Caracterização experimental e modelamento do comportamento plástico de chapas de aços bifásicos DP600 e DP800
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) |
Texto Completo: | http://app.uff.br/riuff/handle/1/27130 |
Resumo: | Nas últimas duas décadas, os aços avançados de alta resistência receberam grande destaque na indústria automotiva. Estes aços são usados em partes estruturais que visam a segurança do carro graças aos elevados valores de limite de resistência e absorção de energia em colisões. Nesse contexto, a manufatura de componentes por meio de processos de conformação objetivando reduções de espessura de chapas e, portanto, redução de massa dos carros, contribuem para a redução de consumo de combustíveis e emissões de gases de efeito estufa. Contudo, esses aços quando conformados apresentam variações no comportamento plástico, relacionadas aos processos de conformação, como, por exemplo, mudança de forma devido ao retorno elástico, sensibilidade à taxa de deformação e fraturas em operações de estiramento e flangeamento. Portanto, o correto uso destes aços em processos de conformação requer pesquisas experimentais e teóricas mais detalhadas com respeito ao comportamento plástico. Com essa finalidade, este trabalho de tese de doutorado foi dividido em três etapas. Primeiro, foram realizadas análises de composição química e microestruturas de chapas de aços bifásicos DP600 e DP800 e, para fins de comparação, do aço de alta resistência e baixa liga HSLA340. Em seguida, para avaliar o comportamento plástico destes aços foram realizados ensaios de tração uniaxial, expansão hidráulica, compressão de disco e Curva Limite de Conformação (CLC). As regiões fraturadas dos corpos de prova deformados nos ensaios de CLC foram analisadas com auxílio das técnicas de microscopia óptica e eletrônica de varredura. Por fim, foi desenvolvido um modelo elasto-plástico do tipo Marciniak-Kuczysnski para previsão das deformações limites que compõem a CLC. As análises das regiões fraturadas permitiram a identificação de três mecanismos de falha presentes nos aços bifásicos DP600 e DP800 em função do modo de deformação da CLC: (1) instabilidade plástica no domínio de estampagem, (2) fratura dúctil por cisalhamento na vizinhança do estado plano de deformação e (3) fratura dúctil por tensão no domínio de estiramento biaxial. As análises por microscopia possibilitaram a caracterização dos mecanismos de fratura dúctil a partir da visível rotação de grãos próximos a fratura e superfície plana de fratura (fratura dúctil por cisalhamento) e grãos alinhados com a maior tensão principal e superfície rugosa de fratura (fratura dúctil por tração). As deformações limites calculadas com o modelo elasto-plástico indicam que a condição de estricção localizada é satisfatória para descrever a CLC do aço HSLA340. Entretanto, para os aços bifásicos DP600 e DP800 as previsões de deformações limites apresentaram melhor concordância com os valores experimentais por meio da implantação de um critério de fratura dúctil para descrever os efeitos os modos de falha identificados experimentalmente nos estados de deformação plana e estiramento biaxial. |
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Caracterização experimental e modelamento do comportamento plástico de chapas de aços bifásicos DP600 e DP800Aços avançados de alta resistênciaCurva limite de conformaçãoModos de fraturaConformação de chapasModelamentoEngenharia MetalúrgicaModelamento e simulação de processos e fenômenosAço bifásicoAço de alta resistência e baixa ligaModelagemProdução intelectualAdvanced high strength steelsForming limit curveFracture modesSheet metal formingModellingNas últimas duas décadas, os aços avançados de alta resistência receberam grande destaque na indústria automotiva. Estes aços são usados em partes estruturais que visam a segurança do carro graças aos elevados valores de limite de resistência e absorção de energia em colisões. Nesse contexto, a manufatura de componentes por meio de processos de conformação objetivando reduções de espessura de chapas e, portanto, redução de massa dos carros, contribuem para a redução de consumo de combustíveis e emissões de gases de efeito estufa. Contudo, esses aços quando conformados apresentam variações no comportamento plástico, relacionadas aos processos de conformação, como, por exemplo, mudança de forma devido ao retorno elástico, sensibilidade à taxa de deformação e fraturas em operações de estiramento e flangeamento. Portanto, o correto uso destes aços em processos de conformação requer pesquisas experimentais e teóricas mais detalhadas com respeito ao comportamento plástico. Com essa finalidade, este trabalho de tese de doutorado foi dividido em três etapas. Primeiro, foram realizadas análises de composição química e microestruturas de chapas de aços bifásicos DP600 e DP800 e, para fins de comparação, do aço de alta resistência e baixa liga HSLA340. Em seguida, para avaliar o comportamento plástico destes aços foram realizados ensaios de tração uniaxial, expansão hidráulica, compressão de disco e Curva Limite de Conformação (CLC). As regiões fraturadas dos corpos de prova deformados nos ensaios de CLC foram analisadas com auxílio das técnicas de microscopia óptica e eletrônica de varredura. Por fim, foi desenvolvido um modelo elasto-plástico do tipo Marciniak-Kuczysnski para previsão das deformações limites que compõem a CLC. As análises das regiões fraturadas permitiram a identificação de três mecanismos de falha presentes nos aços bifásicos DP600 e DP800 em função do modo de deformação da CLC: (1) instabilidade plástica no domínio de estampagem, (2) fratura dúctil por cisalhamento na vizinhança do estado plano de deformação e (3) fratura dúctil por tensão no domínio de estiramento biaxial. As análises por microscopia possibilitaram a caracterização dos mecanismos de fratura dúctil a partir da visível rotação de grãos próximos a fratura e superfície plana de fratura (fratura dúctil por cisalhamento) e grãos alinhados com a maior tensão principal e superfície rugosa de fratura (fratura dúctil por tração). As deformações limites calculadas com o modelo elasto-plástico indicam que a condição de estricção localizada é satisfatória para descrever a CLC do aço HSLA340. Entretanto, para os aços bifásicos DP600 e DP800 as previsões de deformações limites apresentaram melhor concordância com os valores experimentais por meio da implantação de um critério de fratura dúctil para descrever os efeitos os modos de falha identificados experimentalmente nos estados de deformação plana e estiramento biaxial.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorFundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de JaneiroIn the last two decades, advanced high strength steels received great significance in the automotive industry. These steels are used as structural components for car safety thanks to the high values of the strength resistance limits and energy absorption in collisions. In this context, the manufacture of components by means of metal forming processes aiming at sheet thickness reductions and, thus, car mass reduction, contribute to the reduction of the fuels consumption and greenhouse gas emissions. However, theses steels when formed may present variations in the plastic behavior, related to the forming processes, as, for instance, shape and dimensional changes due to the springback effects, strain-rate sensibility and fractures in stretching and flanging operations. Therefore, the correct use of these steels in metal forming processes requires detailed experimental and theoretical researches with respect to the plastic behavior. For this purpose, this doctoral thesis work was divided in three complementary steps. Firstly, chemical composition and microstructural analyses were performed in dualphase DP600 and DP800 steels and, for comparison purposes, in a high strength and low allow HSLA340 steel. Secondly, uniaxial tensile, hydraulic bulge, compression disk and Forming Limit Curve (FLC) tests were performed in order to evaluate the plastic behavior of these steels. The fractured sites of deformed FLC specimens were analyzed with the help of light optical and electron scanning microscopy techniques. Lastly, an elasto-plastic Marciniak-Kuczysnski localization model was implemented to forecast the limit strains that compose the FLC. The fracture analyses allowed to identify the failure mechanisms present in both dual-phase steels DP600 and DP800 grades as a function of the FLC strain-mode: (1) plastic thickness instability in the drawing FLC region, (2) ductile shear fracture near to the plane-strain state and (3) ductile tensile fracture in the biaxial stretching FLC region. Microscopy analyses revealed additional features of the ductile fracture mechanisms from the visible rotation of the grains near to the fractured location and a flat fractured surface (ductile shear fracture) and aligned grains with respect to the major principal stress direction along with a rough aspect fractured surface (tensile shear fracture). The limit strains predicted with the elasto-plastic model indicate that the localized necking condition is appropriate