Aços utilizados na indústria automóvel (automotive)

O aço constitui cerca de 55% da massa de um automóvel e é utilizado principalmente em elementos estruturais da carroçaria e do chassis. Nas últimas décadas, os métodos de produção de aço melhoraram significativamente, resultando em aços que são simultaneamente resistentes e dúcteis, sendo facilmente conformáveis durante o processamento e adquirindo alta resistência após o cozimento da tinta (Bake-Hardening). Este artigo aborda os aços utilizados na indústria automóvel.

Aços para a indústria automóvel - visão geral

Classificação dos aços estruturais utilizados na indústria automóvel:

• Aços para estampagem profunda macios e dúcteis:
  • Aços acalmados ao alumínio (do inglês, Al-killed steel)
  • Aços isentos de elementos intersticiais IF (do inglês, interstitial free)
• Aços para estampagem profunda de alta resistência ou aços HSS (do inglês, High Strength Steel):
  • Aços IF-HS de alta resistência
  • Aços com endurecimento por cozimento da tinta BH (do inglês, bake-hardened)
• Aços AHSS (do inglês, Advanced High Strength Steel) de altíssima resistência:
  • Aços bifásicos DP (do inglês, dual phase)
  • Aços de fase complexa CP (do inglês, complex phase)
• Aços AHSS ao manganês:
  • Aços com plasticidade induzida por transformação TRIP (do inglês, transformation induced plasticity)
  • Aços com plasticidade induzida por maclação TWIP

Aço acalmado ao alumínio

Descrição: o carbono nestes aços está dissolvido ou apresenta-se sob a forma de carbonetos de ferro, o que confere ao aço uma elevada ductilidade e maciez. Suscetíveis ao envelhecimento.

Normas: frequentemente, estes aços cumprem os requisitos DC01 e DC03.

• Aço DC01:
  • teor de carbono inferior a 0,12%, pode conter Ti ou B
  • limite de elasticidade Re: <280 MPa
  • resistência à tração Rm: 270-410 MPa
  • alongamento A: 28%
• Aço DC03:
  • teor de carbono inferior a 0,1%, pode conter Ti ou B
  • limite de elasticidade Re: <240 MPa
  • resistência à tração Rm: 270-370 MPa
  • alongamento A: 34%

Casos especiais: aço especial acalmado para estampagem profunda DQSK (do inglês, Drawing Quality Special Killed) com requisitos superiores.

Aço isento de elementos intersticiais IF

Outras designações: aço IF (do inglês, interstitial free), aço para estampagem profunda, aço SEDDQ (do inglês, super extra deep drawing quality), aço de teor ultrabaixo de C, aço ULC (do inglês, ultra low carbon).

Descrição: o carbono e o nitrogénio estão ligados em fases estáveis e não precipitam na ferrite, pelo que este aço é extremamente dúctil e muito macio. A remoção eficaz de C e N da ferrite exige adições de liga de Al, Ti e Nb. Resistente ao envelhecimento.

Propriedades típicas:

• Coeficiente de anisotropia plástica rs: 1,9-2,4
• Resistência à tração Rm: 330-390 MPa

Normas: apenas os aços isentos de elementos intersticiais IF cumprem os requisitos DC06 e DC07.

• Aço DC06:
  • teor de carbono inferior a 0,02%, teor de titânio inferior a 0,3%, o titânio pode ser substituído por Nb
  • limite de elasticidade Re: <170 MPa
  • resistência à tração Rm: 270-330 MPa
  • alongamento A: 41%
• Aço DC07:
  • teor de carbono inferior a 0,01%, teor de titânio inferior a 0,2%, o titânio pode ser substituído por Nb
  • limite de elasticidade Re: <150 MPa
  • resistência à tração Rm: 250-310 MPa
  • alongamento A: 44%

Aço IF de alta resistência

Outras designações: aço IF-HS (do inglês, interstitial free high strength).

Descrição: contém adições de liga de titânio, nióbio e vanádio; é resistente, mas ao mesmo tempo mantém a capacidade de estampagem profunda. Resistente ao envelhecimento.

