AÇOS GALVANIZADOS COM APLICAÇÃO DE PÓS- TRATAMENTO … Paula... · 2017-07-11 · Processes. 2013. Master Thesis -Master Degree in Materials Science and Engineering– Area: Metals

ANA PAULA DOMINGOS CARDOSO

AÇOS GALVANIZADOS COM APLICAÇÃO DE PÓS- TRATAMENTO PARA MELHORIA DA ESTAMPABILIDADE

EM PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO NA INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA

Dissertação apresentada ao Curso de Pós Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais do Centro de Ciências Tecnológicas, da Universidade do Estado de Santa Catarina, como requisito parcial para obtenção do grau de mestre em Ciência e Engenharia de Materiais

Orientador: César Edil da Costa

JOINVILLE/SC 2013

C268a Cardoso, Ana Paula Domingos Aços galvanizados com aplicação de pós-tratament o para melhoria da estampabilidade em processos de conformação na indústria automobilística / Ana Paul a Domingos Cardoso. – 2013.

154 p. : il. ; 21 cm

Orientador: César Edil da Costa Bibliografia: p. 147-153 Dissertação (mestrado) – Universidade do Estado de

Santa Catarina, Centro de Ciências Tecnológicas, Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, Joinville, 2013.

1. Ciência dos Materiais. 2. Materiais Metálicos.

3. Aços Galvanizados 4. Estampagem. I. Cardoso, Ana Paula Domingos. II. Costa, César Edil. III. Universidade do Estado de Santa Catarina. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais IV. Título.

CDD: 620.11 – 20.ed.

ANA PAULA DOMINGOS CARDOSO

AÇOS GALVANIZADOS COM APLICAÇÃO DE PÓS- TRATAMENTO PARA MELHORIA DA ESTAMPABILIDADE

EM PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO NA INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA

Dissertação apresentada ao Curso de Pós Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais do Centro de Ciências Tecnológicas, da Universidade do Estado de Santa Catarina, como requisito parcial para obtenção do grau de mestre em Ciência e Engenharia de Materiais

Orientador: César Edil da Costa

Banca Examinadora Orientador: ______________________________________

César Edil da Costa Co-orientador ______________________________________ Julio César Giubilei Milan Membro ______________________________________ Fabiano José Fabri Miranda

Membro ______________________________________ Guilherme Ourique Verran

Joinville/SC, ______ / ______ / _______

AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, Maura e Luiz, pelo amor, dedicação e suporte de sempre e durante toda a concretização deste trabalho e principalmente por me ensinarem a ser perseverante diante das dificuldades.

Ao Rangel, querido esposo, pelo amor, apoio, incentivo e por dividir comigo todos os momentos bons e de dificuldades até a finalização deste trabalho.

Ao professor César Edil, pela orientação, pelos seus ensinamentos, amizade, apoio técnico e confiança concedida.

Ao professor Julio Milan, pela disponibilidade, apoio técnico e auxílio concedido.

Aos alunos bolsistas Derek Carvalho e Eduardo Akio Yamamoto, pela contribuição com a realização dos experimentos deste trabalho.

A ArcelorMittal Vega , em especial a Sandro Sambaqui , pela amizade , confiança, apoio e recursos disponibilizados durante todo período de mestrado. Seus ensinamentos e censo de humanidade levarei comigo por toda vida profissional.

Ao Fabiano Miranda e Fernando Coelho de Oliveira pelos recursos disponibilizados para realização deste trabalho.

Ao colega Fabrício Brandão pelo incentivo, apoio técnico e por todo conhecimento e experiência compartilhada.

Aos colegas da equipe de Galvanização pelo companheirismo do dia a dia e apoio no processamento das amostras envolvidas neste trabalho.

Aos colegas do laboratório central da ArcelorMittal Vega, José Francisco Filho, Paulo Rampellotti, Éder Serafim, Bruno Kneipel, Paulo Bohn, Diego Domaszak, pelo apoio incansável na realização dos experimentos.

A equipe do Laboratório de Pesquisa de Maizières pela realização dos ensaios de coeficiente de atrito via Fricção Planar.

Aos membros da banca por aceitarem o convite. A UDESC pela estrutura que foram fundamentais para a

realização deste trabalho.

“Talvez não tenha conseguido fazer o melhor, mas lutei para que o melhor fosse feito. Não sou o que deveria ser, mas Graças a Deus, não sou o que era antes”.

(Marthin Luther King) “Porque Dele e por Ele, e para Ele, são todas as coisas;”

Romanos 11:36

RESUMO

CARDOSO, Ana Paula D. Aços Galvanizados com Aplicação Pós-Tratamento para Melhoria da Estampabilidade em Processos de Conformação na Indústria Automobilística. 2013. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais – Área: Metais) – Universidade do Estado de Santa Catarina. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Joinville, 2013.

O presente trabalho tem o objetivo de desenvolver e caracterizar aços galvanizados com aplicação de pós-tratamento químico, que visam proporcionar ao metal melhoria de conformabilidade. A justificativa principal deste estudo esta no fato de que o principal problema de revestimentos à base de zinco vêm a ser a sua sensibilidade ao processo de desgaste por abrasão, podendo danificar tanto a peça revestida, como as ferramentas das prensas de estampagem, principalmente no processamento de peças críticas voltados para aplicações da indústria automotiva. Diante destas dificuldades, o grupo ArcelorMittal tem desenvolvido a aplicação de soluções de pós-tratamento do tipo NIT (New Innorganic Treatment) e pré-fosfato , com a função de promover ao aço galvanizado, melhoria de conformabilidade e , através da propriedade de lubrificação, durante processos de estampagem de peças de alta criticidade. As soluções propostas foram aplicadas sobre os aços convencionais do tipo IF, galvanizados com revestimento base Zn denominados GI e GA. Os ganhos de conformação foram avaliados por ensaios de desgaste realizados em tribômetros de fricção planar e pino sobre disco, a fim de avaliar o comportamento do coeficiente de atrito destes materiais diante da aplicação de determinadas pressões de contato (MPa) e distância percorrida (m). Além disto, foram realizados ensaios de avaliação de potencial de fratura do material através de testes em prensa de embutimento Erichsen e Perda de Massa, método este que visa avaliar a possibilidade de ocorrência de fragilizações por Powdering. Com intuito de conhecer a microestrutura dos filmes de pós- tratamento depositados sobre o aço revestido foram realizadas análises metalográficas via MEV e FEG-EDS. Como complemento ao trabalho foram realizados ensaios de remobilidade dos filmes aplicados, simulações de uma das etapas de processos da indústria automotiva que podem vir a sofrer influência do pós-tratamento após estampagem do

material e avaliação do potencial de corrosão em ciclos de câmara úmida. Palavras-chave: Conformação, Coeficiente de atrito, Galvanização, Pós- Tratamento.

ABSTRACT

CARDOSO, Ana Paula D. Galvanized steel with Post-Treatment application for Improvement formability in Automoti ve Industry Processes. 2013. Master Thesis -Master Degree in Materials Science and Engineering– Area: Metals – Universidade do Estado de Santa Catarina. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Joinville, 2013.

The present work aims to develop and characterize galvanized steels with chemical post-treatment application, which provides to the metal forming improvement properties. The main reason for this development is related with the fact that the most of zinc coatings problems are related with their sensitivity for abrasion wear during forming process. In view of these difficulties, related with coating steel forming, the Arcelormittal group has been developing Pos-Treatment solutions known as NIT (New Treatment Innorganic) and Pre-phosphate with the main function to promote the improvement of forming properties in deep stamping process through the lubricating properties. The propose solutions was applied over the standard steels known as IF, and galvanized with GI and GA zinc coatings. The forming improvement were evaluated through wear tests by plane friction and pin on disc tribometer, with aim to determine the friction coefficient behaviour for these materials in front of contacts pressure (MPa) application and distance (m). In addition, cracking potential analysis was done through Erichsen and weight loss methods to evaluate the powdering failure possibility. The post-treatment microstructure was evaluated through MEV and FEG-EDS analysis. As a complement study was simulated remobility tests to reproduce one step of the automotive process that can be negative influenced by post treatment application waste on the strip after forming and was evaluated the material corrosion potential in humidity tests cycles. Keywords: Forming, friction coefficient, galvanized steel, NIT, pre-phosphate.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1- Gráfico comparativo dos os aços, AHSS, HSS e de baixa resistência.............................................................................................. 30 Figura 2- Modo de conformação por estampagem profunda, evidenciando a área deformada e o provável local da fratura, na peça conformada............................................................................................34

Figura 3-Fratura por estampagem profunda.......................................... 35

Figura 4- Fratura por dobramento ......................................................... 35

Figura 5- Layout da linha de galvanização 1 – CGL#1......................... 39 Figura 6-Torre química-linha de galvanização 1 da ArcelorMittal Vega............................................................................................................... 40 Figura 7- Equipamento roll coater com indicação dos cabeçotes superiores e inferiores ........................................................................... 41

Figura 8- Diagrama de equilíbrio do sistema binário Ferro-Zinco........ 42 Figura 9 - Detalhe do diagrama Fe-Zn para região acima de 70% de zinco. ..................................................................................................... 43 Figura 10- Estrutura do revestimento formado em um banho de zinco puro. ...................................................................................................... 45 Figura 11 - Diagrama de equilíbrio Fe-Zn correlacionado com a microestrutura formada pela reação entre o Fe – Zn líquido................. 46 Figura 12- Análise de seção metalográfica do revestimento GI, com indicação da camada intermetálica Fe2Al5(Zn) ..................................... 48

Figura 13- Diagrama esquemático das reações Zn-Fe durante os processos de galvanização e tratamento térmico................................... 49

Figura 14 - Morfologia de revestimentos Galvannealead: (a) Tipo 0, (b) Tipo 1 e (c) tipo 2. ................................................................................. 50

Figura 15- Esquema ilustrando a distribuição básica do revestimento de zinco. ..................................................................................................... 51 Figura 16- Modelo esquemático para esfoliação de revestimento por powdering e flaking............................................................................... 53 Figura 17- Análises metalográficas em chapas revestidas apresentando fragilizações por powdering e flaking................................................... 54

Figura 18 - Análise morfológica via MEV e difração de raio X para microestrutura cristalina (esquerda) e amorfa (direita). ........................ 58 Figura 19 - Diagrama esquemático ilustrando uma linha de fosfatização por spray ou imersão. ............................................................................ 60

Figura 20- Esquema ilustrando fosfatização via roll coater.................. 61 Figura 21 - Esquema de funcionamento do tribômetro de fricção planar.

.............................................................................................................. 62 Figura 22 - Comportamento do coeficiente de atrito realizado em amostras de aço galvanizado com revestimento GA e aplicação de pós-tratamento via fricção planar................................................................. 63

Figura 23 - Corpo de prova conformado via Cup Test.......................... 64 Figura 24 - Esquema ilustrativo da disposição do NIT sobre o aço galvanizado. ..........................................................................................65

Figura 25 - Ensaios de coeficiente de atrito via fricção planar com a indicação da ocorrência de “Stick Slip”, apartir da pressão de contato de 30 Mpa. ................................................................................................. 67

Figura 26 - Resultados de ensaios de tribologia com materiais GI com e sem aplicação de NIT............................................................................ 67

Figura 27 - Indicação das variáveis de influência na camada aplicada através do roll coater. ........................................................................... 69 Figura 28 - Esquema de distribuição das amostras de caracterização com a aplicação de pré-fosfato. .................................................................... 70

Figura 29 - Esquema de distribuição das amostras de caracterização com a aplicação de NIT................................................................................. 71

Figura 30 - Esquema de identificação dos pontos de retirada de amostras ao longo da largura da chapa de aço. .................................................... 72

Figura 31 - Esquema de funcionamento do teste de fricção planar....... 76 Figura 32 - Ferramenta de estampagem utilizada no equipamento tribômetro de fricção planar. ................................................................. 76

Figura 33 - Equipamento pino sobre disco. .......................................... 77

Figura 34 - Máquina analógica de embutimento Erichsen. .................. 79 Figura 35 - Esquema de deformação do corpo de prova durante ensaio de embutimento Erichsen (Adaptado da norma IS0 20482, 2003). ...... 80

Figura 36 - Gráfico de dispersão distribuição do peso de camada de NIT por amostra............................................................................................ 86

Figura 37 - Resultada de peso de camada de pré-fosfato via gravimetria.............................................................................................................. 88 Figura 38 - Gráfico de ensaios de desgaste por fricção planar.............. 90

Figura 39 - Média dos coeficientes de atrito das amostras de NIT via ensaios de fricção planar. ...................................................................... 90

Figura 40 - Gráfico de ensaios de desgaste pino sobre disco para amostras GI com NIT. ........................................................................... 92

Figura 41 - Gráfico da média dos coeficientes de atrito-amostras de NIT via pino sobre disco .............................................................................. 92

Figura 42 - Gráfico das médias de coeficiente de atrito obtidos via fricção planar e pino sobre disco-amostras GI com NIT....................... 93 Figura 43 - Gráfico de ensaios de desgaste por fricção planar.............. 94

Figura 44 - Média dos coeficientes de atrito das amostras de GA com pré-fosfato via fricção planar ................................................................ 95

Figura 45 - Gráfico de ensaios de desgaste pino sobre disco amostra de GA com pré-fosfato via pino sobre disco.............................................. 96

Figura 46 - Gráfico da média dos coeficientes de atrito-amostras GA com pré-fosfato via pino sobre disco .................................................... 96

Figura 47 - Gráfico de dispersão das médias de coeficiente de atrito obtidos via fricção planar e pino sobre disco-amostras GA com pré-fosfato.................................................................................................... 97 Figura 48 - Micrografia das condições: (a) PP 1,15 g/m², (b) Sem PP. com ampliação de 100x......................................................................... 99

Figura 49 - Micrografia das condições: (a) NIT 4 mg/m², (b) NIT 33 mg/m², (c) Sem NIT, ........................................................................... 100

