No mundo da fabricação de metais, compreender as propriedades do processo de chapas metálicas comumente utilizadas é essencial para alcançar resultados de alta qualidade. Ao longo da minha experiência no setor, aprendi que cada material oferece características únicas que afetam tudo, desde formando e cortando para soldagem e acabamento. Neste artigo, explorarei essas propriedades, destacando como elas influenciam os processos de fabricação. Seja você um profissional experiente ou iniciante na área, conhecer melhor esses materiais o capacitará a tomar decisões informadas e a aumentar o sucesso geral dos seus projetos.

Além do formato e da precisão da peça a ser processada e do equipamento estrutural disponível para a empresa, o processamento da peça também está intimamente relacionado ao material utilizado. Portanto, é importante analisar e compreender as propriedades de processamento de diferentes materiais, que são de grande importância para o processo de processamento de peças de chapa metálica e para o desenvolvimento das especificações da operação de produção. 

Propriedades do processo de aço estrutural de carbono comum

Em termos gerais, as peças de chapa metálica são fabricadas com aço carbono estrutural comum (por exemplo, Q195, Q215, Q235, etc.) e aço carbono estrutural de alta qualidade (por exemplo, 08, 10F, 20, etc.), que são os mais comumente utilizados. Existem poucas restrições na conformação, exceto que o aumento da espessura é limitado pela taxa de deformação e o aquecimento é limitado pelo limite superior de temperatura. 

No processamento de material de chapa mais espessa, a fim de aumentar o grau de deformação do material da chapa, reduzir a resistência à deformação do material da chapa, mais com conformação a quente ou aquecimento parcial do processo de estampagem profunda e conformação em branco, mas deve evitar o aquecimento em certas zonas de temperatura, como aço carbono aquecido a 200 ~ 400 ℃, porque o efeito do envelhecimento (inclusões na forma de precipitação na precipitação da superfície de deslizamento do contorno de grão) para reduzir a plasticidade, a resistência à deformação aumentou, esta faixa de temperatura é chamada de zona quebradiça azul Esta faixa de temperatura é chamada de zona quebradiça azul, quando o desempenho do aço se torna ruim, fácil de fratura frágil, a fratura é azul. E na faixa de 800 ~ 950 ℃, e aparecerá zona quebradiça quente, de modo que a plasticidade é reduzida, portanto, no processo de operação de estampagem profunda em estado quente da chapa, deve-se prestar atenção especial à deformação real da temperatura de prensagem a quente não deve estar na zona quebradiça azul e zona quebradiça quente. Na operação, deve-se considerar o equipamento de aquecimento e a prensa entre o local da deformação da temperatura de prensagem a quente e o uso cuidadoso do equipamento de sopro de resfriamento para evitar a ocorrência de quebradiço azul e quebradiço quente. 

Propriedades do Processo de Aços Ligados

O aço de liga comumente usado na fabricação de peças estruturais de chapa metálica é geralmente 16Mn, 15MnV e outros aços estruturais de baixa liga e alta resistência. Suas propriedades de processo são as seguintes. 

●16Mn. O aço 16Mn é geralmente fornecido laminado a quente, dispensando tratamento térmico, especialmente para aços laminados com espessura inferior a 20 mm. Suas propriedades mecânicas são muito elevadas, portanto, a prensagem a quente é geralmente utilizada imediatamente após o tratamento. Para chapas de aço com espessura superior a 20 mm, a fim de melhorar o limite de escoamento e a tenacidade ao impacto em baixas temperaturas, o aço pode ser utilizado após o tratamento de normalização. 

Além disso, seu desempenho de corte a gás é semelhante ao do aço estrutural de baixo carbono comum. A aresta de corte a gás tem 1 mm de tendência de têmpera, mas, devido à sua área de têmpera ser muito estreita, pode ser eliminada por soldagem. Portanto, a aresta de corte a gás deste aço não requer processamento mecânico e pode ser soldada diretamente. 