Normas: produtos planos selecionados segundo a norma PN-EN 10268:2008:

• HC180Y:
  • composição: C<0,01; Si<0,3; Mn<0,7; P<0,06; Ti<0,12
  • resistência à tração Rm: >340 MPa
  • alongamento A: >36%
  • coeficiente de anisotropia plástica r: >1,7
  • expoente de encruamento n: >0,19
• HC220Y:
  • scomposição: C<0,1; Si<0,3; Mn<0,9; P<0,08; Ti<0,12
  • resistência à tração Rm: >350 MPa
  • alongamento A: >34%
  • coeficiente de anisotropia plástica r: >1,6
  • expoente de encruamento n: >0,18
• HC260Y:
  • composição: C<0,01; Si<0,3; Mn<1,6; P<0,08; Ti<0,12
  • resistência à tração Rm: >350 MPa
  • alongamento A: >34%
  • coeficiente de anisotropia plástica r: >1,6
  • expoente de encruamento n: >0,17

Aço com endurecimento por cozimento da tinta BH

Outras designações: aço BH (do inglês, bake-hardenable).

Aplicação no setor automóvel: carroçaria.

Descrição: estes aços são muito macios e dúcteis no estado de fornecimento, o que permite a deformação a frio. Posteriormente, é aplicada a tinta no produto, após o que todo o elemento permanece num forno com vista ao seu endurecimento. Durante o cozimento da tinta, ocorre também um aumento significativo no limite de elasticidade do aço (pelo menos 30 MPa) e um ligeiro aumento na resistência à tração. O cozimento da tinta realiza-se a uma temperatura de 150-250°C durante 15-20 min. As chapas de aço endurecidas durante o cozimento da tinta podem ser obtidas através do recozimento de recristalização de uma tira de aço de baixo carbono num forno de campânula ou de forma contínua, ou através do recozimento de recristalização de uma tira de aço isento de elementos intersticiais de forma contínua.

Normas: produtos planos selecionados segundo a norma PN-EN 10268:2008:

• HC180B:
  • composição: C<0,05; Si<0,7; Mn<0,7; P<0,06
  • resistência à tração Rm: >300 MPa
  • alongamento A: >34%
  • coeficiente de anisotropia plástica r: >1,6
  • expoente de encruamento n: >0,17
• HC220B:
  • composição: C<0,06; Si<0,5; Mn<0,7; P<0,08
  • resistência à tração Rm: >320 MPa
  • alongamento A: >33%
  • coeficiente de anisotropia plástica r: >1,5
  • expoente de encruamento n: >0,16
• HC260B:
  • composição: C<0,08; Si<0,5; Mn<0,7; P<0,1
  • resistência à tração Rm: >360 MPa
  • alongamento A: >29%
• HC300B:
  • scomposição: C<0,1; Si<0,5; Mn<0,7; P<0,12
  • resistência à tração Rm: >400 MPa
  • alongamento A: >26%

Aço bifásico DP

Outras designações: aço DP (do inglês, dual phase), aço dual.

Aplicação no setor automóvel: quadros, longarinas, pilares, assentos, barras de reforço lateral, componentes críticos de segurança.

Descrição: aços multifásicos cuja microestrutura é composta principalmente por uma matriz ferrítica e martensite. São endurecidos na fase de preparação do material. Estes aços são processados a uma temperatura próxima da temperatura crítica, onde as fases coexistem. O baixo teor de carbono faz com que estes aços apresentem boa soldabilidade. No setor automóvel, permitem uma redução de massa de 50% mantendo a mesma resistência dos elementos. Além disso, são conformáveis, resistentes à corrosão e capazes de absorver quantidades significativas de energia.

Normas: produtos planos selecionados segundo a norma PN-EN 10336:2007 (C indica laminação a frio e D laminação a quente):

• HCT450X:
  • composição: C<0,14; Si<0,8; Mn<2,0; P<0,08; Cr+Mo<1,0; Nb+Ti<1,15
  • limite de elasticidade Rp0,2: 260-340 MPa
  • resistência à tração Rm: >450 MPa
  • alongamento A: >27%
  • expoente de encruamento n: >0,16
  • índice de endurecimento por cozimento da tinta BH2: >30 MPa
• HCT500X:
  • composição: C<0,14; Si<0,8; Mn<2,0; P<0,08; Cr+Mo<1,0; Nb+Ti<1,15
  • limite de elasticidade Rp0,2: 300-380 MPa
  • resistência à tração Rm: >500 MPa
  • alongamento A: >23%
  • expoente de encruamento n: >0,15
  • índice de endurecimento por cozimento da tinta BH2: >30 MPa
• HCT600X:
  • composição: C<0,17; Si<0,8; Mn<2,2; P<0,08; Cr+Mo<1,0; Nb+Ti<1,15
  • limite de elasticidade Rp0,2: 340-420 MPa
  • resistência à tração Rm: >600 MPa
  • alongamento A: >20%
  • expoente de encruamento n: >0,14
  • índice de endurecimento por cozimento da tinta BH2: >30 MPa
• HDT580X:
  • composição: C<0,17; Si<0,8; Mn<2,2; P<0,08; Cr+Mo<1,0; Nb+Ti<1,15
  • limite de elasticidade Rp0,2: 330-460 MPa
  • resistência à tração Rm: >580 MPa
  • alongamento A: >19%
  • expoente de encruamento n: >0,13
  • índice de endurecimento por cozimento da tinta BH2: >30 MPa
• HDT780X:
  • composição: C<0,18; Si<0,8; Mn<2,5; P<0,08; Cr+Mo<1,0; Nb+Ti<1,15
  • limite de elasticidade Rp0,2: 450-560 MPa
  • resistência à tração Rm: >780 MPa
  • alongamento A: >14%
  • índice de endurecimento por cozimento da tinta BH2: >30 MPa
• HDT980X:
  • composição: C<0,23; Si<0,8; Mn<2,5; P<0,08; Cr+Mo<1,0; Nb+Ti<1,15
  • limite de elasticidade Rp0,2: 600-750 MPa
  • resistência à tração Rm: >980 MPa
  • alongamento A: >10%
  • índice de endurecimento por cozimento da tinta BH2: >30 MPa