Figura 50 - Gráfico de embutimento Erichsen para as amostras com NIT............................................................................................................. 101 Figura 51 - Gráfico de embutimento Erichsen para as amostras com pré-fosfato.................................................................................................. 102 Figura 52 - Gráfico de perda de massa para as amostras com NIT. .... 103 Figura 53 - Gráfico de perda de massa para as amostras com pré-fosfato.............................................................................................................. 104 Figura 54 - Análise de superfície da amostra de GI com 33 mg/m2 de enxofre, (500x),(2000x ) via MEV/EDS............................................. 106

Figura 55 - Análise de superfície da amostra de GI com 17 mg/m2 de enxofre, (500x),(200x) e (2000x ) via MEV/EDS............................... 107 Figura 56 - Análise de Superfície da amostra de GI com 0 mg/m2 de Enxofre, (500x),(200x) e (2000x ) via MEV/EDS. ............................. 108 Figura 57 - Comparativo entre as microestruturas de amostras GI com aplicação de NIT e sem a presença do pós-tratamento químico.......... 109 Figura 58 - Análise de seção transversal dos pontos 1 e 2 , da amostra de GI com 33 mg/m2 de NIT com (3000X),(5000x) via MEV /EDS.. 110

Figura 59 - Análise de seção transversal, da amostra de GI com 33 mg/m2 - Ponto 1 via EDS ................................................................... 111

Figura 60 - Análise de seção transversal, da amostra de GI com 33 mg/m2- Ponto 2 via EDS.................................................................... 112

Figura 61 - Superfície amostras com peso de camada de pré-fosfato da ordem de 1,15 e 0,4 g/m2..................................................................... 113 Figura 62 - Análise de superfície da amostra de 1,15 g/m2, (500x), (2000x), via MEV/EDS....................................................................... 114

Figura 63 - Análise de superfície da amostra de 0,4g/m2, (500x), (2000x), via MEV................................................................................ 115

Figura 64 - Análise EDS para identificação de composição química das regiões claras e escuras da superfície de amostras com aplicação de pré-fosfato. .................................................................................................116 Figura 65 - Análise de superfície da amostra de GA com 1,15g/m2 de ZnPO4 ,(500x),(2000x ) via MEV/EDS. ..............................................117 Figura 66- Análise de superfície da amostra de GA com 0,4 g/m2 de ZnPO4 (500x),(2000x) e (5.000x) via MEV /EDS..............................118 Figura 67 - Análise de superfície da amostra de GA sem pré-fosfato com (500x), (2000x) e (5.000x) via MEV /EDS......................................... 120

Figura 68 - Comparativo entre as microestruturas de amostras com aplicação de pré-fosfato e sem a presença do pós-tratamento químico............................................................................................................. 121 Figura 69 - Análise de superfície da amostra de GA sem pré-fosfato com (1000x), (2000x) e (4.000x) via MEV /EDS....................................... 122

Figura 70 - Seção transversal da amostra de GA com 1,15 gm2 de ZnPO4.................................................................................................. 123

Figura 71 - Amostras com filmes de pré-fosfato, no início dos ensaios de corrosão............................................................................................... 128 Figura 72- Amostras com filmes de pré-fosfato, durante dos ensaios de corrosão com 29 ciclos (696 hs). ........................................................ 129

Figura 73 - Amostras com filmes de pré-fosfato, durante dos ensaios de corrosão com 60 Ciclos (1440 hs)....................................................... 130

Figura 74 - Amostras de GA sem pré-fosfato com presença de corrosão............................................................................................................. 130 Figura 75 - Amostras com filmes de NIT, no início dos ensaios de corrosão............................................................................................... 131 Figura 76 - Amostras com filmes de NIT, durante dos ensaios de corrosão com 20 Ciclos (480 hs)......................................................... 131

Figura 77 - Amostras com filmes de NIT, durante dos ensaios de corrosão com 40 ciclos (960 hs). ........................................................ 132

Figura 78 - Amostras com filmes de NIT, durante dos ensaios de corrosão com 40 ciclos (960 hs). ........................................................ 133

LISTA DE QUADROS

Quadro 1- Composição química aços Interstitial Free (IF) .................. 32 Quadro 2 - Relação de defeitos de estampagem profunda .................... 36 Quadro 3 - Características e propriedades das fases intermetálicas do sistema ferro-zinco. ............................................................................... 44 Quadro 4 - Variáveis secundárias aplicadas aos testes de NIT e pré-fosfato.................................................................................................... 70 Quadro 5 - Parâmetros utilizados para obtenção das amostras de NIT . 72 Quadro 6 - Parâmetros utilizados para obtenção das amostras com aplicação de Pré-fosfato ........................................................................ 74 Quadro 7 - Parâmetros utilizados na realização dos ensaios de desgaste via pino sobre disco............................................................................... 77 Quadro 8 - Relação de amostras utilizadas nos ensaios de desgaste ..... 78 Quadro 9 - Variáveis secundárias aplicadas aos testes de NIT e pré-fosfato.................................................................................................... 83 Quadro 10 - Resultados de peso de camada de NIT obtidos via ICP plasma. .................................................................................................. 85 Quadro 11 - Resultado de peso de camada de pré-fosfato via gravimetria............................................................................................................... 87 Quadro 12 - Condição das amostras NIT e pré-fosfato avaliadas nos ensaios de embutimento. ..................................................................... 101 Quadro 13 - Composição química via EDS da amostra de GI com 33mg/m2 de enxofre............................................................................ 106 Quadro 14 - Resultados da análise EDS e peso de camada da amostra de GI com 12 mg/m2 de enxofre. ............................................................ 107 Quadro 15 - Resultados da análise EDS e da amostra de GI com 0mg/m2 de enxofre.............................................................................. 108 Quadro 16 - Resultados dos ensaios de EDS para a seção transversal da amostra de GI com 33 mg/m2 de enxofre (Ponto 1). .......................... 111 Quadro 17 - Resultados dos ensaios de EDS para os ensaios de seção transversal da amostra de GI com 33 mg/m2 de enxofre (Ponto 2) .... 112 Quadro 18 - Composição química da amostra ilustrada na figura 4.3. 116 Quadro 19 - Composição química da amostra de GA com 1,15g/m2 de ZnPO4. ................................................................................................118 Quadro 20 - Composição química da amostra de GA com 0,4 g/m2 de ZnPO4 .................................................................................................119 Quadro 21 - Resultados análise EDS superfície da amostra GA sem pré- fosfato.................................................................................................. 120

Quadro 22 - Resultados de análise de seção transversal da amostra de 1,15 g/m2 de ZnPO4, , via EDS.......................................................... 122 Quadro 23 - Espessura de fase Γ da amostra de 1,15 g/m2 de ZnPO4 123 Quadro 24 - Resultados de ppm´s de enxofre para amostras padrão do teste de removibilidade do filme de NIT............................................. 125 Quadro 25 - Resultados de ppm de enxofre obtidos nos teste de remobilidade para as amostras com NIT. ............................................ 125 Quadro 26 - Resultados de ppm de fósforo para amostras padrão do teste de removibilidade do filme de pré-fosfato. ......................................... 126 Quadro 27 - Resultados de ppm´s de fósforo para amostras padrão do teste de removibilidade do filme de pré-fosfato.................................. 127

LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS

IF Interstitial Free

Ti Titânio

Nb Nióbio

Al Alumínio

N Nitrogênio

C Carbono

Mn Manganês

Mg Magnésio

S Enxofre

Fe Ferro

Zn Zinco

P Fósforo

Ti Titânio

Cu Cobre

H Hidrogênio

O Oxigênio

R Valor de Anisotropia

N Coeficiente Encruamento

GA Galvannealead

GI Galvanized

EG Eletro-galvanizado

NIT New Innorganic Treatment

BH Bake Hardening

TRIP Transformation –Induced Plasticity

MS Martensíticos

DP Dual Phase

CP Complex Phase

HSLA Aços de Alta Resistência e Baixa Liga

(Microligados)

CMn Carbono-Manganês

MILD Laminados

HSS High Strength Steel

AHSS Advanced High Strength Steel

LE Limite Escoamento

CGL#1 Coil Galvanizing Line 1

η Eta

ζ Zeta

δ Delta

Γ Gama

γ Gama 1

γ2 Gama 2

αFe Ferro α (Ferrita)

L Líquido

CFC Cúbico de Face Centrada

CCC Cúbico de Corpo Centrado

CIM Compostos Intermetálicos

MEV Microscopia Eletrônica de Varredura

Me Cátions metálicos divalentes ou trivalentes

g/m2 gramas por metro quadrado

mg/m2 miligramas por metro quadrado

v coeficientes estequiométricos

w coeficientes estequiométricos

Chemfos 2007® Nome Comercial da Solução de Pré-

fosfatização

ZnPO4 Fosfato de Zinco

Zn2SO4 Sulfato de Zinco

ASTM Associação Americana para testes e Materiais

ED extremidade Esquerda

EE Extremidade Direita

FS Face Superior

FI Face Inferior

C Centro

HCL Ácido Clorídrico

mS massa da camada de enxofre

ICP Plasma Induzido

Pi Peso Inicial

Pf Peso Final

min minuto

FT Força Total

FN Força Normal

CZ 100 TriBom – Tribômetro Pino Disco

rpm Rotação por minuto

kN KiloNewton

a espessura do corpo de prova

h altura do corpo de prova

Фd1 diâmetro da semi-esfera ao final da punção

Фd2 diâmetro total

R1 Raio lateral do corpo de prova

R2 Raio Externo do corpo de prova

π número Pi (3,141592)

r raio

g/l grama /litro

DIN Instituto Alemão de Normalização

mS/cm2 Condutividade

EDS Espectroscopia de energia dispersiva

FEG Microscopia Eletrônica com Efeito de Campo

UDESC Universidade do Estado de Santa Catarina

MPa Mega Pascal

ppm parte por milhão

% Percentual

°C graus Celsius

mm milímetros

Kgf Quilograma força

KW Quilowatt

µm micrômetro

µ Coeficiente de Atrito

mm2 milímetro quadrado

m2 metro quadrado

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................ 25 1.2 OBJETIVOS GERAIS .................................................................... 27

1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.......................................................... 27

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ...................................................29

2.1 AÇOS PARA INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA........................ 29 2.2 PROCESSOS BÁSICOS DE CONFORMAÇÃO .......................... 33 2.2.1 Conceito de Estampagem de Chapas Metálicas....................... 33 2.2.2 Estampagem Profunda............................................................... 33 2.2.3 Defeitos nos Processos de Estampagem.................................... 35

2.2.4 Fluidos de Lubrificação............................................................. 37 2.3 PROCESSO DE GALVANIZAÇÃO POR IMERSÃO Á QUENTE............................................................................................................... 38 2.3.1 Revestimentos Base Zinco obtidos por Imersão á Quente...... 41 2.3.2 Características de Revestimentos Galvanized (GI) .................. 47 2.3.3 Características de Revestimentos Galvannealed (GA) ............ 48 2.4 PROPRIEDADES ASSOCIADAS AOS REVESTIMENTOS BASE ZINCO APLICADO NA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA...................... 50 2.4.1 Corrosão...................................................................................... 51

2.4.2 Comportamento do Aço galvanizado em Processos de Conformação....................................................................................... 52

2.4.3 Soldabilidade.............................................................................. 55 2.4.4 Pintabilidade............................................................................... 55 2.4.5 Compatibilidade com Adesivos................................................. 56

2.5 PROCESSOS DE PÓS-TRATAMENTO COM MELHORIA DE CONFORMABILIDADE ..................................................................... 56

2.5.1 Processos de pré-fosfatização em aços galvanizados GA........ 57 2.5.1.1 Pré-fosfatização Cristalina ........................................................ 59

2.5.1.2. Pré-Fosfatização Amorfa.......................................................... 60

2.5.1.3 Propriedades associadas à aplicação da pré-fosfatização em aços galvanizados..........................................................................................62

2.5.1.4 Propriedades de soldagem, corrosão e adesividade................... 64

2.5.2 Processos de aplicação de NIT sobre aços galvanizados GI.... 65 3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................ 69 3.1 CONFIGURAÇÃO DAS AMOSTRAS.......................................... 70 3.2 ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DE PESO DE CAMADA E COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE PÓS-TRATAMENTO........................ 71 3.2.1 Ensaios para Determinação de Peso de Camada de NIT ........ 71

3.2.2 Ensaios para Determinação de Peso de Camada de Pré-Fosfato.............................................................................................................. 73 3.3 ENSAIOS DE COEFICIENTE DE ATRITO.................................. 75 3.4 ENSAIOS DE AVALIAÇÃO DA CONFORMAÇÃO DO MATERIAL .......................................................................................... 78

3.4.1 Ensaios de Avaliação da Conformação do Material................ 79 3.4.2 Ensaios de Determinação de Perda de Massa.......................... 80 3.5 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL .... 81

3.5.1 Análises de Superfície................................................................ 81 3.5.2 Análises de Seção Transversal...................................................81

3.6 ENSAIOS DE SIMULAÇÃO DE APLICABILIDADE ................ 82 3.7 ENSAIOS DE CORROSÃO........................................................... 83

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES.................................................... 85

4.1 ENSAIOS DE DETERMINAÇÃO DE PESO DE CAMADA DE NIT........................................................................................................ 85 4.2 ENSAIOS DE DETERMINAÇÃO DE PESO DE CAMADA DE PRÉ-FOSFATO..................................................................................... 87

4.3 AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DO COEFICIENTE DE ATRITO ................................................................................................89

4.3.1 Ensaios de Desgaste Material NIT............................................ 89

4.3.3 Complemento Ensaios de Desgaste por Microscopia Óptica . 98

4.4 AVALIAÇÃO DA CONFORMAÇÃO DAS AMOSTRAS ..........100

4.4.1 Ensaios de Embutimento Erichsen ......................................... 100

4.4.2 Ensaios de Perda de Massa..................................................... 103 4.5 ENSAIOS METALOGRÁFICOS................................................. 105 4.5.1 Filmes de NIT........................................................................... 105 4.5.2 Filmes de Pré-Fosfato...............................................................113 4.6 REMOBILIDADE DOS FILMES DE PÓS TRATAMENTO......124

4.6.1 Remobilidade Do Filme de NIT.............................................. 124

4.6.2 Remobilidade Do Filme de Pré-Fosfato................................. 126

4.7 CORROSÃO................................................................................. 127

9 CONCLUSÕES.............................................................................. 134 10 TRABALHOS FUTUROS .......................................................... 139 11 REFERENCIAS........................................................................... 141

25

1 INTRODUÇÃO

A indústria automobilística é um dos maiores mercados para aços destinados a aplicações de conformação e uma importante força motriz para o desenvolvimento de novos materiais e tecnologias.