O desempenho do aplainamento a gás com arco de carbono também é o mesmo do aço estrutural de baixo carbono comum. Embora haja uma tendência de endurecimento na borda do aplainamento a gás, a área de endurecimento também é muito estreita e pode ser eliminada por soldagem. Portanto, a borda do aplainamento a gás deste tipo de aço não requer processamento mecânico e pode ser soldada diretamente. O resultado é essencialmente a mesma dureza da zona afetada pelo calor que a obtida pela soldagem após a usinagem. 

Comparado ao aço Q 235, o limite de escoamento do aço 16Mn é superior a 345 MPa, sendo superior ao do Q 235, portanto, a força de conformação a frio é maior que a do aço Q 235. Para grandes espessuras de aço laminado a quente, as propriedades de conformação a frio podem ser significativamente melhoradas por normalização ou recozimento. No entanto, quando a espessura da chapa atinge uma determinada espessura (t ≥ 32), ela deve ser conformada a frio após o tratamento térmico de alívio de tensões. 

Quando aquecido a mais de 800 ℃, pode obter boas propriedades de conformação a quente, mas a temperatura de aquecimento do aço 16Mn não deve exceder 900 ℃, caso contrário, é fácil ocorrer superaquecimento, o que reduz a tenacidade ao impacto do aço. 

Além disso, o aço 16Mn é três vezes mais aquecido por chama e resfriado a água após as propriedades mecânicas não sofrerem alterações significativas, com o material de base original com a mesma resistência a danos frágeis, portanto, o aço pode ser aquecido por água e fogo ortopédico, mas a estrutura de carga dinâmica não é adequada para aquecimento por água e fogo ortopédico. 

● Chapas finas de aço 15MnV e 15MnTi de 15MnV, com propriedades de cisalhamento e laminação a frio semelhantes às do aço 16Mn, porém, com espessura de ≥ 25 mm, as chapas de aço laminadas a quente podem ser facilmente ocultadas na borda de cisalhamento devido ao cisalhamento causado pelo endurecimento a frio, causado por pequenas trincas. Essas trincas podem ter sido produzidas antes da siderúrgica. Portanto, os controles de qualidade devem ser reforçados, mas, uma vez encontradas, as trincas devem ser removidas após o corte a gás ou processamento mecânico. Além disso, as chapas laminadas a quente de aço 15MnV mais espessas, laminadas a frio, são fáceis de produzir fraturas e podem ser normalizadas em 930 ~ 1000 ℃ para melhorar sua plasticidade e tenacidade, além de melhorar o desempenho da laminação a frio. 

Além disso, este tipo de conformação a quente de aço e desempenho ortopédico a quente, temperatura de aquecimento de 850 ~ 1100 ℃ de conformação a quente, aquecimento múltiplo no impacto da resistência ao escoamento não é significativo; e bom desempenho de corte a gás, desempenho de aplainamento a gás de arco de carbono também é bom, aplainamento a gás de arco de carbono no desempenho de juntas soldadas sem efeitos adversos. 

Com o mesmo desempenho de processo do aço da classe 15MnV, também inclui 15MnTi, 15MnVCu, 15MnVRE, 15MnNTiCu, etc. 

●09Mn2Cu, 09Mn2. Este tipo de aço tem melhor desempenho de estampagem a frio. Processo de laminação a frio de chapas de aço espessas de 09Mn2Cu, 09Mn2, 09Mn2Si, processo de prensagem a quente, corte a gás, aplainamento a gás de arco de carbono, endireitamento por chama e também Q235. 

●18MnMoNb. A sensibilidade ao entalhe deste tipo de aço é alta, e o corte a gás tem tendência a endurecer. Para evitar rachaduras durante a dobra, deve-se cortar a chapa de aço a 580 ℃, isolando-a por 1 hora e realizando o recozimento para alívio de tensões. 