Aço de fase complexa CP

Outras designações: aço CP (do inglês, complex phase).

Aplicação no setor automóvel: barras de portas, reforços, embaladeiras (soleiras).

Descrição: aço com bainite superior e inferior, martensite e uma pequena quantidade de ferrite e austenite com menor estabilidade do que o aço TRIP. A tira é produzida em laminadores a quente com arrefecimento controlado da tira nas mesas de rolos após o último passe.

Normas: produtos planos selecionados segundo a norma PN-EN 10336:2007:

• HCT600C:
  • composição: C<0,18; Si<0,8; Mn<2,2; P<0,08; S<0,015; Al<2,0; Cr+Mo<1,0; Nb+Ti<0,15; V<0,2
  • limite de elasticidade Rp0,2: 350-500 MPa
  • resistência à tração Rm: >600 MPa
  • alongamento A: >16%
• HCT980C:
  • composição: C<0,23; Si<0,8; Mn<2,2; P<0,08; S<0,015; Al<2,0; Cr+Mo<1,2; Nb+Ti<0,15; V<0,22
  • limite de elasticidade Rp0,2: 700-900 MPa
  • resistência à tração Rm: >980 MPa
  • alongamento A: >7%

Aço com plasticidade induzida por transformação TRIP

Outras designações: aço TRIP (do inglês, transformation induced plasticity), aço com austenite retida, aço com ductilidade aumentada graças à transformação.

Aplicação no setor automóvel: embaladeiras (soleiras), reforços de portas, pilares, zonas de deformação controlada.

Descrição: aço de elevadíssima resistência com boas propriedades plásticas. Uma característica distintiva é o facto de ocorrerem transformações de fase no momento da deformação mecânica. Isso permite a absorção de quantidades significativas de energia, uma vez que o metal converte a energia de impacto no encruamento do aço.

Normas: produtos planos selecionados segundo a norma PN-EN 10336:2007:

• HCT690T:
  • composição: C<0,32; Si<2,2; Mn<2,5; P<0,12; Cr+Mo<0,6; Nb+Ti<0,2
  • limite de elasticidade Rp0,2: 430-550 MPa
  • resistência à tração Rm: >690 MPa
  • alongamento A: >23%
  • expoente de encruamento n: >0,18
  • índice de endurecimento por cozimento da tinta BH2: >40 MPa
• HCT500X:
  • composição: C<0,32; Si<2,2; Mn<2,5; P<0,12; Cr+Mo<0,6; Nb+Ti<0,2
  • limite de elasticidade Rp0,2: 470-600 MPa
  • resistência à tração Rm: >780 MPa
  • alongamento A: >21%
  • expoente de encruamento n: >0,16
  • índice de endurecimento por cozimento da tinta BH2: >40 MPa

Aço com efeito de maclação TWIP

Outras designações: aço TWIP (do inglês, twinning induced plasticity).

Aplicação no setor automóvel: barras e reforços de portas, barras de para-choques.

Descrição: aços de última geração. À semelhança dos aços TRIP, o impacto causa o encruamento do aço, pelo que estes aços apresentam, em simultâneo, alta resistência e plasticidade.

Bibliografia

Prof. dr hab. inż Marek Blicharski, Inżynieria materiałowa stal, 2017 WNT, ISBN 978-83-01-18955-6
Ewa Kubińska-Jabcoń, Mariusz Niekurzak, Wykorzystanie nowoczesnych materiałów stosowanych w motoryzacji w celu poprawy jakości i bezpieczeństwa użytkowania pojazdów mechanicznych, 2019