Para um fabricante de automóveis os fatores de interesse imediato são: custo, produtividade, estilo, otimização de espaço, características físicas, estéticas e qualidade ambiental. Para atender estas exigências, todas as indústrias envolvidas no processo automobilístico de forma direta ou indireta, buscam desenvolver novos produtos, em especial, as siderúrgicas que tem constantemente instalado e modernizado as linhas de galvanização para satisfazer as necessidades destes fabricantes. (JAGANNATHAN et al., 1993).

O papel dominante do aço como um material estrutural para o ramo automotivo pode ser atribuído a sua boa resposta à maioria das necessidades de aplicação e sua boa adaptabilidade.Dentro destas propriedades os aços de alta resistência são muito adequados, porém a dificuldade de se utilizar esses materiais reside principalmente na baixa capacidade de deformação e maior custo, portanto para determinadas aplicações utiliza-se aços convencionais e com boas características de conformabilidade.

Os aços livres de intersticiais (IF-Interstitial Free) foram desenvolvidos nas últimas duas décadas como uma alternativa para se melhorar a conformabilidade em produtos planos para estampagem profunda .O carbono e o nitrogênio presente nos aços livre de intersticial (IF), normalmente, estão na forma de carbonetos e nitretos de Ti, Nb e Al, dependendo do tipo de aço. (GUPTA; BHATTACHARYA, 1990).

Como característica, os aços IF´s possuem excelentes propriedades mecânicas, com elevados valores de anisotropia (r) e coeficiente de encruamento (n), baixo limite de escoamento e elevado alongamento total. Além disto, os IF´s com Ti-Nb em sua composição ,são muito utilizados na siderurgia como substratos para revestimentos galvanizados devido a sua boa aderência com o zinco, baixa reatividade e maior facilidade de controle das reações formadas no processo de formação dos revestimentos. (MENNEGAZ, 2003).

Os revestimentos base zinco têm sido amplamente utilizados na indústria automotiva por muitos anos para proteção de chapas de aço, devido à necessidade de elevar a durabilidade destes produtos, tornando-os ainda mais resistentes à corrosão. (DAVID, et.al. 2007) e (YADAV, et.al. 2007).

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Em 2002, na Europa, 79% do material utilizado na estrutura dos automóveis era revestido sendo que destes, 43% era galvanizado a quente (GA e GI) e 36% eletrogalvanizado (EG), em comparação ao consumo médio de aço de 67% entre 1990 e 1995. (QUANTIN. et.al, 1998).

O principal problema dos revestimentos de zinco está na sua sensibilidade ao processo de desgaste por abrasão durante processos de conformação, danificando tanto a peça revestida, como as ferramentas das prensas de estampagem. Entretanto, além das fragilizações vinculadas á estampagem, ocorrem também os problemas de perda de resistência a corrosão nas peças expostas a maiores esforços. (HONG, 2012).

A fragilidade relacionada à conformação de peças revestidas está associada a defeitos que ocorrem na interface entre o substrato e revestimento, como consequência da aplicação de esforços de compressão sobre a camada de Zn em regiões onde não há a evidencia de deslizamentos. Estas fragilidades por sua vez podem acarretar em perdas de revestimentos sobre formas de placas ou pó, que estão relacionados ao desplacamento e desprendimento de zinco na forma de partículas de tamanhos variados , estes fenômenos são conhecidos como “ flacking” e “powdering”. (RANGARAJAN, et.al. 1996).

A fragilidade relacionada a conformação de peças revestidas está associada aos fenômenos de perdas de revestimento associados ao desprendimento de placas e pó de zinco denominadas “flacking” e “powdering.Estes defeitos ocorrem respectivamente ,na interface entre o substrato e revestimento que ocorrem como consequência da aplicação de esforços de compressão sobre o revestimento em regiões onde não há a evidencia de deslizamentos. (RANGARAJAN. et.al. 1996).

A capacidade de uma chapa ser conformada sem aparecimento de rupturas, trincas ou desplacamentos de revestimento, caracteriza a propriedade de fabricação denominada estampabilidade. Entretanto, todas as falhas vinculadas a processos de estampagem ou conformação, na maioria dos casos estão relacionadas a falhas ou fragilidades de propriedades da chapa, sendo elas falhas de projeto, processo de fabricação, ou até mesmo mau dimensionamento de material para determinadas aplicações de maiores esforços de prensagem. (MIRANDA, 2007).

A proposta deste estudo é de avaliar e caracterizar aços Galvanized (GI) e Galvannealead (GA), com aplicação de pós-tratamentos químicos do tipo NIT (New Innorganic Treatment) e pré-

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fosfato, que por sua vez fornecem ao aço revestido ganhos de conformabilidade através da redução e estabilidade do coeficiente de atrito das superfícies envolvidas no processo de estampagem. Além disto,objetiva-se realizar caracterizações microestruturais e de propriedades químicas e mecânicas afim de oferecer ao mercado automotivo aços com possibilidade de redução de custo de desclassificação de peças, aumento de produtividade e melhoria de qualidade superficial de produto acabado.

1.2 OBJETIVOS GERAIS

O presente trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento do coeficiente de atrito de chapas revestidas e processadas com a aplicação das soluções em pós-tratamento NIT e pré-fosfato e caracterizar os produtos com relação as características dos filmes depositados bem como suas propriedades de uso.

Este estudo visa o conhecimento destes materiais quimicamente tratados, com relação a microestrutura e comportamento do material obtido, afim de desenvolver as melhores condições de processamento para estes aços, proporcionando incremento nas propriedades de conformação durante processos de estampagem .

Além disto possibilitar ganho ou permanência das demais propriedades dos materiais que possam estar associadas a processos de conformação , voltados para indústria automobilística , garantindo otimização de processo , redução de custos e ganhos de qualidade para todo o processo de fabricação até o cliente final.

1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

a) Avaliar a espessura dos filmes de pós-tratamento do tipo NIT e pré-fosfato depositados sobre aços revestidos via Roll Coater;

b) Avaliar a conformabilidade do material em estudo, através de ensaios tribológicos que avaliem o comportamento do coeficiente de atrito das amostras estudadas;

c) Complementar avaliação de conformabilidade de aços com aplicação de pós-tratamento via ensaios de embutimento Erichsen, perda de massa que possibilitem identificar possíveis problemas de estampabilidade do material, como potencial a ocorrência de Powdering.

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d) Avaliar através de caracterizações morfológicas o comportamento microestrutural dos filmes depositados na aplicação do processo de pós-tratamento.

e) Avaliar através de ensaios de corrosão e remobilidade o comportamento do material com aplicação de NIT e pré-fosfato com relação ao potencial de oxidação, bem como posterior influência aos processos a que o material é submetido nas linhas automotivas como desengraxe, fosfatização e pintura.

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2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 AÇOS PARA INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA

A indústria automobilística é um dos maiores mercados para aços e uma força motriz para o desenvolvimento de novos materiais e tecnologias. A classificação para aços automotivos se dá segundo 2 critérios referenciados á seguir:

a) Denominação metalúrgica; b) Resistência do aço e limite de escoamento, e demais propriedades

mecânicas. As denominações metalúrgicas abrangem os aços de baixa

resistência e boa conformabilidade, como os livres de intersticiais (IF) e aço carbono, aços convencionais de alta resistência como os carbono-manganês, bake hardening, HSLA, e refosforados e os aços avançados de alta resistência como Dual Phase, ferríticos-bainíticos, martensíticos e de plasticidade induzida por transformação (Transformation –Induced Plasticity –TRIP).

A segunda classificação se dá pela resistência e limite de escoamento do aço (LE), onde utilizam-se siglas como HSS ( Aços de Alta Resistência do inglês “High Strength Steel”) para aços que apresentam limite de escoamento (LE) entre 210 e 250 MPa e limite de resistência compreendido em valores de até 500 MPa , já sigla AHSS (Aços avançados de alta resistência ,do inglês “Advanced High Strength Steel”) abrange aços que possuem limite de resistência a tração maior que 550 MPa e limite de resistência compreendido em valores maiores que 700 MPa. (SILVA;MEI, 1988).

Existem classificações baseadas nas propriedades mecânicas, como alongamento total e coeficiente de encruamento (n). (COELHO, 2008). A figura 1 apresenta dados comparativos de alongamento total, que por sua vez vêm a ser uma propriedade relacionada com a conformabilidade para os diferentes tipos de aços. Os aços de baixa resistência são ilustrados pela cor cinza escura, enquanto os HSS são demonstrados em cinza claro e os AHSS nas demais cores referenciadas.

Neste trabalho são abordados aços de baixa resistência classificados como Interstitial Free (IF), aplicados em linhas automotivas para peças externas de automóveis onde a exigência de conformação é elevada.

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Figura 1- Gráfico comparativo dos os aços, AHSS, HSS e de baixa resistência.

Fonte: AHSS-GUIDELINES, 2013.

2.1.1 Aços Livres de Intersticiais

A principal característica dos aços “Interstitial Free” (IF) vem a ser a sua excelente conformabilidade, proporcionando características fundamentais para a fabricação de peças de difícil conformação para a indústria automobilística, como:

a) Baixo limite de escoamento LE; b) Alto valor de coeficiente de anisotropia normal (r) e coeficiente de

encruamento (n); c) Resistência ao envelhecimento. (WINAND, 1989).

A idéia de desenvolver laminados a frio com o aço IF teve sua origem no Japão quando em 1960, durante testes efetuados para o desenvolvimento de chapas grossas, observou-se que ligas com baixo teor de carbono e titânio apresentavam valores de limite de escoamento inferiores ao esperado. O desenvolvimento desse produto no Japão resultou no seu patenteamento em 1966 e início de sua comercialização em 1977.

Nesta época, os aços IF eram produzidos com C de 50 a 100 ppm e N na ordem de 40 a 80 ppm ,atualmente os mesmos são obtidos apresentando teores de C < 30 ppm e de N < 40 ppm (CURADO, 1997).

Os baixos valores de LE, alto alongamento uniforme associado a um coeficiente de encruamento elevado e uma adequada textura

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cristalográfica são características que proporcionam uma superior conformabilidade (elevado valor r) comparativamente aos aços baixo carbono convencionais. (STRUGALA, 1992).

A denominação IF provém do fato do aço não ter átomos de carbono e nitrogênio livres para migrarem pelos interstícios da rede cristalina de átomos de ferro. Esta característica do aço é obtida basicamente pela baixo teor de carbono e adição de elementos formadores de carbonitretos estáveis tais como titânio e nióbio. (FONSECA, 2006).

Além das boas propriedades de estampagem estes materiais apresentam maior resistência ao envelhecimento natural, sendo estas duas características beneficiadas pelo fato do material ser livre de intersticiais.

Porém, para obter esta característica deve-se levar em consideração o custo e complexidade do processo de aciaria, devido a necessidade da presença de um processamento de desgaseificação a vácuo para redução do teor de carbono além da adição de elementos estabilizadores de carbono como titânio e /ou nióbio. Além disto, para obtenção de texturas favoráveis a conformação outros fatores são importantes como:

a) Teor ultra-baixo de carbono (menor que 30 ppm); b) Quantidade de titânio em excesso em relação ao valor

estequiométrico; c) Temperatura de acabamento e bobinamento na laminação a quente; d) Temperatura e tempo de recozimento (MEIRA, 2006).

A produção dos aços IF pode ser feita segundo três concepções diferentes: usando somente o Ti (IF-Ti), somente o Nb (IF-Nb) ou uma combinação desses dois (IF Nb-Ti ou IF Ti-Nb) como estabilizantes. Os mecanismos de estabilização desses três tipos de aço diferem ligeiramente entre si.

Nos aços IF-Ti, o Ti combina com o N e S antes do C, para formar compostos como TiN, TiS e TiC.Nos aços IF-Nb, o Nb combina com o C formando NbC, o N combina com a Al formando AlN3, e o S combina com o Mn formando MnS. Nos aços IF Nb-Ti com Nb>Ti, o Ti combina com o N e o S formando TiN e o TiS, respectivamente, e o Nb combina com o C para formar o NbC (LIN , MESHII , 1995). Já nos aços IF-TiNb com Ti>Nb, o Ti é responsável por combinar com N, S e C assim como nos aços contendo somente Ti, o nióbio adicionado permaneceria em solução sólida.

Destes tipos de aços IF’s, o IF-Ti tem se mostrado o menos

32 sensível a variações de composição química e processamento. No entanto, apresenta maiores índices de anisotropia planar.

Portanto, para as aplicações que requerem baixos valores para este parâmetro, é preferível o uso de aços IF-Nb, IF Ti-Nb e IF Nb-Ti, visto que estes se apresentam como aços de menor reatividade com o revestimento enquanto o IF-Ti é mais reativo e mais sensível as ocorrências de powdering. (MEIRA, 2006).

Por outro lado há estudos, citando a influência da adição de Ti em proporções acima de 0,048 ppm como um elemento inibidor das reações entre o Fe-Zn através da formação de óxidos de titânio durante o tratamento térmico dos aços (KATO. et.al,1993). O quadro 1 traz a composição química típica dos três tipos mais comuns de aços IF.

Os aços IF´s são muito utilizados como substratos para revestimentos de zinco devido a sua baixa reatividade com o Zn líquido. Pequenas adições de elementos de liga aos aços IF´s tem um importante efeito no crescimento das fases intermetálicas formadas entre o Fe e o Zn líquido (FELIU, PÉREZ-REVENGA, 2005).

Há evidências de que a formação das fases intermetálicas depende inversamente da capacidade dos elementos de liga adicionados ao aço, de difundirem e segregarem no contorno de grão da matriz ferrítica. Assim, quanto maior a precipitação de elementos de liga no contorno de grão da matriz ferrítica, mais lentas serão as taxas de reação para formação de fases intermetálicas entre o Fe-Zn, garantindo melhores propriedades de aderência de revestimento do Zn ao substrato (HISAMATSU, 1986).