to describe the FLC of HSLA340 steel sheet. However, for both dual-phase steels DP600 and DP800 the limit strains predictions showed a better agreement with the experimental data by means of the implementation of a ductile fracture criterion to describe the effects of the failure modes experimentally identified in the plane-strain and biaxial stretching states.139 p.Moreira, Luciano Pessanhahttp://lattes.cnpq.br/5673024226638200Pereira, Marcelo dos Santoshttp://lattes.cnpq.br/6464565985923561Shigaki, Yukiohttp://lattes.cnpq.br/5952970584364630Medeiros , Neil dehttp://lattes.cnpq.br/7783872304499386Durán, Jorge Alberto Rodriguezhttp://lattes.cnpq.br/5267450168322885http://lattes.cnpq.br/7474898358178270Cardoso, Marcelo Costa2022-11-30T17:21:28Z2022-11-30T17:21:28Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfCARDOSO, Marcelo Costa. Caracterização experimental e modelamento do comportamento plástico de chapas de aços bifásicos DP600 e DP800. 2016. 139 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Metalúrgica, Programa de Pós- Graduação em Engenharia Metalúrgica, Universidade Federal Fluminense, Volta Redonda, 2016.http://app.uff.br/riuff/handle/1/27130pt_BRporCC-BY-SAinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)instname:Universidade Federal Fluminense (UFF)instacron:UFF2022-11-30T17:21:31Zoai:app.uff.br:1/27130Repositório InstitucionalPUBhttps://app.uff.br/oai/requestriuff@id.uff.bropendoar:21202022-11-30T17:21:31Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) - Universidade Federal Fluminense (UFF)false |
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Nas últimas duas décadas, os aços avançados de alta resistência receberam grande destaque na indústria automotiva. Estes aços são usados em partes estruturais que visam a segurança do carro graças aos elevados valores de limite de resistência e absorção de energia em colisões. Nesse contexto, a manufatura de componentes por meio de processos de conformação objetivando reduções de espessura de chapas e, portanto, redução de massa dos carros, contribuem para a redução de consumo de combustíveis e emissões de gases de efeito estufa. Contudo, esses aços quando conformados apresentam variações no comportamento plástico, relacionadas aos processos de conformação, como, por exemplo, mudança de forma devido ao retorno elástico, sensibilidade à taxa de deformação e fraturas em operações de estiramento e flangeamento. Portanto, o correto uso destes aços em processos de conformação requer pesquisas experimentais e teóricas mais detalhadas com respeito ao comportamento plástico. Com essa finalidade, este trabalho de tese de doutorado foi dividido em três etapas. Primeiro, foram realizadas análises de composição química e microestruturas de chapas de aços bifásicos DP600 e DP800 e, para fins de comparação, do aço de alta resistência e baixa liga HSLA340. Em seguida, para avaliar o comportamento plástico destes aços foram realizados ensaios de tração uniaxial, expansão hidráulica, compressão de disco e Curva Limite de Conformação (CLC). As regiões fraturadas dos corpos de prova deformados nos ensaios de CLC foram analisadas com auxílio das técnicas de microscopia óptica e eletrônica de varredura. Por fim, foi desenvolvido um modelo elasto-plástico do tipo Marciniak-Kuczysnski para previsão das deformações limites que compõem a CLC. As análises das regiões fraturadas permitiram a identificação de três mecanismos de falha presentes nos aços bifásicos DP600 e DP800 em função do modo de deformação da CLC: (1) instabilidade plástica no domínio de estampagem, (2) fratura dúctil por cisalhamento na vizinhança do estado plano de deformação e (3) fratura dúctil por tensão no domínio de estiramento biaxial. As análises por microscopia possibilitaram a caracterização dos mecanismos de fratura dúctil a partir da visível rotação de grãos próximos a fratura e superfície plana de fratura (fratura dúctil por cisalhamento) e grãos alinhados com a maior tensão principal e superfície rugosa de fratura (fratura dúctil por tração). As deformações limites calculadas com o modelo elasto-plástico indicam que a condição de estricção localizada é satisfatória para descrever a CLC do aço HSLA340. Entretanto, para os aços bifásicos DP600 e DP800 as previsões de deformações limites apresentaram melhor concordância com os valores experimentais por meio da implantação de um critério de fratura dúctil para descrever os efeitos os modos de falha identificados experimentalmente nos estados de deformação plana e estiramento biaxial. |
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