Desempenho do processo de aço inoxidável

Existem muitos tipos de aço inoxidável, de acordo com a composição química pode ser dividido em duas categorias, a saber, aço cromo e aço níquel-cromo. O aço cromo contém uma grande quantidade de cromo ou então contém uma pequena quantidade de níquel, titânio e outros elementos; o aço níquel-cromo contém uma grande quantidade de cromo e níquel ou então contém uma pequena quantidade de titânio, molibdênio e outros elementos. De acordo com as diferentes organizações metalográficas, eles são divididos em várias categorias, como austenítico, ferrítico e martensítico. Devido à diferente composição química e organização metalográfica, as propriedades mecânicas de vários tipos de aço inoxidável, propriedades químicas, propriedades físicas também têm uma grande diferença, de modo que a aplicação da dificuldade do processo de material de aço inoxidável aumentou relativamente. 

Existem dois tipos de aço inoxidável comumente usados. 

Categoria A: aço cromo martensítico, como 1Cr 13, 2Crl 3, 3Crl 3, 4Crl 3, etc. 

Categoria B: pertence ao aço austenítico de níquel-cromo, como 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni9, etc. 

Os dois tipos de aço inoxidável acima têm as seguintes propriedades de processamento. 

●Para obter boa plasticidade, o material deve ser submetido a um tratamento térmico, que deve ser feito em um estado macio. O tratamento térmico de amolecimento do aço inoxidável Classe A é o recozimento, enquanto o tratamento térmico de amolecimento do aço inoxidável Classe B é a têmpera. 

● No estado macio, as propriedades mecânicas dos dois tipos de aço inoxidável apresentam boa processabilidade, especialmente com boa processabilidade de deformação por estampagem, adequada para a deformação do processo básico de estampagem. No entanto, as características do material do aço inoxidável em comparação com o aço carbono comum são muito diferentes. Mesmo que o material de aço inoxidável para estampagem profunda tenha uma plasticidade vertical das propriedades anisotrópicas muito menor do que o aço carbono comum, e ao mesmo tempo, devido ao alto ponto de escoamento, o endurecimento por trabalho a frio é sério, portanto, não apenas no processo de estampagem profunda é fácil produzir rugas, mas também o material da placa no canto côncavo da matriz da deformação por flexão e flexão reversa causada pelo rebote, muitas vezes na parede lateral das peças para formar uma depressão ou deflexão. Portanto, para a estampagem profunda do aço inoxidável, é necessário ter uma força de compressão muito alta e requer um ajuste cuidadoso do molde. 

Devido ao fenômeno de endurecimento a frio do aço inoxidável ser muito forte, a estampagem profunda é fácil de produzir rugas, então no processo de operação real, para tomar algumas das seguintes medidas a fim de garantir a operação suave da estampagem profunda: geralmente em cada estampagem profunda após o recozimento intermediário, o aço inoxidável não é como o aço macio pode ser após 3 ~ 5 vezes para recozimento intermediário, geralmente após cada estampagem profunda para recozimento intermediário; deformação de grandes peças de estampagem profunda, o final Após a estampagem profunda e a conformação, a ser seguido pela eliminação do tratamento térmico de estresse interno residual, caso contrário, as peças de estampagem profunda produzirão rachaduras, para o estresse interno da especificação do tratamento térmico é uma temperatura de aquecimento de aço inoxidável de 250 ~ 400 ℃, B temperatura de aquecimento de aço inoxidável de 350 ~ 450 ℃ e, em seguida, na temperatura de isolamento acima de 1 ~ 3h; O método de estampagem a quente pode obter melhores resultados técnicos e econômicos. Por exemplo, para aço inoxidável 1Cr18Ni9 aquecido a 80 ~ 120 ℃, o endurecimento do material e a tensão interna residual podem ser reduzidos, o que melhora o grau de deformação por estampagem profunda e o coeficiente de estampagem. No entanto, o aço inoxidável austenítico aquecido a uma temperatura mais alta (300 ~ 700 ℃) não melhora ainda mais o processo de estampagem. Ao estampar peças complexas, deve-se optar por prensas hidráulicas, prensas hidráulicas comuns e outros equipamentos, para que não haja deformação em altas velocidades de estampagem profunda (0,15 ~ 0,25 m/s), o que pode proporcionar melhores resultados. 

