Aço endurecido por prensagem | Aço PHS para automotivo

O aço endurecido por prensagem (PHS) é um material avançado amplamente usado na fabricação moderna e na engenharia automotiva. Reconhecido por sua alta resistência e conformabilidade excepcional, o PHS se tornou uma escolha preferida para componentes que exigem uma estrutura forte e leve. 

Este guia se aprofunda nos fundamentos do aço endurecido por prensagem, explorando suas propriedades mecânicas, processos de produção, aplicações e benefícios para as indústrias atuais.

O que é aço endurecido por prensagem?

Press Hardened Steel (PHS), também chamado de aço estampado a quente ou formado a quente, é um tipo de material de ultra-alta resistência. Este aço é caracterizado por sua excelente relação resistência-peso e capacidade de formar geometrias complexas. É comumente usado em pilares A e B, reforços de para-choques e travessas. 

O processo de endurecimento por prensagem torna possível moldar aço de ultra-alta resistência em peças complexas e duráveis, o que seria difícil ou impossível usando métodos convencionais de conformação a frio.

O processo de fabricação envolve o aquecimento do blank de aço a cerca de 900°C, moldando-o enquanto quente e resfriando-o rapidamente em matrizes resfriadas. Este tratamento térmico transforma a microestrutura do aço em um estado totalmente martensítico, proporcionando resistência extremamente alta e resistência ao desgaste aprimorada. A soldagem de PHS também é altamente eficaz, com boa compatibilidade entre várias técnicas de união.

Composição química do aço endurecido por prensagem

O aço endurecido por prensagem é composto principalmente de uma liga de manganês-boro de baixo carbono. O teor de carbono é relativamente baixo, garantindo que o aço permaneça dúctil o suficiente para ser moldado antes do tratamento térmico. O manganês é adicionado em maiores quantidades, o que aumenta a durabilidade e a robustez, preservando as características efetivas de soldagem.

O elemento crítico na composição é o boro, tipicamente presente em pequenas quantidades variando de 0,002% a 0,004%. Mesmo essa pequena adição tem um efeito significativo, melhorando a temperabilidade do aço. Durante o processo de endurecimento por prensagem, o boro ajuda a garantir que o aço possa se transformar completamente em martensita, a microestrutura responsável pela resistência e durabilidade excepcionais do material.

Propriedades mecânicas do aço endurecido por prensagem

• Alta resistência à tração

A resistência à tração do aço endurecido por prensagem pode atingir até 2000 MPa, tornando-o uma das opções mais resistentes para aplicações estruturais.

• Resistência ao escoamento excepcional

Um limite de escoamento típico de cerca de 1000 MPa permite que o aço suporte cargas pesadas sem deformação permanente.

• Durabilidade e Dureza

A microestrutura totalmente martensítica obtida por meio de resfriamento rápido proporciona excelente dureza e resistência ao desgaste, garantindo desempenho duradouro mesmo em condições desafiadoras.

• Precisão e estabilidade dimensional

Ao contrário dos aços convencionais, o aço endurecido por prensagem sofre pouca ou nenhuma elasticidade após a conformação. Isso garante que os componentes mantenham dimensões precisas e se encaixem corretamente em montagens complexas.

• Conformabilidade dependente da temperatura

Em temperaturas elevadas, o aço endurecido por prensagem se torna altamente moldável, permitindo a criação de formas e designs complexos que seriam impossíveis com os processos tradicionais de conformação a frio.

O processo de endurecimento por prensagem

Processo direto

O blank é aquecido uniformemente a cerca de 900°C, permitindo que a microestrutura do aço se austenitize completamente. Uma vez que o blank atinge a temperatura desejada, ele é rapidamente transferido para a matriz de conformação. Enquanto ainda quente, o aço é moldado em sua geometria final. Ao mesmo tempo, a matriz resfria o material rapidamente para bloquear sua microestrutura martensítica de alta resistência.

Essa abordagem permite projetos de peças complexas e características uniformes de material em toda a peça.

Processo Indireto

O processo indireto começa pela formação do blank de aço em temperatura ambiente. Após a moldagem inicial, o aço é aparado e puncionado até suas dimensões quase finais. O blank é então reaquecido e rapidamente temperado em uma matriz resfriada, o que transforma o aço em um estado totalmente endurecido.

Esse processo geralmente é escolhido para peças com geometrias desafiadoras ou quando um revestimento específico é necessário.

Principais etapas do processo de endurecimento por prensagem

• Formação e têmpera: No processo direto, o blank é formado enquanto quente e imediatamente temperado na matriz. No processo indireto, a conformação ocorre primeiro, seguida pelo reaquecimento e têmpera.
• Controle de resfriamento: O sistema de resfriamento da matriz garante que o aço resfrie rápida e uniformemente. Esse resfriamento controlado é crítico para atingir a dureza e a resistência desejadas.

Aplicações de aço endurecido por prensagem

O aço endurecido por prensagem é um material crítico na indústria automotiva, especialmente para componentes críticos de segurança. Sua alta resistência, precisão dimensional e capacidade de formar formas complexas o tornam bem adequado para estruturas resistentes a colisões. As principais aplicações incluem:

• Pilares A e B
• Reforços de portas e vigas de impacto lateral
• Travessas e trilhos de teto
• Pára-choques e sistemas de gerenciamento de colisões
• Componentes de proteção de bateria EV

Benefícios do PHS para a indústria automotiva

Melhorias de segurança

Os componentes PHS melhoram o desempenho em colisões absorvendo e transferindo eficientemente as forças de impacto. Sua alta resistência garante que estruturas críticas de segurança, como os pilares A e B, permaneçam intactas, contribuindo para melhor proteção dos passageiros.

Construção leve

A resistência excepcional do PHS permite peças mais finas e leves, o que ajuda a reduzir o peso geral do veículo. Esse peso reduzido aumenta a eficiência energética e reduz poluentes, atendendo a requisitos regulatórios cada vez mais rigorosos.

Produção Simplificada

Ao facilitar a criação de formas complexas, o PHS elimina a necessidade de múltiplas peças e soldas. Essa simplificação na fabricação reduz o tempo de montagem e melhora a qualidade geral e a consistência das estruturas dos veículos.

Eficiência de custos ao longo do tempo

Embora o PHS exija métodos avançados de produção, sua natureza leve e capacidade de consolidar componentes resultam em economia de material. Além disso, a durabilidade e a longa vida útil das peças PHS reduzem os custos de manutenção e substituição ao longo do ciclo de vida do veículo.

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