Comportamento em tração uniaxial de um aço 22MnB5 com revestimento de Zn-Fe sob condições de estampagem a quente: análise experimental, modelamento fenomenológico e implantação numérica

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Leite, Duílio Norberto Ferronatto
Orientador(a): Moreira, Luciano Pessanha lattes
Banca de defesa: Fonseca, Gláucio Soares da lattes, Santos, Rafael Oliveira lattes, Alves, André Luiz Moraes lattes
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Link de acesso: https://app.uff.br/riuff/handle/1/33778
Resumo: Trabalho ilustrado
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Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Metalúrgica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Universidade Federal Fluminense, Volta Redonda, 2023.https://app.uff.br/riuff/handle/1/33778Trabalho ilustradoOs aços estampados a quente representam uma boa alternativa para atender as demandas da indústria automotiva em relação ao aumento na segurança em caso de acidentes e redução da emissão de gases com efeito estufa. O presente trabalho visa investigar o comportamento à quente de uma chapa de aço ao Boro com revestimento Fe-Zn sob condições de aquecimento por resistência elétrica e propor uma abordagem experimental-numérica para fins de previsão computacional do comportamento termo-viscoplástico. Foram realizados ensaios de tração uniaxial a quente no simulador Gleeble 3500 por etapas de aquecimento sob taxa de 50 °C/s até 950 °C, encharque nesta durante 5 minutos, resfriamento rápido (100 °C/s) até as temperaturas (900, 850, 750, 650 e 550 °C) e, deformação com três taxas nominais (2,857 x10⁻² s⁻¹/ 2,857 x10⁻ ¹ s⁻¹ / 2,857 x100 s⁻¹) e resfriamento até temperatura ambiente (40 °C/s). Em seguida, foram realizadas as etapas de caracterização microestrutural para quantificação de fases do material como recebido, medidas de microdureza, avaliação das propriedades mecânicas e características físicas e morfológicas das superfícies de fratura dos corpos de prova ensaiados em tração a quente. Para fins de descrição do comportamento termo-viscoplástico da chapa de aço ao Boro, utilizou-se a equação modificada de Hockett-Sherby. Os parâmetros materiais desta equação foram identificados a partir das curvas experimentais de escoamento plástico. Com vistas as aplicações em simulações numéricas do processo de estampagem a quente, a equação modificada de Hockett-Sherby foi implantada no código ABAQUS/Explicit. A geometria adotada para o corpo de prova forneceu gradientes de temperatura com valores médios aceitáveis e próximos da temperatura programada nos ensaios de tração. O emprego de um extensômetro transversal, posicionado no centro do corpo de prova, permitiu calcular as deformações longitudinais a partir das variações de largura uma vez que as fraturas ocorreram fora desta região. As curvas verdadeiras tensão-deformação obtidas demonstraram o comportamento termo-viscoplástico da chapa de aço ao Boro. As análises de espessura e morfologia das superfícies fraturadas dos corpos de provas evidenciaram as características associadas aos mecanismos de fratura dúctil em função dos efeitos de temperatura e taxa de deformação. Já a metodologia proposta para identificação em duas etapas dos parâmetros da equação modificada de Hockett-Sherby, demonstrou-se simples e assertiva para descrever o comportamento termo-viscoplástico do aço ao Boro investigado neste trabalho. Por fim, as previsões por elementos finitos apresentaram boa concordância com as curvas de escoamento plástico em tração uniaxial, sobretudo nas temperaturas de deformação entre 550 e 750 °C nas três taxas nominais de deformação.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorHot stamped steels represent an excellent alternative to meet the demands of the automotive industry in terms of increased safety in the event of accidents and reduced greenhouse gas emissions. The present work aims to investigate the hot behavior of a Boron steel sheet with FeZn coating under electrical resistance heating conditions and to propose an experimentalnumerical approach for computational prediction of the thermo-viscoplastic behavior. Hot uniaxial tensile tests were carried out in the Gleeble 3500 simulator by heating steps using a rate of 50 °C/s up to 950 °C, 5 minutes of soaking, rapid cooling (100 °C/s) to temperatures (900, 850, 750, 650 and 550 °C) and, deformation at three nominal strain-rates (2.857 x10⁻² s⁻¹/ 2,857 x10⁻ ¹ s⁻¹ / 2,857 x100 s⁻¹) following by cooling to room temperature (40 °C/s). The microstructural characterization steps were carried out to quantify the as-received volume fractions, microhardness measurements, evaluation of mechanical properties, and physical and morphological characteristics of the specimen’s fracture surfaces that were tested under hot tensile test conditions. The modified Hockett-Sherby equation was adopted to describe the thermo-viscoplastic behavior of the Boron steel sheet. The material parameters of this equation were identified from the experimental plastic flow curves. The modified Hockett-Sherby equation was implemented in the ABAQUS/ Explicit code for the numerical simulation of the hot stamping process. The adopted test specimen geometry provided temperature gradients with acceptable average values close to the programmed temperature during hot tensile tests. Using a cross-sectional gauge dispositive, positioned at the center of the test specimen, allowed to calculate the longitudinal strains based on width variations since the fractures occurred away from this region. The obtained true stress-strain curves demonstrated a thermo-viscoplastic behavior of the Boron steel sheet. Thickness and morphology analyses of fractured surfaces of the specimens highlighted the ductile behavior associated characteristics with fracture mechanisms as a function of temperature and strain rate effects. The two-step methodology proposed for the identification of the modified Hockett-Sherby equation parameters proved straightforward and assertive for describing the thermo-viscoplastic behavior of the Boron steel investigated in this work. Finally, the finite element predictions agreed with the experimental plastic flow curves in uniaxial hot tension, especially at deformation temperatures between 550 and 750 °C evaluated at the three nominal strain-rates.199 p.Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Volta Redonda, RJpt_BRporCC-BY-SAinfo:eu-repo/semantics/openAccessComportamento em tração uniaxial de um aço 22MnB5 com revestimento de Zn-Fe sob condições de estampagem a quente: análise experimental, modelamento fenomenológico e implantação numéricainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis22MnB5Estampagem a QuenteHockett-SherbyConformação de ChapasMétodo de Elementos FinitosSimulação NuméricaAço 22MnB5Revestimento Zn-FeTração uniaxialProdução intelectualEngenharia Metalúrgica22MnB5Hot StampingHockett-SherbySheet Metal FormingFinite Element MethodNumerical SimulationDoutoradoUniversidade Federal FluminenseEscola de Engenharia Industrial Metalúrgica de Volta RedondaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica2023Volta Redonda, RJreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)instname:Universidade Federal Fluminense (UFF)instacron:UFFORIGINALTese_Duílio Leite.pdfTese_Duílio Leite.pdfapplication/pdf9622729https://app.uff.br/riuff/bitstream/1/33778/1/Tese_Du%c3%adlio%20Leite.pdfac5c57ed22e787f91da70209b36c0da7MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81866https://app.uff.br/riuff/bitstream/1/33778/2/license.txt43cd690d6a359e86c1fe3d5b7cba0c9bMD521/337782024-07-30 12:46:01.648oai:app.uff.br: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ório InstitucionalPUBhttps://app.uff.br/oai/requestriuff@id.uff.bropendoar:21202024-07-30T15:46:01Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) - Universidade Federal Fluminense (UFF)false
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