0   1 0   D  11  0 q 0   0 0  (1  q )   

Transversal

q= 22 / 11 Longitudinal

Parámetro de anisotropía

q r 1 q

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

11

11

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)

stress

Perlita (Fe bcc+Fe3C)

Cold rolled Hot rolled

10 m

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

Se producen tres fenomenos metalúrgicos • Recuperación • Recristalización • Precipitación de elementos en solución

0

20

40

Horas

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 m

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 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 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.wtx ODF: ODF data Dimension: 3D Notation: Bunge Surfaces: 10 Scale: Linear

Phi1

ODF project: D:\...-LAF\80\laf80sup.wtx ODF: ODF data Dimension: 2D Notation: Bunge Fixed axis: Phi2 Scale: Linear Colour map: 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

(223)[1-10]

1.5 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

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.wtx 45 ODF: ODF data Dimension: 2D Notation: Bunge Fixed axis: Phi2 Section: 45.0 ° Scale: Linear Colour map: 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.wtx ODF: ODF data Dimension: 2D Notation: Bunge Fixed axis: Phi2 Section: 45.0 ° Scale: Linear Colour map: 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

PHI

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 10 20 30

(111)[1-10]

40 50 60

DL

70 80

20 m 10 20 30 40 50 60 70

Morfología alargada de granos

ODF project: D:\...t XRD\sr3-04\m35.wtx 45 ODF: ODF data Dimension: 2D Notation: Bunge Fixed axis: Phi2 Section: 45.0 ° Scale: Linear Colour map: Default Contours: 150 Intensity Colour 1 0.119 38 4.508 75 8.897 112 13.286 150 17.794 Phi1

Textura cristalográfica

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

GRACIAS !!!!