Quadro 1- Composição química aços Interstitial Free (IF)

Grau do Aço

C (%)

Mn (%)

P (%)

S (%)

Al (%)

Ti (%)

Nb (%)

N (%)

IF-Ti ≤

0,003 0,08 0,008 0,006 0,03 0,06 - 0,003

IF-Nb ≤

0,003 0,12 0,008 0,008 0,03 - 0,02 0,003

IF-Nb+Ti

≤ 0,003

0,12 0,008 0,008 0,03 0,03 0,009 0,003

Fonte: MEIRA, 2006

33

2.2 PROCESSOS BÁSICOS DE CONFORMAÇÃO

2.2.1 Conceito de Estampagem de Chapas Metálicas

Entende-se por estampagem como o processo de conversão de uma chapa plana metálica para uma peça de formato desejado sem a ocorrência de fraturas, e deformações localizadas excessivas. O processo através do corte ou deformação de chapas em operação de prensagem geralmente a frio. As operações de estampagem podem ser resumidas em três processos básicos. (TAYLOR, 1993).

a) Corte b) Dobramento e encurvamento c) Estampagem profunda ou repuxo.

Enquanto os processos de estampagens em corte e dobramento são realizadas a frio, a profunda pode eventualmente ser executada a quente, dependendo da necessidade e da criticidade da peça conformada (MIRANDA, 2000).

A estampagem de chapa pode ser simples, quando executada em uma só operação , ou combinada , quando realizada por um conjunto de operações, visando conformar peças de maior criticidade. Com a ajuda da estampagem de chapas, fabricam-se peças de aço baixo carbono, aço inoxidável, alumínio, cobre e de diferentes ligas não ferrosas. (TAYLOR, 1993).

Devido às suas características, este processo de fabricação é apropriado para as grandes séries de peças, obtendo-se grandes vantagens, tais como: produção em série, custo baixo de peças, bom acabamento sem necessidade de processos posteriores de usinagem, peças com grande resistência e o custo baixo do controle de qualidade devido à uniformidade da produção e a facilidade para a detecção de desvios. Como principal desvantagem deste processo, podemos destacar o alto custo do ferramental, que só pode ser amortizado se a quantidade de peças a produzir for elevada. (DAE-CHEOL, 2010).

2.2.2 Estampagem Profunda

A estampagem profunda, também conhecida como embutimento, ocorre quando a chapa é empurrada por um punção para dentro da cavidade da matriz, enquanto suas extremidades são fixadas pelo prensa-chapas, de tal forma a permitir um fluxo controlado de

34 material.

As condições de estampagem são típicas quando se parte de um esboço circular, ou disco, e se atinge a forma final de um “copo”. O disco metálico, através da ação do punção na sua região central, deforma-se em direção à cavidade circular da matriz, ao mesmo tempo em que a aba ou flange, ou seja, a parte onde não atua o punção movimenta-se em direção à cavidade conforme figura 2. Portanto, a estampagem profunda é uma combinação de encolhimento e dobramento do flange. (MIRANDA, 2007).

Figura 2- Modo de conformação por estampagem profunda, evidenciando a área deformada e o provável local da fratura, na peça

conformada

Fonte: MIRANDA, 2007.

Nas regiões de dobramento na matriz e no punção, agem tensões de tração na superfície externa das regiões dobradas e tensões de compressão na superfície interna. Nas laterais do copo, atuam tensões de tração e também tensões de compressão, perpendiculares à superfície das laterais. Agem ainda, nessa região, os esforços de atrito entre a superfície externa da lateral do copo e a superfície da cavidade da ferramenta e a superfície interna da lateral do copo e a lateral do punção.

A existência destes esforços de compressão,e consequentemente, de atrito,depende da folga existente entre as dimensões da cavidade da matriz e do punção. No fundo do copo, o esforço predominante é a tensão de compressão exercida pela extremidade do punção, que é transmitida através de tensões de tração radiais. (PALMEIRA, 2005).

O esforço total exercido pelo punção, ou seja, o esforço de estampagem é igual à soma dos esforços atuantes em todas as partes do copo. Se o esforço de estampagem provocar em qualquer parte do copo

35

uma tensão superior ao limite de resistência da chapa, ocorrerá a fratura, conforme ilustrado na figura 3.

2.2.3 Defeitos nos Processos de Estampagem

Na operação industrial de prensagem, ocorrem muitos defeitos nas peças obtidas, dando origem a processos de retrabalho, ou mesmo sucateamento do material, trazendo impacto principalmente para o fluxo e o tempo dos processos produtivos.

Muitos defeitos têm origem na qualidade do material; outros provêm do processo de conformação. A análise da origem de defeitos, portanto, exige conhecimento detalhado tanto do processo quanto do material para que se consiga caracterizá-los e evitá-los convenientemente.

O fator mais importante para determinação do limite de conformabilidade do material seria a ocorrência de ruptura ou rugas possibilitando a ocorrência de fraturas. A fratura ilustrada na figura 3 ocorre devido ao encolhimento e ao estiramento do flange no processo de estampagem profunda, a fratura por dobramento por sua vez ocorre, como o próprio nome diz, durante o processo de dobramento conforme demonstrado na figura 4. (BRESCIANI, 1997).

Figura 3 - Fratura por estampagem profunda Figura 4 - Fratura por dobramento

Fonte: PALMEIRA, 2005.

Os principais defeitos encontrados em peças embutidas originam-se basicamente de:

a) defeitos pré-existentes na chapa;

36

b) defeitos no projeto e construção da ferramenta; c) defeitos na conservação da ferramenta.

O quadro 2 apresenta uma relação dos principais defeitos da estampagem bem como as possíveis causas e origens dos mesmos:

Quadro 2 - Relação de defeitos de estampagem profunda

Defeito Causa Origem Pregas transversais no corpo de prova

Inclusões na chapa

Presença de furos alongados

Presença de corpos estranhos na chapa

com elevada resistência,

provenientes do processo de estampagem.

Presença de trincas na região inferior da

peça

Variação de espessura na chapa ou existência

de folga de embutimento entre o

punção e a matriz menor do que o especificado em

projeto.

Defeitos Pré-existentes

na Chapa

Estrias de Embutimento

Desgaste da ferramenta e Chapa oxidada

Formação de trincas na aba da peça

embutida

Pressão do sujeitador e insuficiente ou folga

no embutimento

Deformações de geometria da parte

inferior da peça

Má aeração

Defeitos de Conservação do

Ferramental.

Fonte: PALMEIRA, 2005.

Com relação aos defeitos de estampagem profunda de chapas revestidas, o de maior frequência vem a ser a perda metálica, devido ao aumento da carga a ser deformada, bem como a fragilização devido à

37

criticidade das deformações. (LEWIS, 1984). Outro problema vem a ser o fato de que o zinco acarreta em aumento dos coeficientes friccionais entre a peça e a matriz da prensa podendo acarretar em transferência de pó de zinco para a ferramenta de estampagem podendo gerar necessidade de limpezas frequentes. (SKARPELOS, MORRIS, 1997).

A maioria dos problemas de estampagem de aços revestidos é atribuída ao fato de que o zinco tem uma baixa resistência ao cisalhamento para ser considerado como um material com boas propriedades de lubrificação, além disto, por apresentar estrutura hexagonal, pode sofrer danos catastróficos devido à aplicação de tensão de cisalhamento sobre o plano basal. Por ser um metal muito reativo o zinco tem facilidade de receber sobre sua estrutura ,a aplicação de aditivos lubrificantes que por sua vez promovem ao revestimento propriedades de resistência ao desgaste por abrasão. (SCHEY, DALTON, 1990).

2.2.4 Fluidos de Lubrificação

A lubrificação é geralmente aplicada para reduzir os esforços de atrito entre a chapa e a matriz e entre o punção das prensas , garantindo a qualidade da operação de estampagem.

A natureza do lubrificante é determinada em função do nível do esforço de conformação e da possibilidade de poder ser removido da peça, após a conformação, com relativa facilidade. Estas características são comumente contraditórias, na medida em que os lubrificantes que suportam melhor as elevadas pressões de conformação, não permitindo a aderência entre a chapa e as partes da ferramenta, são os que apresentam maior dificuldade para a sua remoção posterior.

A dificuldade em selecionar o lubrificante adequado para determinado material se dá devido á infinidade de condições de estampagens existentes. Para processos de estampagem profunda, utilizam-se geralmente graxas diluídas ou não em meio aquoso, óleos com adição de ácidos graxos e substâncias químicas ativas, óleos com dissulfeto de molibdênio, filmes plásticos com adição ou não de lubrificantes, fosfatos e óxidos.

Com relação aos tipos de lubrificantes têm-se os lubrificantes líquidos como aqueles com composição predominantemente a base de óleos geralmente misturados à parafinas ou uma mistura de composição consistente. (SHULER 1968).

Já os lubrificantes do tipo pasta são provenientes de óleos

38 minerais e sintéticos ou graxos. Suas propriedades podem ser melhoradas através de elementos aditivos que otimizam seu desempenho sob exposição á maiores esforços físicos, temperatura e pressão, sem alterar características de viscosidade e corrosão.

Os lubrificantes sólidos são aplicados na interface ferramenta peça e apesar de permanecer seca, a película formada ainda separa as superfícies evitando o contato metálico. Existem aplicações onde um lubrificante pode ser depositado sobre outro de natureza diferenciada, simplesmente como função de ancoragem ou visando aperfeiçoar as propriedades fornecidas. (SCHEY 1984).

Neste contexto pode-se citar o caso de lubrificantes com base de fosfatos ou sulfatos que são geralmente aplicados juntamente com óleos protetivos que por sua vez, atuam como função de proteção corrosiva durante transporte e estocagem de produtos.

Para estas aplicações, os filmes de óleos apresentam baixas espessuras, não apresentando atuação de melhoria de condição de estampagem, a função de melhoria da lubrificação é fornecida pela camada de filme de fosfato ou sulfato, aplicada sobre a peça. A natureza desta aplicação bem como as propriedades obtidas, serão detalhadamente discutidas ao longo deste trabalho.

2.3 PROCESSO DE GALVANIZAÇÃO POR IMERSÃO Á QUENTE

A figura 5 ilustra o layout da linha de galvanização da Arcelormittal Vega. A matéria-prima dessa instalação é a tira de aço laminada a frio que passa por um processo de limpeza eletrolítica e em seguida, recozimento contínuo em forno vertical. Na sequência, a tira é imersa em um pote de zinco líquido com temperaturas estimadas em 450-470°C, contendo de 0,16 a 0,20% de alumínio para revestimento conhecido como Galvanized ou GI e teores de Al da ordem de 0,11 á 0,13% para revestimentos do tipo Galvannealead ou GA.

Após alguns segundos de imersão, a tira revestida passa por navalhas de ar ou gás nitrogênio a alta pressão para remover o excesso de zinco e controlar a espessura da camada. Na torre de resfriamento, atingem-se temperaturas de 320°C pelo resfriamento com ar, e esta condição permite a completa solidificação do revestimento.

39

Figura 5 - Layout da linha de galvanização 1 – CGL#1

Fonte: A autora, 2013.

Após seção de revestimento, o material passa pelo processo de impressão de rugosidade, ajustes de propriedades mecânicas como % alongamento e correções de planicidade em um Laminador de Encruamento superficial denominado skin-pass, podendo posteriormente receber tratamento químico á base de sulfato de zinco (NIT) ou fosfato de zinco (pré-fosfato) através do equipamento roll coater, situado na torre química ilustrada na figura 6.

O coater vertical, ilustrado na figura 7, é composto pelas seguintes seções: dois cabeçotes, superior e inferior, um par de rolos coletores de aço inox e um conjunto de rolos aplicadores de revestimento de borracha de nome comercial (Hypallon), este conjunto é responsável pela aplicação do produto líquido, utilizado como pós-tratamento químico sobre a chapa de aço em ambas as faces.

O controle de camada do filme aplicado se dá através do conjunto de parâmetros de imbricação (mm), que nada mais é do que o avanço do rolo aplicador sobre a chapa, pela força aplicada (Kgf) entre os rolos aplicadores e dosadores, concentração do produto e velocidade dos rolos.

O forno de indução é responsável por proporcionar a secagem do filme aplicado sobre a tira de aço, através de temperaturas de 50 á 90°C. O resfriamento da chapa é realizado através de dois conjuntos de sopradores de ar que operam com potência máxima de 1600 KW.

Os coaters da linha de galvanização possibilitam aplicação de 3 produtos de pós-tratamento, um deles com função de passivação á base de cromo , destinado à indústria de construção civil, e os demais seriam

40 o produto NIT e pré-fosfato com função de melhoria de condições de estampagem em chapas de aço galvanizadas destinadas a fabricação de peças para indústria automobilística.

Figura 6 -Torre química-linha de galvanização 1 da ArcelorMittal Vega


Chapa

Conjunto de

Rolls

Forno de Indução

Sopradores de Ar

41

Figura 7 - Equipamento roll coater com indicação dos cabeçotes superiores e inferiores


Sabe-se que o intuito deste trabalho tem relação com a caracterização de aços galvanizados com aplicação de pós-tratamento com função de melhoria de conformação. Desta forma, os próximos capítulos tratarão detalhes do processo de galvanização com base zinco do tipo GI e GA e das aplicações de pós-tratamento químicos voltados para processos de estampagem automotiva.

2.3.1 Revestimentos de Zinco obtidos por Imersão á Quente

Nos revestimentos base zinco obtido por imersão á quente, são observadas algumas camadas relativas às fases intermetálicas Zn-Fe e uma camada mais externa formada basicamente de zinco puro denominada fase Eta (η) (VOIGT 2006).

Marder (2000) descreve a formação de quatro diferentes fases que se formam quando o ferro entra em contato com o zinco puro, estas encontram-se representadas no diagrama de equilíbrio ferro-zinco, apresentado na figura 8 e podem ser descritas como fase Zeta (ζ) ,Delta (δ),Gamma1 (Γ) Gamma (Γ).A fase Zeta (ζ) , representada pela fórmula molecular FeZn13 , apresenta aproximadamente teor de ferro de 5 a 6 % e é formada pela reação peritética entre a fase Delta (δ) e o zinco líquido a temperaturas de 530 ± 10°C.

