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Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica, Em diversos setores da indústria, nomeadamente no setor automóvel, tem vindo a crescer a tendência para a construção de componentes mais leves. Desde logo, pelo aparecimento de materiais como as ligas de alumínio endurecidas e os UHSS. De forma complementar, o surgimento de novas tecnologias, como a denominada ‘Tailor Heat Treated Blanks’ permite alterar as propriedades mecânicas ao longo do material e, consequentemente, aumentar o limite de conformabilidade dos componentes. Através de um tratamento térmico localizado via laser, os componentes caracterizam-se por uma variação gradual de resistência mecânica ao longo do seu comprimento: onde é afetado, o material amacia, sendo que nas restantes zonas, as propriedades mecânicas são inalteradas. Dois materiais foram alvo de estudo: liga de alumínio 6063 T6 e aço ‘Dual Phase’ DP 1000. O tratamento térmico localizado via laser foi efetuado através de uma máquina de laser de diodo; a caracterização dos materiais, através de ensaios de dureza, microdureza e de tração, permitiu estabelecer uma correlação entre a temperatura máxima de aquecimento e as modificações nas propriedades mecânicas, consequência de alterações ao nível microestrutural, pelo que para a liga de alumínio foi efetuada uma análise de calorimetria. Além da componente experimental, uma análise numérica comparativa do processo de embutidura da geometria de copo circular foi efetuada para modelos sujeitos a tratamento térmico localizado via laser. Os resultados obtidos demonstram que o tratamento térmico localizado é eficaz no amaciamento da resistência mecânica dos materiais. O amaciamento da resistência do material correlaciona-se com as alterações microestruturais estimadas para a liga de alumínio 6063 T6. A aplicação da lei constitutiva de ‘Hocket-Sherby’ permitiu estabelecer uma relação entre as modificações das propriedades mecânicas e a temperatura máxima de aquecimento no tratamento térmico localizado via laser de diodo para a gama de temperaturas 353 – 425°C. O aumento da conformabilidade do material foi corroborado, pela melhor performance dos modelos sujeitos a tratamento térmico localizado. Para a geometria de copo circular, a otimização do processo ocorre para uma extensão radial tratada termicamente de 2 𝑚𝑚, cuja temperatura máxima foi de 400°C, os resultados sugerem o aumento da profundidade de embutidura sem iniciação de fratura da peça, em pelo menos 67 %., In many industrial fields, particularly in the automotive sector, there is a trend toward lightweight construction. Hence, the use of aluminum alloys and ultra high strength steels (UHSS) is increasing. Additionally, new technologies such as the so called Tailor Heat Treated Blanks (THTB) enhances the formability of the materials, by locally softening the component, which is characterized by a flow of mechanical properties along is length. Indeed, the focus of this document are two materials: aluminum alloy 6063 T6 and DP 1000 steel. Diode Laser machine performs a local laser heat treatment. Then, material characterization is done by means of hardness, microhardness and tensile tests, which enables to correlate the modifying mechanical properties as a function of the maximum temperature in the heat affected zone by laser radiation. The modifying mechanical properties are a result of microstructural transformations, hence a differential scanning calorimetry analyses was done for the aluminum alloy. Besides the experimental procedure, deep drawing of a circular cup was performed in layouts subjected to local laser heat treatments by means of ‘AnsysWorkbench’. Softening of the mechanical resistance is achieved by local laser heat treatment for both materials. However, homogenization of the temperature in the heat affected zone is not fulfilled for DP 1000. The precipitation mechanism of the aluminum alloy correlates well with the tensile tests. As a consequence, the modifying mechanical properties plotted against the maximum laser temperature allowed to estimate stress vs strain curves in the range of 353 – 425 °C through Hocket-Sherby coefficients. Lastly, the better performance of deep drawing layouts subjected to local laser heat treatment, was corroborated by a 67 % increase in the formability.