●Em comparação com o aço carbono ou metais não ferrosos, outra característica da estampagem de aço inoxidável é a alta força de deformação e o grande salto elástico. Portanto, para garantir a precisão do tamanho e da forma das peças estampadas, às vezes é necessário aumentar o corte, a correção e o tratamento térmico necessários. 

●A resistência ao escoamento do aço inoxidável austenítico varia muito entre as diferentes variedades, portanto, no processo de cisalhamento e conformação, preste atenção à capacidade do equipamento de processamento. 

Desempenho de Processos de Metais Não Ferrosos e Ligas

Para metais não ferrosos e ligas no processo de conformação em contato com o equipamento, a lisura da superfície dos moldes apresenta requisitos maiores. 

●Cobre e ligas de cobre. Cobre e ligas de cobre comumente utilizados são cobre puro, latão e bronze. O cobre puro e os latão de grau H62 e H68 têm um bom processo de estampagem, sendo o endurecimento a frio mais intenso em comparação com o H62 do que com o H68. 

O bronze é usado para resistência à corrosão, molas e peças resistentes ao desgaste, e o desempenho varia consideravelmente entre os tipos. De modo geral, o bronze é inferior ao latão para estampagem, e o bronze é mais resistente que o latão para têmpera a frio, exigindo recozimentos intermediários frequentes. 

A maior parte do latão e do bronze no estado quente (600 ~ 800 ℃ abaixo) tem um bom processo de estampagem, mas o aquecimento trará muitos inconvenientes para a produção, e o cobre e muitas ligas de cobre no estado de 200 ~ 400 ℃, mas a plasticidade do que a temperatura ambiente tem uma grande redução e, portanto, geralmente não usam a estampagem em estado quente. 

●Ligas de alumínio. As ligas de alumínio comumente usadas em componentes de chapa metálica são principalmente alumínio duro, alumínio resistente à ferrugem e alumínio forjado. 

O alumínio resistente à ferrugem é composto principalmente por ligas de alumínio-manganês ou alumínio-magnésio. O efeito do tratamento térmico é muito fraco, sendo a resistência melhorada apenas por meio do endurecimento a frio. Possui resistência moderada e excelente plasticidade e resistência à corrosão. O alumínio duro e o alumínio forjado são ligas de alumínio que podem ser reforçadas por tratamento térmico. A maioria do alumínio forjado é uma liga de alumínio-magnésio-silício, com alta resistência a quente, baixo efeito de reforço por tratamento térmico e boa plasticidade no estado recozido, sendo adequada para estampagem e forjamento. O alumínio duro é uma liga de alumínio-cobre-magnésio com alta resistência e bom efeito de reforço por tratamento térmico. 

O alumínio resistente à ferrugem pode ser recozido para obter a máxima plasticidade, enquanto o alumínio duro e o alumínio forjado podem ser recozidos e temperados para obter a máxima plasticidade. Eles apresentam maior plasticidade no estado temperado e melhor propriedade mecânica geral para estampagem, proporcionando, portanto, um processo de estampagem melhor do que o recozido. 

Alumínio duro e alumínio forjado pertencem ao tratamento térmico que pode fortalecer a liga de alumínio, que possui uma característica, ou seja, após a têmpera, com o tempo, gradualmente se fortalecem. Esse fenômeno é chamado de "envelhecimento". O envelhecimento tem um certo processo de desenvolvimento e a taxa de desenvolvimento varia de um grau para outro. Como essas ligas de alumínio possuem as características de envelhecimento, o processo de estampagem dessas ligas de alumínio deve ser concluído antes do desenvolvimento do envelhecimento. Geralmente, a oficina exige que o processo seja concluído dentro de 1,5 hora após a têmpera. 