Cabeçote Superior

Cabeçote Inferior

42

A fase Delta (δ), com 7 a 12% de ferro, é formada pela reação peritética entre a fase Gama (Γ) e o líquido a 665°C. A fase Gamma1 (Γ ), Fe5Zn21 apresenta teor de Fe da ordem de 17 a 19,5% a 450°C e é formada pelo resultado de uma reação peritética entre a fase Gama (Γ) e a fase Delta (δ), a 550 ± 10°C. Finalmente a fase Gamma (Γ) , Fe3Zn10 é formada pela reação peritética entre a ferrita e o zinco líquido á temperaturas de 782°C contendo 28% de ferro.

Figura 8 - Diagrama de equilíbrio do sistema binário Ferro-Zinco

Fonte: KUBASCHEWSKI, MASSALSKI, 1986.

A região de interesse do diagrama Fe-Zn para a galvanização a quente encontra-se em concentrações de zinco acima de 70%. A ampliação do diagrama para esta região é apresentada na figura 9.

43

Figura 9 - Detalhe do diagrama Fe-Zn para região acima de 70% de zinco.

Fonte: KUBASCHEWSKI, MASSALSKI, 1986.

As principais propriedades das fases intermetálicas representadas através do sistema Zn-Fe estão apresentadas no quadro 3.

Tem

pera

tura

ºC

44

Quadro 3 - Características e propriedades das fases intermetálicas do sistema ferro-zinco.

Fonte: KATO et.al., 1993.

De modo geral, as fases presentes em um revestimento obtido por galvanização a quente se apresentam de forma estratificada, de acordo com o enriquecimento de ferro na camada de zinco puro. A fase gama pode conter o maior teor de ferro, formando-se junto ao substrato.

A seguir, é formada uma camada mais espessa de fase e outra de fase

e finalmente, uma camada de fase de zinco puro. (GUTTMANN, 1994).

A figura 10 apresenta a seção transversal atacada de uma chapa de aço galvanizada em condições normais com temperatura do zinco puro fundido na faixa de 440-480°C, enquanto a figura 11 apresenta o diagrama de equilíbrio Fe-Zn relacionado com a microestrutura do revestimento base zinco obtido nas mesmas condições de temperatura.

45

Figura 10 - Estrutura do revestimento formado em um banho de zinco puro.

Fonte: PROSKURKIN et al., 2012.

46

Figura 11 - Diagrama de equilíbrio Fe-Zn correlacionado com a microestrutura formada pela reação entre o Fe – Zn líquido

Fonte: PROSKURKIN et al, 2012.

Com relação a adição de alumínio aos banhos de zinco, sabe-se que pequenas quantidades favorecem as reações de formação de camada inibidora, além de possibilitar o controle das violentas reações de Zn-Fe (GUTTMAN, 1994). Outra função da adição de alumínio no banho é evitar uma oxidação excessiva do banho de zinco, aumentando o brilho do revestimento, melhorando o aspecto da superfície. (HISAMATSU, 1989).

Em linhas de produção de aços galvanizados, o teor de alumínio no banho de zinco fundido, determina a espessura da camada inibidora Fe-Al e por consequência, o tipo de produto a ser obtido. (GUTTMAN 1997). As adições em faixas de 0,005 a 0,02 % de Al são utilizadas junto ao zinco líquido para melhorar as condições de brilho da superfície do

47

revestimento. O efeito é relacionado com a formação de uma contínua camada de composição Al2O3 na superfície do revestimento, atuando como uma barreira protetiva.

Por outro lado, quando utilizado em proporções de 0,1 á 0,3% o alumínio atua inibindo a reação entre o Fe-Zn ,formando uma camada intermetálica entre o substrato e o revestimento de zinco garantindo a aderência do mesmo. Esta camada intermediária formada pode apresentar diferentes composições em função do teor de alumínio presente no banho de zinco podendo ser de formula molecular FeZn7, Fe2Al5 ou Fe2Al5Zn. (MARDER 2000).

2.3.2 Características de Revestimentos Galvanized (GI)

O revestimento Galvanized, (GI) ou zinco puro é obtido pela imersão da chapa em um banho contendo 99,96 % de zinco e teores de alumínio da ordem de 0,18 á 0,22 %. Nestes revestimentos o alumínio tem preferência de reatividade com o ferro em relação ao zinco, de modo que quando adicionado, induz a formação de uma camada interfacial Fe-Al que inibe a nucleação de crescimento imediato das fases intermetálicas Zn-Fe. (GELLINGS, 1974).

Desta forma, a adição de alumínio no banho de zinco fundido possibilita o controle das reações Zn-Fe impedindo o contato direto entre os dois metais. A partir da formação dessa camada inibidora Fe-Al, as fases intermetálicas Zn-Fe se desenvolvem a partir da interdifusão do zinco e do ferro através desta camada. Outra função da adição de alumínio no banho de imersão e evitar uma demasiada oxidação do banho de zinco, levando a uma baixa formação de borra, aumentando o brilho do revestimento, melhorando o aspecto superficial (HISAMATSU, 1989).

A partir da formação da camada interfacial Fe-Al, a inibição da formação das fases intermetálicas Zn-Fe é transitória e depende dos domínios de estabilidade dessa camada.

Para uma eficiência de inibição elevada, o que normalmente ocorre para um teor de alumínio no banho estimados em 0,20%, deve-se obter no final do processo de galvanização, além da camada Fe-Al, um revestimento formado praticamente de zinco puro, característico do material GI. Neste caso a camada de Fe-Al é espessa o suficiente para que durante o tempo de imersão da tira no banho de zinco fundido não ocorra interdifusão de Fe e Zn nos níveis necessários para formar as fase intermetálicas. (SEPPER et.al, 2012 ).

48

A figura 12 apresenta análise de seção metalográfica do revestimento GI via microscópio eletrônico por varredura-MEV, identificando a camada intermetálica Fe2Al5(Zn).

Figura 12- Análise de seção metalográfica do revestimento GI, com indicação da camada intermetálica Fe2Al5(Zn)


2.3.3 Características de Revestimentos Galvannealed (GA)

Revestimentos conhecidos como Galvannealed (GA), são obtidos através da imersão da chapa em um banho composto por zinco praticamente puro e 0,12 % de alumínio. Os revestimentos GA são obtidos essencialmente por interdifusão, quando se expõe o aço já galvanizado a um tratamento térmico em forno de indução elétrica a temperaturas aproximadas de 500°C afim de se obter um revestimento de liga contendo fases intermetálicas de Fe-Zn (MARDER 2000) .

As variáveis envolvidas na produção de galvanizados com microestrutura e propriedades do tipo Galvannealed são muito complexas, sendo que processos que garantam produtos com boa qualidade final requerem o controle das taxas de aquecimento e resfriamento durante etapa de tratamento térmico após o aço revestido, além do conhecimento das cinéticas das reações entre o Fe-Zn. Além disto, outras variáveis de processo como composição química do banho e zinco e do substrato contribuem para a microestrutura final (FOCT et.al, 1993).

49

A figura 13 ilustra a conversão do revestimento de zinco puro em fases Zn-Fe a partir da formação da camada interfacial Fe-Al, até o final do tratamento térmico durante a produção do GA.

Figura 13- Diagrama esquemático das reações Zn-Fe durante os processos de galvanização e tratamento térmico.

Fonte: MIRANDA, 2003.

Com relação a microestrutura ,os revestimentos GA apresentam fases classificadas conforme descrição abaixo e que seguem ilustradas na figura 14.

a) Tipo 0: revestimentos contendo predominantemente fases Zeta (ζ), nestes casos a camada intermetálica formada entre o substrato e o revestimento de zinco pode apresentar descontinuidades;

b) Tipo 1: Revestimentos tidos como ideais, contendo uma camada de

interface com espessura menor do que 1 µm de fase gama uma camada superior contendo fases delta (δ), com pequenas quantidades de fases zeta (ζ );

c) Tipo 2: revestimento com uma camada superior de fase gama > 1) µm e uma segunda camada de fase delta (δ) apresentando alta fragilidade (JORDAN, 1994).

50 Figura 14 - Morfologia de revestimentos Galvannealed: (a) Tipo 0, (b)

Tipo 1 e (c) tipo 2.

Fonte: JORDAN, 1994.

2.4 PROPRIEDADES ASSOCIADAS AOS REVESTIMENTOS BASE ZINCO APLICADO NA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA

Os revestimentos base zinco são normalmente utilizados como uma excelente alternativa de fornecimento de proteção corrosiva por barreira e galvânica, mas devem ter propriedades que não venham a danificar o substrato quando comparado às propriedades já existentes no aço.

Dentro deste conceito existem critérios que devem ser atendidos como conformabilidade principalmente em processos de estampagem

51

profunda, soldabilidade, adesividade e pintabilidade, além de bom aspecto superficial e aderência à pintura. (WINAND 1988).

O revestimento galvanizado consiste basicamente de substrato, uma camada que proporciona a interface com o substrato denominada de camada intermetálica e uma camada estrutural superior, conforme figura 15. Dependendo do tipo de revestimento a composição e configuração microestrutural destes constituintes controlará as propriedades mecânicas e químicas obtidas com o material. (MARDER 2000).

Figura 15 - Esquema ilustrando a distribuição básica do revestimento de zinco.


As importantes propriedades que referem-se à aplicação de zinco principalmente em aplicações de estampagem automotiva como portas, painéis internos,e alguns componentes estruturais são corrosão, conformabilidade, soldabilidade e pintabilidade. LONG (2004). Desta forma estas propriedades serão aqui revisadas com relação ao desenvolvimento microestrutural relacionado aos revestimentos do tipo GI e GA.

2.4.1 Corrosão

Os revestimentos de zinco proporcionam resistência à corrosão ao substrato como barreira contra exposição do aço ao ambiente externo corrosivo e através da proteção galvânica, onde o zinco atua como ânodo de sacrifício para proteger as bordas e extremidades da chapa.

Nos revestimentos GI e GA a resistência à corrosão depende da espessura e composição do filme depositado, apresentando uma estimativa de horas de proteção que pode variar de acordo com o meio

Camada estrutural Zn Camada intermetálica Fe2Al 5Zn Aço Base (Substrato)

52 ao qual o material é exposto.

É importante ressaltar que quando deseja-se aplicações a ambientes externos mais agressivos geralmente trabalha-se com revestimentos galvanizados a base Zn-Al-Mg conhecidos comercialmente como ZAM e a base Al-Zn-Si também conhecidos comercialmente , como Galvallume , que apresentam também a proteção corrosiva por passivação através do Al em maiores proporções, mas que não serão abordados neste trabalho. (PANONNI, 2004).

2.4.2 Comportamento do Aço galvanizado em Processos de Conformação

O comportamento do revestimento galvanizado, durante fenômenos de deformação e fratura podem alterar a performance dos aços durante operações de estampagem. Durante a deformação pode ocorrer um aumento das condições de fricção entre a chapa submetida à deformação e a ferramenta metálica fazendo com que possam ser modificadas as propriedades mecânicas de formabilidade do material. (OPBROEK et. al, 1985).

A ductibilidade do revestimento por sua vez, depende de fatores como tamanho dos grãos, orientação cristalográfica, temperatura de imersão, espessura da camada aplicada e composição da camada intermetálica.

Dois fenômenos são críticos durante a conformação de um aço galvanizado: o acúmulo de partículas de zinco nas extremidades da peça conformada ou até mesmo no molde e a ausência de revestimento em algumas regiões de maior deformação, como consequência da fragilização do revestimento. A fragilização proposta surge como resultado da remoção de partículas durante a conformação, podendo ser classificadas como “powdering” e “flaking”.

Segundo Long (2004), o powdering pode ser conceituado como a perda de partículas do revestimento, sendo que esta perda é sempre representada por uma quantidade menos significativa do que a espessura do revestimento em g/m2.

Para revestimentos galvanizados a perda por powdering é tida como o maior problema durante operações de estampagem profunda, estando associada principalmente a fragilização do revestimento que por sua vez é consequência da presença do Fe na composição das fases formadas. As partículas de zinco residuais do efeito powdering, geralmente permanecem acumuladas na matriz e outros ferramentais das

53

prensas fazendo com que ocorra estampagem de componentes defeituosos e podendo acarretar também em perdas de produtividade associadas ao aumento do tempo de paradas para troca de ferramental. (OKAMOTO, 2000).

O fenômeno de flaking é conceituado como um desplacamento de partículas maiores de zinco. Este desprendimento de “placas de zinco” está geralmente associado com a má formação da camada intermetálica, que por apresentar espessuras desconformes com a especificação proposta, pode acarretar em problemas de aderência do filme aplicado. (CHATTOPADHYAY, 2009).

O flaking é induzido pela aplicação de forças de tração máximas geradas pela fricção entre a ferramenta e o revestimento, por outro lado o powdering é gerado pela aplicação de forças de compressão máximas geradas durante o processo de conformação da peça estampada. (LUCAS et.al, 1989) .A figura 16 apresenta um esquema demonstrativo da ocorrência de powdering e flaking em metais enquanto a figura 17 apresenta seção transversal via MEV, em chapas revestidas com a ocorrência de destas fragilizações em chapas revestidas.

Figura 16 - Modelo esquemático para esfoliação de revestimento por powdering e flaking

Fonte: ARIMURA, 1995.

54 Figura 17- Análises metalográficas em chapas revestidas apresentando

fragilizações por powdering e flaking.


Um fator importante para a garantia de uma boa conformação de aços com revestimentos do tipo Galvannealead durante a estampagem são o controle das forças friccionais entre o metal e o ferramental da prensa. Se as forças entre a peça estampada e o ferramental são muito elevadas, haverá a formação de trincas e fragilizações no revestimento durante a estampagem.

Há estudos que afirmam que geralmente as forças de atrito geradoras de desgaste por abrasão, aumentam como aumento da dureza do revestimento. (NAKAMURA. et al., 1988). Portanto a elevação dos valores de forças de atrito são maiores no revestimento GA quando comparados aos revestimentos GI devido a presença de variação das fases presentes no revestimento, rugosidade da superfície e teor de Fe contido nas fases formadas em sua microestrutura. (GOGGINGS et. al, 1992).

Com efeito, de minimizar os problemas relacionados às superfícies do revestimento e variações microestruturais, são utilizados lubrificantes que podem atuar minimizando os efeitos de perda de revestimento por powdering, melhorando a produtividade de peças com aplicações de estampagem. (CHATTOPADHYAY, 2009).

55

2.4.3 Soldabilidade

Segundo Marder (2000), a soldabilidade dos aços revestidos, é uma importante propriedade á ser garantida pelos revestimentos de zinco, visto que a junção de chapas metálicas de aços galvanizados se dá através de processos de soldagem na indústria automotiva.

O grande desafio geralmente está relacionado ao tempo de vida dos eletrodos de solda, visto que alguns estudos mostram que em soldagem de aços revestidos com zinco o ciclo de vida útil do eletrodo pode variar entre 500 á 2000 soldas enquanto em processos de soldagens de aços não revestidos é possível realizar 10.000 soldas com o mesmo eletrodo. (GOGGINGS, 1992).

No caso dos revestimentos do tipo GI este problema ainda é mais crítico visto que o tempo de vida útil dos eletrodos reduz de 20.000 para 600 soldas quando comparado a utilização de aços laminados a frio. Isto ocorre em decorrência da transformação do cobre presente na ponta do eletrodo, em latão, quando exposto ao contato com o Zn do revestimento , gerando desgaste por erosão. (SAKIYAMA et.al, 1990).

Este problema por sua vez é minimizado nos revestimentos do tipo GA visto que o Fe presente em sua microestrutura difunde para a camada mais superficial do revestimento inibindo as reações entre o Cu e o Zn (ZOU et al, 2009).

2.4.4 Pintabilidade

Dentro da indústria automobilística existem inúmeras aplicações que exigem um processo de aplicação de pintura sobre os aços galvanizados, desta forma, propriedades de pintabilidade vêm a ser uma importante propriedade de revestimentos GI e GA.

O processo de pintura geralmente visa melhorar propriedades de aspecto superficial, e proteção anti-corrosiva de peças automobilísticas, sendo iniciado geralmente através de um processo de fosfatização, a fim de preparar a superfície do revestimento para receber a aplicação do filme orgânico de pintura e otimizar o material com relação ao potencial de proteção corrosiva, através de processos de eletroforese ou jatos de alta pressão. (MARDER, 2000).

Os revestimentos do tipo GA são mais favoráveis a características de pintabilidade quando comparados aos revestimentos GI devido a rugosidade da superfície formada como resultado da

56 presença da fases Fe-Zn na composição do revestimento. (CHAKRABORTY, 2007).

2.4.5 Compatibilidade com Adesivos

A garantia de compatibilidade com adesivos é essencial para os aços galvanizados destinados a aplicações onde seja necessário a junção de peças estruturais de automóveis.

Os adesivos para automóveis são subdivididos comercialmente em 3 categorias:

a) Selantes e Antivibratórios: são adesivos com baixas propriedades mecânicas, mas alto potencial de alongamento;

b) Adesivos Estruturais: Com base Epóxi, apresentam altas resistências e elevados módulos de elasticidade, propriedades estas importantes para aplicações de consolidações de peças;

c) Adesivos com alta capacidade de impactos: Adesivos utilizados como reforço estrutural com borracha endurecida utilizados em aplicações de junção e reforço de peças com alta criticidade com relação a propriedades de resistência ao impacto em automóveis. (CHAKRABORTY, 2007).

2.5 PROCESSOS DE PÓS-TRATAMENTO COM MELHORIA DE CONFORMABILIDADE

Atualmente, muitos produtores de aço têm acoplado nas linhas de galvanização equipamentos com a função de aplicar ao revestimento tratamentos de superfícies conhecidos como processos de pós-tratamento. Destas aplicações, toma-se como exemplo os processos de passivação crômica voltados para ganhos de proteção e corrosão temporária. (MARDER 2000).

Estudos iniciados na Europa tem mostrado que há um aumento da aplicação de processos de pós-tratamento de pré-fosfatização sobre o eletrogalvanizado e galvanizados por imersão a quente, com a função de melhorar o desempenho destes materiais em processos de estampagem profunda. (KLAM, 2006).

Além disto, vale ressaltar que dentro da indústria automobilísta existe um grande apelo para fabricação de automóveis que apresentem propriedades de maior eficiência com relação ao consumo de combustível, esta característica esta associada a redução do coeficiente

57

de atrito ,que é obtida através da utilização de componentes automotivos de peso reduzido com coeficientes friccionais mais favoráveis ou através do uso de filmes de pós tratamento com função lubrificante que promovam melhoria da resistência ao desgaste. (HAQUE et.al, 2010) .

Dentro desta mesma linha de pós-tratamento têm-se também uma linha de estudos voltada para aplicação de filmes de base sulfato conhecidos como NIT, nome patenteado pela ArcelorMittal também com função de melhoria de propriedades de conformação sobre o galvanizado .

2.5.1 Processos de pré-fosfatização em aços galvanizados GA

Os processos de pré-fosfatização se assemelham a aplicação de filmes de fosfato convencionais, conhecidas por melhorarem as propriedades de resistência ao desgaste e proteção á corrosão de chapas de aço. (PLACEK, SUNDEEP, 1993). A sua particularidade está no fato de que as camadas de pré-fosfatização não atuam preparando a superfície da peça para a pintura, mas tem a função apenas de reduzir os esforços friccionais.

As camadas de conversão de fosfato são compostas geralmente de um fosfato metálico insolúvel de fórmula Me3(PO4)2. H2O. Nesta fórmula o Me representa os cátions metálicos divalentes ou trivalentes como Zn, Ni, Mn, conforme descreve equação 1 (KLAM, 2006).

Os principais compostos da camada de fosfato de zinco são a hopeita e a fosfolita de fórmula molecular Zn3(PO4)2.4H20 e estrutura ortorrômbica e Zn2Fe(PO4)2. H2O e estrutura monoclínica respectivamente, sendo que uma camada contendo elevada presença da estrutura fosfolita é utilizada geralmente como base para a eletrodeposição de camadas de pintura, tendo como propriedade principal a alta resistência à corrosão, mas apresentando também altas performances com relação a propriedades de lubrificação (BUBERT, et.al, 1987).

Este conjunto de propriedades se justifica pelo fato de que a estrutura fosfolítica esta relacionada com a dissolução do aço no banho de fosfato, sendo então rica em fosfato de zinco, de alta resistência térmica e portanto tolerável a processos de cura durante a pintura, promovendo estabilidade dos coeficientes de atrito e consequente lubrificação ao material em processos de estampagem profunda (KUMAR, 2012).

58

Além disto, um revestimento fosfatizado rico em hopeíta fornece ao substrato metálico boas propriedades de aderência, quando comparado á uma camada de fosfato rico em fosfolita. A figura 18 apresenta a microestrutura de camada de fosfatização amorfa e cristalina, apresentando hope em sua composição. (NARAYANAM, 2011).

Figura 18 - Análise morfológica via MEV e difração de raio X para microestrutura cristalina (esquerda) e amorfa (direita).

Fonte: NARAYANAN, 2005.

Equação 1 - Reação de conversão da camada de conversão de fosfato.

O2

H4.2

)4

PO(3

MeO2

H42

Me33

4PO2

H34PO2

4HPO

H24HPO4PO2H

H4PO2H4PO3H

2He2H2

e22

MeMe

→++

+−

++−=−

++−=−

++−→

→−++

−+

+→

Conversão do Hidrogênio

Dissolução do ácido fosfórico

Dissolução do Metal

59

A microestrutura das camadas de pré-fosfato seguem os mesmos princípios de formação de camadas de fosfato convencionais, sendo que sua composição é influenciada entre outros fatores pelo método de aplicação, spray, imersão ou via roll coater, temperatura, concentração da solução e tempo de promover reação.

Os processos por spray e imersão tendem a proporcionar camadas cristalinas e mais espessas, enquanto os processos via roll coater propiciam a formação de compostos amorfos, visto que a principal diferença entre os processos está vinculada ao tempo de exposição do metal à solução de fosfato. (GUENBOUR, 1999).

Em processos de fosfatização convencional o crescimento dos cristais de fosfato se dá dentro do tempo necessário para o total recobrimento da superfície e cessa pela auto-inibição com a formação de cristais insolúveis que bloqueiam a dissolução do metal e o consumo de H+

. (VASOVIC, 1997). A formação do composto OHPOMe 2443 .4.)( é aplicável para revestimentos formados por

fosfatos cristalinos, mas há casos onde ocorre a reação de precipitação levando a formação de OHPOHMe 24425 .4.)( , conforme equação 2 a

seguir:

Equação 2 - Reação de formação da camada de fosfato.

OH.4.)PO(HMeOH4PO2HPO2Me5 2442523

42

42

⇒+++ −−+

2.5.1.1 Pré-fosfatização Cristalina

As camadas de pré-fosfato cristalinas são obtidas em processos de fosfatização clássicos, mas acoplados a linha de galvanização após a seção de revestimento, conforme ilustra figura 19. Estes processos geralmente apresentam uma etapa de ativação química do substrato, uma etapa de fosfatização propriamente dita, por spray ou por imersão da chapa na solução de fosfato, a seguir uma etapa de rinsagem para remoção do excesso de fosfato depositado sobre a chapa.

A espessura da camada de fosfato é expressa em gramas por unidade de área, visto que a dificuldade de expressar e quantificar a camada em micrometros se dá devido ao crescimento dos cristais em

(SCISLOW, 1991)

60 diferentes direções e a deposição heterogênea da camada. A maioria das linhas automotivas especificam camadas da ordem de 1,3 á 1,8 g/m2 de fosfato como um valor ideal para garantia das propriedades de melhoria de conformabilidade fornecidas pelos processos de pré-fosfatização em geral. (NARAYANAM, 2005).

Figura 19 - Diagrama esquemático ilustrando uma linha de fosfatização por spray ou imersão.

Fonte: KLAM, 2006.

2.5.1.2. Pré-Fosfatização Amorfa

A pré-fosfatização amorfa é aplicada ao aço galvanizado com a finalidade de promover ganhos de conformabilidade e proteção temporária, com camadas depositadas na ordem de 0,1 á 1,5 g/m2, dependendo do tipo do substrato e o objetivo da aplicação.

As camadas são obtidas por processos de fosfatização não convencionais por não apresentarem processos de rinsagem após a aplicação do filme de pré-fosfato. Este processo também é conhecido comercialmente como “dry -in- place” e normalmente aplicado via Roll coater na saída de linhas de galvanização, segue ilustração do processo na figura 20.

61

Figura 20- Esquema ilustrando fosfatização via roll coater.

Fonte: KLAM, 2006

As reações químicas para formação da camada de pré-

fosfatizado seguem o mesmo princípio evidenciado para as reações de fosfatização convencional, onde novamente a diferença entre formações microestruturais cristalinas e amorfas para aplicações de fosfatização pode estar também vinculada ao tempo de contato do substrato com a solução, além da presença ou não de elementos aceleradores da reação.

Por analogia, nos processos por imersão, ou spray, onde há mais tempo para promover reação as camadas formadas tenderiam a formações cristalinas e com camadas mais espessas, enquanto para camadas obtidas via roll coater a tendência seria de obtenção de filmes mais finos e com probabilidade de formação de camadas amorfas. (YOSHIHARA et.al 1983).

Atualmente existe uma nova classificação para processos de pré-fosfatização denominados microfosfatização, que refere-se a uma adaptação de processos de fosfatização amorfas ou dry in place, mas com a aplicação de filmes de menor peso de camada da ordem de 0,15 á 0,4 g/m2 de fosfatos tricatiônicos, contendo Ni e ou Mn. O processo de aplicação deste tipo de pré-fosfatização é via roll-coater com ganhos similares aos obtidos pela pré-fosfatização amorfa.

Com relação microestrutura, devido à baixa espessura dos filmes de fosfato depositados, espera-se obter pequenos cristais distribuídos de forma irregular sobre a superfície do revestimento de zinco. Sobre aplicações de revestimentos GA a camada aplicada é preferencialmente amorfa, podendo apresentar regiões de pequenos cristais, mas não se distribuindo de forma homogênea sobre a superfície do revestimento, mantendo regiões sem recobrimento de camadas de fosfato. (KLAM, 2006).

62 2.5.1.3 Propriedades associadas à aplicação da pré-fosfatização em aços galvanizados.

O incremento das propriedades de lubrificação relacionadas à aplicação de filmes de pré-fosfatização são medidos através de ensaios de coeficiente de atrito. O método comumente aplicado é realizado através de ensaios de desgaste em tribômetros de fricção planar.

Este ensaio consiste em uma avaliação do comportamento do coeficiente de atrito do aço entre duas matrizes. Durante a realização do ensaio o material é tracionado e avalia-se o limite de ocorrência de processos de desgaste, resistência ao deslizamento da chapa e possíveis desplacamentos de revestimentos em variadas proporções através de um tribômetro, cujo funcionamento segue esquematizado na figura 21.

A figura 22 visa demonstrar resultados do comportamento do coeficiente de atrito via ensaio de fricção planar para aços com revestimento GA com aplicação de pré- fosfatizado.

Figura 21 - Esquema de funcionamento do tribômetro de fricção planar.


63

Figura 22 - Comportamento do coeficiente de atrito realizado em amostras de aço galvanizado com revestimento GA e aplicação de pós-

tratamento via fricção planar.

Fonte: KLAM, 2006.

Afim de avaliar a conformabilidade e potencial de ocorrência de powdering durante processo de estampagem de materiais pré-fosfatizados realiza-se ensaios de embutimento e de avaliação do potencial de perda de massa sobre forma de revestimento denominados testes de Godet Swift .

Os ensaios de embutimento tem como princípio avaliar a resistência do material a conformação diante da aplicação de forças que representam a pressão aplicada nas prensas de estampagem sobre a peça deformada até o rompimento da mesma. Já os ensaios de perda de massa, ou Godet Swift tem o objetivo de deformar o corpo de prova sobre o formato de uma xícara (diâmetro da punção de 50 mm), conforme figura 23, afim de avaliar o potencial de ocorrência de powdering durante deformação da amostra. Quanto maior a perda de revestimento após a peça deformada maiores serão os potenciais de fragilização associados ao powdering. (GARZA, 2007).