No presente trabalho, a conformabilidade do aço inoxinoxidável AISI 201 foi comparada com o aço inoxidável AISI 304. O aço inoxidável AISI 201 é uma liga baixo níquel ligado com manganês e nitrogênio. Nesse estudo a conformabilidade dos dois materiais foi examinada por meio de ensaios tecnológicos como ensaio de tração, determinação da curva de escoamento, determinação do índice de anisotropia, ensaio Erichsen, dureza, composição química, simulação computacional do processo de estampagem e estampagem dos blanks. O aço inoxidável AISI 201 possui propriedades como limite de escoamento e tensão de ruptura superior as do inoxidável AISI 304. Os dois aços possuem uma similaridade na anisotropia. A máxima altura alcançada no momento da fratura pelo ensaio Erichsen também é semelhante para os dois materiais. O aço inox AISI 201 apresenta uma dureza maior que o inoxidável AISI 304. Na composição química os dois aços apresentam elementos fora do especificado, caracterizando um problema de qualidade na fabricação desses aços. A simulação computacional do processo de estampagem apresentou uma redução de espessura na região mais critica, sem comprometer a estampagem do componente. Uma vez estampadas, obteve-se peças sem indícios de trincas, conforme previsto pela simulação computacional. Os resultados desse trabalho sugerem a possibilidade de utilização do aço inoxidável AISI 201 como opção para substituição ao inoxidável AISI 304, tendo uma observação a ser feita quanto aos cuidados na qualidade durante a fabricação do aço para que atenda os padrões exigidos. In this study, the formability of stainless steel AISI 201 was compared to stainless steel AISI 304 stainless steel AISI 201 is a low alloy nickel alloyed with manganese and nitrogen. In this study, the formability of the two materials was examined by means of technological tests such as tensile test, determination of the flow curve, determining the anisotropy index, Erichsen test, hardness, chemical composition, computer simulation of the stamping process and stamping of the blanks. Stainless steel AISI 201 has properties such as yield strength and higher breakdown voltage of the stainless steel AISI 304. The two steels have a similarity in anisotropy. The maximum height reached at the time of fracture by Erichsen test is also similar for the two materials. Stainless steel AISI 201 has a hardness greater than the stainless steel AISI 304. In chemistry the two steels have elements outside the specified, featuring a quality problem in manufacturing these steels. A computer simulation of the printing process showed a reduction in thickness in the most critical region, without compromising the component stamping. Once stamped, gave no broken pieces of evidence as provided by the computer simulation. The findings suggest the possibility of use of stainless steel AISI 201 as an option to replace the stainless steel AISI 304, with a point to be made about the care as during the manufacture of steel that meets the required standards.

A evolução da textura, nos estados "como recebido", laminado a frio, recozido e após a estampagem, e a estampabilidade de aços inoxidáveis ferríticos AISI 430, estabilizados ao nióbio, foram estudadas. Duas corridas de chapas com espessuras de 3,0 e 0,7 mm foram utilizadas. A de maior espessura foi relaminada a frio e recozida. A de menor espessura, de composição química semelhante à primeira, foi laminada a frio, na usina siderúrgica, e, posteriormente, submetida a estampagem. A textura foi avaliada usando DRX em todas as condições. O aço AISI 430, na condição "como recebido", apresentou forte textura {100}, {100} e a fibra g. Após a deformação, a intensidade da fibra g aumentou e apareceu a fibra a. O recozimento causou o desaparecimento da fibra a e o fortalecimento da fibra g, que é uma textura adequada para a estampagem. Embora o aço AISI 430, de espessura 0,7 mm, tivesse apresentado uma forte textura de fibra g, no estado inicial, as propriedades de estampagem não foram boas e o material trincou durante a conformação. Texture evolution in AISI 430 Nb stabilized ferritic stainless steels in the "as-received", hot-and cold-rolled, annealed and stamped conditions have been studied, along with their formability. Two ferritic stainless steels (Nb stabilized) having a thickness of 3.0 and 0.7mm, were employed. The thicker one was cold rolled and annealed. The thinner one, with similar composition, was cold rolled at the steel plant and subsequently submitted to deep drawing. Texture has been evaluated using DRX for all conditions. The AISI 430 stainless steel, in the "as-received" condition presented a strong {100} texture in the and directions and the gamma fibre. After cold rolling the material presented stronger gamma and weaker alpha fibres. Annealing of the cold rolled steel conduced to the vanishing of the alpha fibre and strengthening of the gamma fibre, adequate for deep drawing operations. Although the AISI 430 stainless steel of 0.7mm presented a strong gamma fibre, other deep drawing properties were inadequate and the material cracked on stamping.