Em ligas de alumínio, ligas de alumínio e magnésio (principalmente alumínio resistente à ferrugem) são endurecidas a frio com mais força, portanto, ao utilizar esses materiais na fabricação de peças complexas, geralmente são necessários de 1 a 3 recozimentos intermediários. Após a estampagem profunda e a conformação, o recozimento final é realizado para eliminar tensões internas. 

Para melhorar a processabilidade, a estampagem também é utilizada na produção de ligas de alumínio a quente. A estampagem a quente é usada principalmente para materiais endurecidos a frio. Após o aquecimento (cerca de 100-200 °C), o material retém parte de sua têmpera a frio e melhora sua plasticidade, o que melhora o grau de deformação da estampagem e a precisão dimensional das peças estampadas. 

Durante a estampagem a quente, a temperatura de aquecimento deve ser rigorosamente controlada: temperaturas muito baixas causarão rachaduras nas peças estampadas, e muito altas causarão uma redução acentuada na resistência e também rachaduras. Durante o processo de estampagem, a matriz convexa tende a superaquecer e, quando ultrapassa uma determinada temperatura, o material de estampagem amolece fortemente e causa fratura na peça estampada. Manter a temperatura da matriz convexa abaixo de 50 a 75 °C pode melhorar o grau de deformação da estampagem a quente. Na estampagem a quente, devem ser utilizados lubrificantes especiais resistentes ao calor. 

●Titânio e ligas de titânio. Titânio e ligas de titânio são menos processáveis, apresentam maior resistência, altas forças de deformação e forte endurecimento por trabalho a frio, sendo utilizados principalmente para estampagem a quente, com exceção de algumas classes que podem ser estampadas a frio para peças com pouca deformação. A temperatura de aquecimento para estampagem a quente é alta (300-750 °C) e varia de acordo com a classe. Temperaturas de aquecimento muito altas tornarão o material quebradiço e não são propícias à estampagem. Como o titânio é um elemento quimicamente muito ativo, a temperatura necessária para a química de oxigênio, hidrogênio e nitrogênio não é alta, e os compostos gerados com oxigênio, hidrogênio e nitrogênio são os principais fatores que produzem fragilidade; portanto, o aquecimento de titânio e ligas é estritamente limitado. Quando o processamento em alta temperatura for necessário, ele deve ser realizado em um gás de proteção ou em uma embalagem totalmente protegida e sem vazamentos para aquecimento integral. Ao operar peças estampadas de titânio e ligas de titânio, deve-se adotar a menor velocidade de estampagem possível. 

Além disso, o titânio pode ser cortado por métodos mecânicos, como serragem, corte de água de alta pressão, torno, máquinas-ferramentas de corte de tubos, etc., a velocidade de serragem deve ser lenta, nunca use chama de oxigênio-acetileno e outros gases de corte por aquecimento, mas também não deve usar o corte de serra de roda, para evitar a zona afetada pelo calor da incisão pela poluição do gás, ao mesmo tempo, a incisão na rebarba é muito grande, mas também para aumentar o processo de processamento da rebarba. 

Tubos de titânio e ligas de titânio podem ser dobrados a frio, mas o fenômeno de rebote é óbvio. Geralmente, à temperatura ambiente, é de duas a três vezes maior que o do aço inoxidável. Portanto, a dobra a frio de tubos de titânio deve lidar com a quantidade de rebote. Além disso, o raio de curvatura dos tubos de titânio não deve ser inferior a 3,5 vezes o diâmetro externo do tubo. A fim de evitar o aparecimento local de elipticidade super pobre ou o fenômeno de enrugamento, a dobra a frio pode ser preenchida com areia de rio seca no tubo e compactada com um martelo de madeira ou martelo de cobre. Para a dobra a frio, o mandril deve ser adicionado. Para a dobra a quente, a temperatura de pré-aquecimento deve ser de 200 a 300 ℃. 

Para flangeamento de 90°, devem ser utilizados três conjuntos de moldes de 30°, 60° e 90° prensados em etapas para evitar trincas.