I NVESTIGAÇÃO E XPERIMENTAL DA CONFORMABILIDADE DE C HAPAS DE A ÇO COM R EVESTIMENTO O RGÂNICO.

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1 I NVESTIGAÇÃO E XPERIMENTAL DA CONFORMABILIDADE DE C HAPAS DE A ÇO COM R EVESTIMENTO O RGÂNICO

2 Introdução Para agregar maior valor, apelo estético, às peças conformadas em prensa, as peças podem receber revestimentos orgânicos e inorgânicos; Isto requer que as que a superfície das peças estejam extremamente limpas e apropriadamente tratadas, o que pode ser dificultado pela geometria das peças; Além do que, este processo requer etapas e equipamentos adicionais, o quais geram uma quantidade muito grande de resíduos e água contaminada para serem tratados;

3 Introdução Revestimentos orgânicos (pinturas), precisam ser curados, e durante este processo, substâncias perigosas são liberadas (componentes orgânicos voláteis); Estas substâncias sob ação da luz solar reagem com os óxidos de nitrogênio e formam o ozônio, que acarreta em problemas de saúde dos seres humanos e prejudicam o meio ambiente; Vários países tem criado legislações mais restritivas que limitam a emissão destes resíduos nos processos de revestimento; Para as indústrias isso significa mais medidas de controle e investimentos para controlar as emissões dentro dos níveis rigorosos;

4 Introdução Uma solução para este problema é aplicar o revestimento previamente a conformação, com a chapa ainda plana, num processo contínuo denominado pintura de bobina, altamente automatizado, mais eficiente na aplicação dos revestimentos e obtendo melhor homogeneidade de espessura e maior aderência; Por outro lado, isto irá requerer um maior cuidado para não danificar estes revestimento; O processo de conformação torna-se especialmente complexo e limitado, uma vez que o revestimento precisa resistir aos esforços induzidos a chapa para a conformação; Enquanto as chapas com revestimento metálico já tem seu uso difundido, as chapa com revestimento inorgânico ainda está se difundindo.

5 Introdução Até o momento, o foco principal de trabalhos anteriores foi a performance do material base nas operações de conformação, e não a performance do revestimento; Necessário prever a condição do revestimento após a conformação; Poucas publicações disponíveis na literatura sobre conformabilidade de chapas pré-pintadas, e a maioria não leva em consideração a análise de trincas das camadas de revestimento;

6 Objetivos Investigar o comportamento da falha e os limites de conformabilidade do revestimento; Prever as propriedades das peças e seus revestimentos através de uma análise experimental; Testes padrões de propriedades mecânicas normalmente não avaliam a performance do revestimento; Diversos testes foram investigados durante o processo e combinados para avaliar a performance do revestimento sob diferentes condições de conformação;

7 Materiais e Métodos Aço estrutural, laminado a frio, pré-pintado, espessura 0,8mm; Aplicação comum em telhas e portas de garagem, conformado por perfiladeira (“rollforming”); Graus G300 e G550, respectivamente com tensão de escoamento mínimo de 300 e 550MPa;

8 Materiais e Métodos Revestimento metálico aplicado por galvanização a fogo, sendo o banho de 45% Zn e 55% Al; Camada de 170 g/m², equivalente a 25  m por lado; Aplicação das camadas de tinta líquida por rolos em um processo contínuo; Cura da tinta ocorre em forno com temperatura de pico de 235  C.

9 Materiais e Métodos CodMaterialSolventeUtilização Espessura [  m] TAPolyesterSolventeTop Coat17 TBAcrílicoBase águaTop Coat17 BAPolyesterBase águaFundo10 PAPolyesterSolventePrimer6 1a 1b 2 3 4a 4b

10 Materiais e Métodos Copos de Ø=100 mm foram conformados; G550 fraturou antes de formar a parede; G300 apresentou boa conformabilidade e foi selecionado para todos os testes seguintes; O revestimento orgânico se deteriorou nas posições 1 e 2;

11 Materiais e Métodos Ensaios de tração => 3 direções; Trincas no revestimento sempre se apresentaram transversalmente à direção de aplicação de carga; Nenhum efeito da anisotropia da chapa de aço na ocorrência das trincas; Nenhuma anisotropia identificada no revestimento orgânico;

12 Materiais e Métodos Ensaio de tração: equipamento Tinius Olsen com extensômetros transversais e longitudinais; Corpos de prova para ensaio de tração com L=80mm e W=20mm, segundo ISO 6892; Ensaio Erichsen para estiramento bi-axial, com punção hemisférico de 50mm; Sistema de medição das deformações: Vialux; Dimensões dos corpos de prova variaram de 10 a 75mm para obter os diversos modos de deformação; Lubrificação com graxa no punção e leve oleamento dos blanks

13 Ensaio Erichsen

14 Materiais e Métodos Para análise da superfície após a conformação, seções transversais foram cortadas das amostras; Imagens da superfície: Hitachi Scanning Electron Microscope (MEV); Com a energia de 1,0 keV a distância de 16,2mm se obtiveram as melhores imagens do revestimento;

15 Resultados e Discussões Diagrama Força Punção e Força Prensa-chapas x Penetração do Punção; Copo Ø=100mm; Aço grau G300;

16 Resultados e Discussões Teste de lubrificação =>  max = 2.1 Velocidade punção = 10mm/s

17 Resultados e Discussões – Ensaio de Tração Resultados dos ensaios de tração (média 3 lotes); Material apresentou grande patamar de escoamento até 3% deformação, com múltiplas linhas de estricção sendo observadas; Limite de escoamento encontrado bastante acima do declarado para o material base (449 e 300 Mpa); Consequência do envelhecimento do material devido a alta temperatura na cura da pintura;

18 Resultados e Discussões – Ensaio Tração Micrografia de secção de uma amostra do ensaio tração; Realizado em 10 amostras e de 2 diferentes lotes de material; Deformação residual entre 5 e 20%; Trincas originando-se dentro do revestimento orgânico; Trincas no revestimento metálico não geraram trincas no revestimento orgânico; Revestimento tem menor ductilidade que substrato; A interface entre os revestimentos orgânicos e entre revestimento orgânico e revestimento metálico não foi afetada pela conformação; Geometria das trincas em formato “V”, atribuído à contração da camada orgânica devido às tensões residuais, e restrições nas interfaces;

19 Resultados e Discussões – Ensaio Tração Imagens anteriores utilizadas para medir a distância entre trincas; Necessário também imagens de superfície para quantificar a área das trincas (Sc); Tentativa de quantificar esta área (Sc) através de rugosímetro foi refutada devido ao dano causado à camada orgânica pela agulha; Foi definido então um fator Densidade de Trincas (C), onde:

20 Resultados e Discussões – Ensaio Tração Imagens via SEM do aspecto da superfície do revestimento orgânico das amostras do ensaio tração; Fratura Frágil; Área de trinca foi calculada através de software de análise automática de imagem e Matlab;

21 Resultados e Discussões – Ensaio Tração Revestimento Orgânico Seis amostras camada orgânica; Obtida através da dissolução do revestimento metálico por ácido hidroclórico; Encontrado Módulo de Elasticidade de 2198 GPa.

22 Resultados e Discussões – Ensaio Tração Espectrometro de Energia Dispersiva para investigar interação entre camadas; Não há uma fase de mistura expressiva entre camadas; É esperado então que a performance de cada camada tenha comportamento similar do material indivualmente;

23 Resultados e Discussões – Ensaio Tração Análise da fratura de superfície das diferentes camadas de material; Durante múltiplas trincas, as trincas dos revestimentos individuais se prendem na interface com o substrato;

24 Resultados e Discussões – Ensaio Tração Gráfico Densidade das Trincas x Deformação equivalente; O tamanho e quantidade de tricas aumentam com o aumento da deformação equivalente; Trincas começam em aproximadamente 5% de deformação equivalente; Densidade das Trincas aumenta rapidamente após o aparecimento da primeira trinca, devido ao alívio de tensões; Primer + Fundo Primer + Top Coat Acrílico

25 Resultados e Discussões - Erichsen Deformações da malha medidas por sistema ótico automatizado; As amostras foram conformadas até o momento onde a chapa de aço visivelmente começava a falhar; Os 9 pares de deformação principal plotados, obtidos a partir da média de 3 amostras, formaram a CLC; Estas deformações plotadas correspondem as regiões onde o revestimento apresentou danos;

26 Resultados e Discussões - Erichsen

27 Conclusão As chapas pré-pintadas de aço estrutural foram conformadas com sucesso em copos; O revestimento se deteriora antes do material base falhar; O revestimento orgânico do material pré-pintado exibiu fraturas e trincas durante as operações de conformação; Este comportamento pode ser usado como critério de performance para o revestimento; O comportamento frágil do revestimento orgânico encontrado nos ensaios de tração correlaciona-se com as trincas observadas na deformação biaxial do material pré-pintado; O revestimento se mostrou isotrópico; As trincas observadas se originaram internamente as camadas orgânicas; O estado de tração biaxial mostrou um maior efeito no revestimento orgânico que o estado tração-compressão; O desenvolvimento da trinca nos revestimentos Top coat A e B foram similares; Identificadas linhas de distensão resultantes do envelhecimento do material.