64

Figura 23 - Corpo de prova conformado via Cup Test.

Fonte: HONG, 2005.

2.5.1.4 Propriedades de soldagem, corrosão e adesividade

Alguns estudos feitos com revestimentos de zinco obtidos por processos de eletrogalvanização atribuem melhora das condições de soldabilidade após a aplicação de filmes de pré-fosfatização ao aço revestido. Segundo Shastry et al, (1995), os resultados de resistência de contato entre chapas pré-fosfatizadas são melhores quando comparados á resultados obtidos com aços revestidos que não receberam o pós- tratamento . Este ganho de resistência contribui para a redução do número de porosidades no cordão de solda.

Com relação à corrosão e pintabilidade, espera-se que a aplicação do pré-fosfatizado não reduza os valores de resistência a oxidação obtidas em ciclos de câmara úmida realizados em chapas não conformadas.

Adesividade de chapas galvanizadas é desejável com relação a adesivos tidos como estruturais, utilizados para junção de peças e resistência ao colamento principalmente na presença de ambientes úmidos. Novamente não se evidencia ganhos consideráveis com relação a esta propriedade com a aplicação dos filmes de pré-fosfatos, mas em casos de aplicação de filmes de fosfatização convencionais com microestrutura cristalina pode-se evidenciar ganhos de até 3 % com

65

relação à resistência a coesividade sob exposição de ambientes úmidos. (KLAM 2006).

2.5.2 Processos de aplicação de NIT sobre aços galvanizados GI

O processo de aplicação do produto NIT (New Inorganic Treatment) vem a ser uma solução a base de Zn4(SO4)v(OH)w.x(H2O), destinada a proporcionar ganhos de estampagem ao aço galvanizado. As camadas de conversão são obtidas por um produto de formulação comercial patenteada pelo grupo ArcelorMittal e entra no mercado automobilístico com a função de proporcionar ganhos de conformação através da redução e estabilidade do coeficiente de atrito para o aço galvanizado (GI) ,através das mesmas propriedades associadas ao pré-fosfatizado aplicado ao revestimento GA.

Com relação ao método de processamento, o NIT pode ser aplicado sobre a chapa por processos de imersão, ou spray, ou roll coaters, ambos os processos apresentam descrições similares as apresentadas para o processo de aplicação de pré-fosfatização no capítulo 2.5.1.

No aço a configuração da aplicação segue conforme figura 24, onde sobre o substrato ocorre a aplicação de revestimento base zinco (GI), em seguida segue a deposição do filme de NIT finalizando com a aplicação da camada de óleo protetivo com função de proteção de temporária do aço durante estocagem e transporte.

Figura 24 - Esquema ilustrativo da disposição do NIT sobre o aço galvanizado.


66

A especificação desejada para aplicação do NIT é da ordem de 13-23 mg/m2 de filme seco, sendo que valores acima desta especificação podem acarretar na diminuição da propriedade de adesividade e valores abaixo da faixa visada, podem conduzir a uma perda no comportamentos voltados para conformabilidade do aço.

As propriedades esperadas com a aplicação do NIT são semelhantes as desejadas para as aplicações de pré-fosfato, e estão relacionadas com boas performances de conformação do material durante processos de estampagem profunda, através da redução e estabilidade dos valores de coeficiente de atrito, minimizando ocorrências de desplacamento de zinco e powdering, sendo que estes são mais comuns nos revestimentos GA, devido as características de maior dureza do revestimento relacionado ao teor de Fe presente em sua microestrutura, quando comparados aos encontrados nos revestimentos GI.

Além disto, ainda relacionados às características de estampagem, encontra-se a possibilidade de que o NIT garanta maior retenção das camadas de óleo protetivo aplicadas sobre a chapa, evitando problemas de irregularidade no filme de óleo aplicado e de escorrimento do mesmo para regiões externas a bobinas de aço.

Sabe-se que o principal objetivo da aplicação das camadas de NIT refere-se às propriedades de conformação, este ganho é mensurado através de ensaios para determinação da variação do coeficiente de atrito através do aumento da pressão de contato sobre o material. Da mesma forma que para os filmes de pré-fosfato, este ensaios são realizados normalmente via fricção planar onde é avaliado também a redução do fenômeno conhecido como “stick-slip”, ilustrado na figura 26, que nada mais é do que a resistência ao escorregamento da chapa quando em contato com a matriz, ou ferramental das prensas de estampagem sob a aplicação de valores de pressão de contato mais elevadas ao deslizamento. (PAYEN et al, 2011).

A figura 25 visa definir graficamente este fenômeno enquanto a figura 26 apresenta o os resultados de uma análise do comportamento de atrito obtido para amostras de revestimento GI com e sem aplicação do pós-tratamento NIT.

67

Figura 25 - Ensaios de coeficiente de atrito via fricção planar com a indicação da ocorrência de “Stick Slip”, apartir da pressão de contato de

30 Mpa.


Figura 26 - Resultados de ensaios de tribologia com materiais GI com e sem aplicação de NIT.


68

Com relação às demais propriedades de aplicação ou “ In Use Applicaton”, é desejável que o filme de NIT seja compatível com adesivos estruturais, mantendo a qualidade das regiões de junção durante processos de soldagem, através da isenção de porosidade e garantia período de vida útil dos eletrodos de solda obtidos com aços que não apresentam a aplicação do pós- tratamento.

Além disto, outro ponto importante é a compatibilidade com processos automotivos de pintura através da capacidade de ser bem removido da chapa e posterior compatibilidade ou não interferência com os processos de fosfatização e pintura.

69

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Os filmes de pós-tratamento avaliados neste estudo apresentam solução a base de Fosfato de Zinco (ZnPO4) de nome comercial Chemfos 2007® e Sulfato de Zinco (Zn2SO4), comercialmente conhecido como NIT. Os dois produtos foram aplicados sobre o aço já revestido do tipo GA e GI respectivamente, através do equipamento roll coater variando parâmetros de importância primária e mantendo fixo outros de relevância secundária sobre a deposição de camada sobre a chapa de aço revestido.

Os parâmetros primários selecionados foram força entre rolos aplicadores e coletores, velocidade do rolo aplicador e dosador cujas posições de aplicação, seguem ilustradas na figura 27. Já os parâmetros secundários são temperatura de secagem, rugosidade e sentido dos rolos aplicadores e seguem descritos no quadro 4.

Figura 27 - Indicação das variáveis de influência na camada aplicada através do roll coater.


Chapa

Velocidade do

rolo aplicador Pressão entre

rolos

Velocidade do

rolo dosador

Aplicado

Dosador

Bandeja

70

Quadro 4 - Variáveis secundárias aplicadas aos testes de NIT e pré-fosfato.

Parâmetros Secundários Faixas de Trabalho Temperatura de Secagem 40- 95°C

Rugosidade dos Rolos Aplicadores 2-6 µm

Sentido dos Rolos Aplicadores Normal /Reverso


3.1 CONFIGURAÇÃO DAS AMOSTRAS

As amostras caracterizadas neste estudo foram obtidas a partir de bobinas processadas na linha de Galvanização da ArcelorMittal Vega. O processamento das mesmas ocorreu em campanhas de material do tipo GI e GA.

O substrato considerado é composto de aços do tipo IF Ti-Ni espessura de 0,65 mm, galvanizadas com revestimentos do tipo (GA) e (GI), com aplicação de pós-tratamento de pré-fosfatização e NIT respectivamente. Todas as amostras apresentam aplicação de filmes de óleo protetivo contra oxidação durante transporte e estocagem, do tipo Quaker B6130 da ordem de 1,5 g/m2, conforme esquema ilustrado nas figuras 28 e 29.

Figura 28 - Esquema de distribuição das amostras de caracterização com a aplicação de pré-fosfato.


71

Figura 29 - Esquema de distribuição das amostras de caracterização com a aplicação de NIT.


3.2 ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DE PESO DE CAMADA E COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE PÓS-TRATAMENTO

Os ensaios de determinação de peso de camada de pós-tratamento aplicado tiveram o objetivo de verificar a espessura de filme de pré-fosfato e NIT depositados sobre o aço galvanizado, através da variação de parâmetros no equipamento roll coater. Devido a heterogeneidade dos filmes aplicados, para ambos os produtos será tratado de espessuras dadas em unidades de massa (g ou mg ) por unidade de área (m2), não adotando a unidade de medida em micrômetros.

Os revestimentos de zinco aplicados nas amostras foram visados entre 50 a 60 g/m2 e para confirmar estes valores foram realizados ensaios de peso de camada de Zn nas amostras que receberam aplicação de NIT, devido a similaridade entre os métodos de abertura das amostras atendendo a norma ASTM A924/A924M. As camadas de revestimento de GA utilizadas nas amostras com aplicação de pré-fosfatização também foram validadas através dos resultados obtidos nestes testes.

3.2.1 Ensaios para Determinação de Peso de Camada de NIT

Os ensaios para determinação do peso de camada de NIT foram realizados no laboratório de via úmida da ArcelorMittal Vega via espectrometria de emissão atômica por plasma induzido. Estes ensaios foram realizados afim de identificar os pesos de camada obtidos através

72 da variação de parâmetros ilustrada no quadro 5 .Foram considerados para análise amostras em formato de circunferências de de diâmetro retiradas de 3 pontos considerando os extremos da largura da chapa identificados como ED (Extremidade direita), EE (Extremidade esquerda) e C (Centro), estas referem-se aos bordas e posição central da chapa de aço considerando sentido de laminação da mesma,conforme figura 30. Além disto, foram analisados ambos os lados das amostras identificados como face inferior e face superior dos corpos de prova.

Quadro 5 - Parâmetros utilizados para obtenção das amostras de NIT


Figura 30 - Esquema de identificação dos pontos de retirada de amostras ao longo da largura da chapa de aço.


Após cortadas as amostras foram decapadas por 1 minuto com solução preparada a base de HCL 1:3 e solução inibidora de

73

hexametileno tetramina diluída em 1 L de solução. O elemento identificado na amostra em análise é o teor de Zn em ppm que por sua vez deve ser convertido a mg /m2 de enxofre através da equação 3:

Equação 3 - Determinação do Enxofre em mg/m2.

mS=Zn* 17,39 Onde: mS = é a massa da camada de enxofre expressa em mg/m2 Zn = teor de zinco determinado via ICP-Plasma em ppm. Fator = 17,39 – fator de conversão, determinado conforme segue abaixo: Massa molar do Zn = 65,39g/mol Massa molar do S = 32,07g/mol Logo: 65,39 ÷ 32,07 = 2,039 Portanto:

Através deste mesmo método e nas mesmas amostras onde

foram realizados ensaios para determinação de peso de camada de NIT, realizou-se a determinação do peso de camada de revestimento por gravimetria com o intuito de validar a gramatura de Zn para todas as amostras envolvidas neste estudo , inclusive para os filmes de pré-fosfatização.

3.2.2 Ensaios para Determinação de Peso de Camada de Pré-Fosfato

Os ensaios para determinação do peso de camada de pré-fosfato foram realizados no laboratório de via úmida da ArcelorMittal Vega através de métodos gravimétricos . Estes ensaios foram realizados afim de identificar os pesos de camada obtidos através da variação de parâmetros ilustrada no quadro 6.

Fator = 35,4 ÷ 2,039 = 17,39

74

Quadro 6 - Parâmetros utilizados para obtenção das amostras com aplicação de Pré-fosfato

Parâmetros de Processo

Relação de Amostra

Força Entre

Rolos (Kgf)

Velocidade Rolos

Coletores (%) Velocidade Rolos Aplicadores(%)

Amostra 1 60 60 100 Amostra 2 100 60 100 Amostra 3 100 30 100 Amostra 4 100 60 150 Amostra 5 150 60 100 Amostra 6 150 30 100 Amostra 7 150 60 150

Foram considerados para análise amostras em formato 10x15

mm retiradas na extremidade e centro da chapa conforme método já descrito para as amostras de NIT e ilustrado na figura 30.

Após cortadas as amostras foram limpas com acetona por 10 minutos em lavador ultrassônico para remoção do óleo protetivo, após foram pesadas em balança analítica e decapadas por 4 minutos com solução decapante preparada com dicromato de amônio 11,2 g e 1000 ml de hidróxido de amônio para preparação de 1L de solução. Após decapagem as amostras foram lavadas com água desmineralizada, secadas e pesadas novamente.

O peso de camada de pré-fosfato foi obtido através da determinação da concentração de fosfato de zinco (ZnPO4) no revestimento em g/m², conforme equação 4 descrita abaixo:

Equação 4- Determinação de ZnPO4 (g/m2)

Onde:

− Pi = peso inicial da amostra (g) antes da remoção do revestimento pré-fosfatizado;

− Pf = peso final da amostra (g) após remoção do revestimento pré-fosfatizado

− Área em mm2;

ZnPO4 (g/m²) = ((Pi-Pf)/(Área*2))*106

75

O fator de multiplicação 106 foi utilizado para conversão dos resultados de mm2 para m2.

3.3 ENSAIOS DE COEFICIENTE DE ATRITO

O comportamento do coeficiente de atrito foi analisado inicialmente através do método mais convencional para avaliação deste fenômeno em amostras de aço galvanizado que é o ensaio de desgaste realizado através de tribômetros de fricção planar, esquematizado na figura 31.

Este ensaio visa avaliar o coeficiente de atrito da peça durante processo de deformação da peça simulando condição de estampagem, o procedimento foi realizado através do deslizamento do dispositivo que se deslocou sobre as amostras com velocidade constante de 1,67 mm/s e aplicando sobre a chapa forças identificadas por FT de tração e compressão, ao mesmo tempo em que se aplicavam forças normais sobre a matriz do equipamento de ensaio, ilustrado na figura 32, identificadas como FN. As forças aplicadas nos ensaios variaram entre valores de 0 á 80 MPa. O coeficiente de atrito foi calculado pela relação identificada na equação 5 conhecida como equação de Coulomb.

Os ensaios de fricção planar foram realizados no Laboratório de Pesquisa e Desenvolvimento da Arcelormittal Maiziéres.

Equação 5 - Equação de Coulomb para determinação do coeficiente de atrito

µ =FT/2FN

76

Figura 31 - Esquema de funcionamento do teste de fricção planar.