Orientador: Sergio Tonini Button Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Em virtude do número crescente de veículos automotores e uma legislação ambiental cada vez mais rigorosa, as indústrias automobilísticas e os centros de pesquisas avançados buscam desenvolver novos materiais e processos de fabricação que visam à produção de peças com maior resistência mecânica, melhor conformabilidade do material e a redução das espessuras dos materiais empregados na fabricação, sem comprometer a rigidez e estabilidade estrutural das carroçarias. Esse conceito tem por objetivo minimizar os custos de produção, aumentar a segurança e reduzir o peso total do conjunto montado, diminuindo os índices de emissões de poluentes lançados no meio ambiente, em decorrência da melhor relação peso x potência do veículo e proporcionando melhores condições de conforto e dirigibilidade aos usuários. Baseado nessas características, o objetivo deste estudo foi viabilizar a utilização simultânea de dois processos de fabricação não convencionais: Hidroconformação de "Tailored Welded Blank:' (TWB). Para tanto, comparou-se a conformabilidade do TWB submetido à estampagem convencional e a hidroconformação, empregando-se o Diagrama Limite de Conformação, obtido a partir do ensaio Nakazima modificado, para determinar o limite de conformação da matéria­prima, e a Frente Máxima de Deformação (FMD) para determinar a deformação máxima ocorrida nos produtos. Para isso, foi desenvolvido um ferramental híbrido que possibilita a fabricação de peças pelos métodos da estampagem convencional e da hidroconformação, a partir de chapas de aço ST -06 e ST -07 com espessuras 1,5 e 0,9mm respectivamente, soldadas a laser para compor o TWB. Com a análise comparativa entre a CLC da matéria-prima e a FMD dos produtos estampados convencionalmente e hidroconformados, foi possível identificar que a hidroconformação de chapas supera a estampagem convencional em relação a conformabilidade dos "Tailored Welded Blanks", pois permitiu obter produtos com domos mais elevados e regulares, com uma menor redução de espessura e sem o aparecimento de falhas Abstract: The increasing number of vehic1es and a more rigorous environmental legislation, are forcing automobile industries and research centers to develop new materials and manufacturing processes to the production of parts with higher mechanical properties, better formability and sheet thickness reduction, without comprirnising the rigidity and structural stability of the auto bodies. The main objective is to minimize the production costs, to increase the safety and to reduce vehic1e weight, reducing pollutants emissions, resulting in a best relation weight x power and providing better conditions of comfort and driveability. Based in these characteristics, the objective of this work was to study the simultaneous use of two not conventional manufacturing processes: hydroforming of Tailored Welded Blank (TWB). Therefore it was compared the formability of TWB in conventional stamping and hydroforrning, from the Forming Limit Diagram (FLD), plotted from the modified Nakazima test, to determine the forming limit of the raw material, and the Maximum Front of Deformation (MFD) to determine the maximum deformation in the products. A hybrid tool was designed and assembled to manufacture parts by conventional stamping and hydroforming steel plates ST -06 and ST-07 com thickness 1,5 and 0,9mm respectively, welded by laser to form the TWBs. With the comparative analysis between FLD of the raw material and MFD of the products conventionally stamped and hydroformed, it was possible to identify that hydroforming overcomes the conventional stamping in respect to the formability of Tailored Welded Blanks, and therefore it was possible to form products with higher and regular domes, with lower reduction of thickness, and without any failures Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica