Avaliação da estampagem a quente do aço USIBOR® 1500 utilizando estratégia de refrigeração diferencial para obtenção de peças com propriedades tailored

Abstract

O objetivo deste trabalho foi realizar a estampagem a quente do aço USIBOR® 1500, o qual possui como substrato o aço 22MnB5 e revestimento de alumínio e silício. Foi utilizada a estratégia de aquecimento parcial das ferramentas de estampagem, isto é, foram projetadas e fabricadas ferramentas onde um dos lados possui canais de refrigeração, enquanto o outro lado possui canais para aquecimento com resistores cartucho. Cinco condições de estampagem foram testadas. Na primeira condição, os corpos de prova não foram aquecidos e as ferramentas estavam à temperatura ambiente (estampagem a frio), na segunda condição os corpos de prova foram aquecidos a 1000°C e estampados em ferramentas em temperatura ambiente, de 25°C. A terceira, quarta e quinta condições de estampagem foram realizadas com aquecimento parcial das ferramentas de 100°C, 200°C e 300°C respectivamente, chapas a 1000°C e região refrigerada a 25°C. Para os corpos de prova foram analisados os perfis de microdureza, as microestruturas formadas, as curvas de resfriamento e retorno elástico. Os resultados mostram que as temperaturas das ferramentas apresentaram influência significativa sobre a microdureza, curvas de resfriamento, microestrutura e retorno elástico. Na estampagem a quente quanto maior a temperatura da ferramenta, menores são as microdurezas médias e maior é a formação de microestruturas mais dúcteis. As curvas de resfriamento mostraram que a taxa de resfriamento reduziu conforme a temperatura de aquecimento da ferramenta foi aumentada. A estampagem a quente reduz significativamente o retorno elástico nas peças, porém, à medida que a temperatura das ferramentas aumenta, o retorno apresenta um pequeno aumento negativo. Por fim, as propriedades mecânicas podem ser alteradas utilizando o método da refrigeração diferencial com aquecimento parcial das ferramentas.

The purpose of this work was to perform the USIBOR® 1500 steel hot stamping, which has as substrate 22MnB5 steel, and aluminum and silicon coating. The differential cooling process used was partially heating the stamping tools, in which the forming tool was partitioned into zones that were either cooled or heated. Five configurations of tailored hot stamping were formed: at first the specimens were not heated and the tools were at room temperature (cold stamping), then a non-tailored configuration using conventional room temperature tooling and three tailored configurations in which one-half of the part was formed in tooling that was heated at different temperatures (100°C, 200°C and 300°C). The blanks were heated to 1000 °C, and cooling zone was maintained at 25 ° C. Microhardness profiles, the microstructures formed, the cooling curves and springback were analyzed. The results show that the tool temperatures had a significant influence on the microhardness, cooling curves, microstructure and elastic return. In hot stamping, the higher the tool temperature, the lower the average microhardness and there is a higher formation of more ductile microstructures. The cooling curves showed that the cooling rate decreased as the tool’s heating temperature was increased. Hot stamping significantly reduces the springback on the parts, however, as the tool temperature increases, the springback has a small negative increase. Finally, the mechanical properties can be changed using the differential cooling method with the tool’s partial heating.