Fonte: Adaptação de PAYEN. et.al, 2012.

Figura 32 - Ferramenta de estampagem utilizada no equipamento tribômetro de fricção planar.

Fonte: Adaptação de PAYEN. et.al, 2012.

Com objetivo de avaliar o comportamento do coeficiente de atrito através de um ensaio de desgaste por deslizamento, foram realizados ensaios via tribômetro pino sobre disco. Neste experimento uma esfera incide perpendicularmente sobre o disco, com a carga aplicada também na posição normal, promove-se a rotação do disco, após ajuste dos parâmetros de ensaio. Através do software (RS 232-Data Logger) utilizado, foi realizado a coleta dos dados para cálculo do coeficiente de atrito médio e oscilação do mesmo ao longo do

FT

FT

FN

77

comprimento percorrido no corpo de prova. (TAKEBAYASHI. et.al, 2008).

Para estes ensaios foram preparadas amostras de chapa com e sem a aplicação de pós-tratamento com diâmetro de 60 mm. O tribômetro utilizado é mostrado na figura 33, modelo CZ-1000 TriBom. Foi utilizado como contra-corpo, uma esfera de aço AISI 52100 com 6 mm de diâmetro.

Os parâmetros utilizados nos ensaios de deslizamento pino-disco seguem descritos no quadro 7:

Quadro 7 - Parâmetros utilizados na realização dos ensaios de desgaste via pino sobre disco.

Distância de Deslizamento (m) 50,00 Velocidade de Deslizamento (m/s) 0,20 e 0,1 m/s Raio da esfera (mm) 3,00 Diâmetro da pista (mm) 20,00 Carga do ensaio (N) 0,2 Rotação do Disco (RPM) 190,99 Voltas 795,77 Tempo de ensaio (horas) 0,07


Figura 33 - Tribômetro pino sobre disco.


Como complemento aos ensaios de desgaste via pino sobre

78 disco, foram realizados ensaios de microscopia óptica, afim de avaliar as trilhas de desgaste observadas nas amostras de GA com e sem aplicação de pré-fosfato e GI com e sem aplicação de NIT. Através desta análise foi possível observar, o potencial de que o substrato das amostras pudesse ter sido atingido, devido ao aumento do coeficiente de atrito, podendo evidenciar início da ocorrência do fenômeno de desgaste por abrasão.

A seleção das amostras para os ensaios de desgaste ,através de ambos os métodos .segue listada no quadro 8. O critério de seleção das amostras foi a variação de peso de camada de fosfato e NIT obtidos no item 4.1 e 4.3, com valores de camada de fosfato da ordem de 0 á 1,15 g/m2 e de NIT de 0 á 33 mg/m2. Todas as amostras foram retiradas nas mesmas condições de processo, considerando um revestimento base Zn 55 g/m2 ou aproximadamente 9 µm de espessura.

Para os ensaios de fricção planar, todas as amostras foram oleadas com um filme de 1,5 g/m2 de óleo protetivo Ferrocoat N6130 do fornecedor Quaker, procedimento conforme descrito por PAYEN, (2011). Para elaboração do gráfico de comportamento do coeficiente de atrito foram consideradas apenas as amostras identificadas com a posição do Centro (C). Já no caso dos ensaios via pino sobre disco foi considerado apenas o oleamento aplicado no final do processo de galvanização.

Quadro 8 - Relação de amostras utilizadas nos ensaios de desgaste

Amostras Ensaios de Desgaste

Revestimento Peso de Camada de Pós

Tratamento GI -56,2 g/m2 0 mg/m2 GI -55,5 g/m2 33 mg/m2 GI -55,0 g/m2 17 mg/m2 GI -55,1 g/m2 14 mg/m2

Amostras com NIT

GI -56,4 g/m2 4 mg/m2 GA -55,6 g/m2 0 g/m2 GA -54,8 g/m2 1,15 g/m2 GA -56,0 g/m2 0,63 g/m2 GA -54,7 g/m2 0,53 g/m2

Amostras com ZnPO4

GA -55,6 g/m2 0,46 g/m2


79

3.4.ENSAIOS DE AVALIAÇÃO DA CONFORMAÇÃO DO MATERIAL

Visando complementar a avaliação do potencial de conformação dos materiais em estudo, foram realizados ensaios de embutimento Erichsen segundo norma ISO 20482 Mettallic Materials e ensaios de Perda de Massa conhecidos industrialmente como ensaios Godet Swift. Ambos os experimentos foram realizados nos laboratórios de ensaios mecânicos e via úmida da ArcelorMittal Vega.

3.4.1 Ensaios de Avaliação da Conformação do Material

Os ensaios de Embutimento Erichsen ou Cup Test consistem em avaliar a resistência à fratura do material até o seu rompimento durante a deformação no formato de uma semi-esfera ,através da prensa ilustrada na figura 34 .

O teste é realizado em corpos de prova de 120 x 70 mm com aplicação de carga inicial de 10 kN aumentando gradativamente até o limite da possibilidade de fratura do material. O esquema da deformação da amostra encontra-se ilustrado na figura 35 onde o a representa a espessura do corpo de prova, o h representa a profundidade do embutimento até a deformação, Фd1 representa o diâmetro da semi-esfera ao final da punção, Фd2 é o diâmetro total, R1 e R2 são os raios laterais e externos do corpo de prova. A figura 34 ilustra a prensa de embutimento Erichsen.

Figura 34 - Máquina analógica de embutimento Erichsen.


80 Figura 35 - Esquema de deformação do corpo de prova durante ensaio

de embutimento Erichsen (Adaptado da norma IS0 20482, 2003).

Fonte: International Standard-ISO 20482, 2003.

3.4.2 Ensaios de Determinação de Perda de Massa

Os testes de perda de massa também conhecidos como Godet Swift, visam mensurar a quantidade de pó de zinco removida do revestimento galvanizado, após conformação do material via embutimento Erichsen.

A massa perdida pelo aço revestido após deformado representa a possibilidade de ocorrência de powdering no material quando submetido a processos de estampagem.

Neste ensaio foram preparadas amostras com 60 mm de diâmetro e durante a preparação as mesmas foram limpas com acetona em centrífuga ultrassônica por 10 minutos, pesadas, após foram conformadas na prensa de embutimento conforme modelo ilustrado na figura 35 e após pesadas novamente. A perda de massa foi calculada através da equação 6:

Equação 6 - Cálculo de perda de massa via método Godet Swift.

Diâmetro do corpo de prova = Ø 60 mm Área = π r² Área = 2827,433 mm² Perda = (Pi – Pf) x 106 ÷ (2 x 2827,433) Perda = (Pi – Pf) x 176,84 Importante ressaltar que o ensaio de perda de massa é uma

81

adaptação validada por clientes automotivos para avaliar o potencial ao powdering do material quando estampado.

3.5 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL

Os ensaios de caracterização metalográfica das amostras com aplicação de NIT e pré-fosfato foram feitos com o objetivo de avaliar a microestrutura formada com a deposição dos filmes de pós-tratamento sobre o aço revestido.

As amostras foram avaliadas pelos equipamentos listados a seguir:

a) Microscópio eletrônico por varredura (MEV-EDS)- Laboratório de Metalografia ArcelorMittal Vega

b) Microscópio eletrônico por Varredura e Efeito de Campo (FEG-EDS) - Laboratório de Metalografia UDESC-PGCEM

3.5.1 Análises de Superfície

As análises de superfície foram realizados via MEV/EDS, com o intuito de obter uma melhor resolução e visualização da morfologia das amostras em estudo além de identificar a presença de elementos fósforo, oxigênio e enxofre nas mesmas. Para as análises de GA pré-fosfatizadas e GI com deposição de NIT foram preparados em corpos de prova com dimensões de 20x15 mm, limpas com acetona, metalizadas com um filme fino de ouro e disponibilizadas para análise metalográfica.

3.5.2 Análises de Seção Transversal

As análises de seção transversal foram realizados via FEG/EDS e MEV/EDS. Durante processo de preparação, as amostras foram embutidas a frio com resina Epofix seguindo uma configuração conforme esquematizado na figura 37, após foram polidas para remoção de riscos e marcas mais profundas da superfície, sendo na seqüência metalizadas com ouro no equipamento Denton Vacuum.

As amostras de GA com pré-fosfato após embutidas, foram analisadas via FEG-EDS para verificação do filme de fosfato sobre o revestimento de zinco via FEG-EDS, em seguida foram atacadas com solução preparada com Picral 4 %, Nital 1% diluída em álcool etílico, e

82 levadas para análise via MEV-EDS para identificação das fases gama (γ), delta (δ), Zeta (ζ) e eta (η ) formadas no revestimento através de ensaios de seção transversal.

As amostras de GI com aplicação de NIT foram embutidas, metalizadas e posteriormente analisadas via MEV-EDS, para verificação do filme de pós-tratamento depositado e posteriormente atacadas com solução preparada com Picral 4 %, Nital 1% diluída em álcool etílico para identificação da fase (η) e da camada intermetálica (Fe2Al5 Zn), formada entre o substrato e o revestimento.

3.6 ENSAIOS DE SIMULAÇÃO DE APLICABILIDADE

Com o objetivo de simular processos de aplicação dos produtos galvanizados das linhas automotivas, foram realizados alguns testes em escala laboratorial, para avaliar o potencial de removibilidade dos filmes de pós-tratamento e ensaios de resistência à corrosão.

Os testes de removibilidade visam reproduzir o processo de limpeza superficial da chapa em linhas de desengraxe automotivas que por sua vez, antecedem a etapa de fosfatização final e pintura.

Estes ensaios foram realizados com amostras de aço galvanizado com aplicação de pós-tratamento que apresentaram condições de pesos de camada mais elevados afim de garantir uma condição mais extrema de remoção .

Foram preparados corpos de prova de 60 mm de diâmetro, minimizando contatos físicos com os mesmos que pudessem vir a contaminar as amostras, trazendo interferência ao experimento.

A variação de parâmetros de concentração de solução desengraxante, temperatura dos banhos e tempo de imersão, ocorreu em quantidades descritas no quadro 9, fornecendo um total de 11 condições de teste. Em cada simulação foram utilizadas 3 corpos de prova afim de obter repetibilidade nos resultados obtidos.

83

Quadro 9 - Variáveis secundárias aplicadas aos testes de NIT e pré-fosfato.

Teste Concentração Desengraxante

(g/l)

Tempo Imersão (min)

Temperatura da solução (ºC)

1 20 1 85 2 20 3 85 4 20 5 85 3 20 3 21 4 20 5 21 5 20 10 21 6 20 3 50 7 20 3 60 8 20 3 70 9 5 3 60 10 15 3 60 11 30 3 60


Para realização dos testes todas as amostras foram imersas nas respectivas soluções preparadas, por um determinado tempo e temperatura estabelecidos em cada condição avaliada. Após realizou-se decapagem ácida em solução de HCL, utilizando água desmineralizada com solvente (1:3) e leitura da quantidade residual de enxofre e fósforo, via ICP.

Como padrão foram realizadas também ensaios de detecção da quantidade de enxofre e fósforo de amostras de GI e GA que não receberam aplicação de pós-tratamento e em amostra com aplicação de filmes da ordem de 0,56 g/m2 de ZnPO4 e 20 mg/m2 de NIT .

3.7 ENSAIOS DE CORROSÃO

Os ensaios de corrosão via câmara úmida foram realizados com o objetivo de avaliar o potencial de resistência à corrosão dos aços galvanizados após aplicação dos filmes de pós-tratamento NIT e pré-fosfato.

Ensaios de corrosão realizados com aços eletrogalvanizados com aplicação de filmes de pré-fosfatização evidenciam que não há

84 ganho potencial relacionado a resistência corrosiva para estes materiais quando comparados aos resultados obtidos com aços eletrogalvanizados sem pós- tratamento. (KLAM, 2006).

Foram selecionados 2 corpos de prova com dimensões de 100 X 150 mm para cada peso de camada de filme de pré-fosfato e NIT selecionado para os testes, seguindo esta condição, também para a amostra sem o pós-tratamento.

Todos os corpos de prova tiveram suas extremidades isoladas com fita tipo Termeflex 3M, evitando o início e propagação de pontos de corrosão em função da exposição do metal base, oriundos do corte da amostra. Afim de manter amostra como padrão comparativo, foi condicionado em dessecador,uma amostra por condição de aplicação envolvida no ensaio, garantindo a preservação da mesma para posterior análise junto aos corpos de prova inseridas na câmara de ensaio.

As amostras foram submetidas a ciclos em câmara úmida tomando como base para os ensaios os critérios de ensaios de corrosão para aços galvanizados da norma DIN EN ISO 6270-2 método (AT)- condensação atmosférica com sequência de ar alternada, que consiste em um ciclo de 24 horas composto por duas condições alternadas:

a) 8 horas em exposição com umidade relativa de 98% e temperatura de 40ºC;

b) 16 horas em exposição com umidade relativa de 50% e temperatura de 23 ºC.

As amostras foram submetidas ao tempo de exposição de 60 ciclos, sendo avaliadas a cada término de ciclo representado por 24 horas.

85

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE PROCESSO NA OBTENÇÃO DO REVESTIMENTO DE NIT.

As amostras analisadas foram processadas na linha de Galvanização 1 da ArcelorMittal Vega sendo que estes ensaios tiveram o objetivo de conhecer o efeito de cada conjunto de parâmetros aplicados, durante a realização das simulações de processo em escala produtiva.

Os parâmetros de variação utilizados foram condutividade da solução de NIT, força entre rolos aplicadores e dosadores e velocidade de rotação do rolo aplicador, sendo que estas combinações totalizaram 9 condições diferentes de processamento.

O quadro 10 apresenta os resultados de pesos de camada de enxofre obtidos em cada configuração avaliada conforme variação de parâmetros apresentada no quadro 5. Além disto, são apresentados também as informações de desvio padrão ao longo da largura de cada amostra .

A figura 36 ilustra a variação de pesos de camada ao longo da largura de cada amostra analisada. Todas as amostras foram avaliadas em 3 pontos da largura da chapa, conforme procedimento descrito no item 3.2.1.

Quadro 10 - Resultados de peso de camada de NIT obtidos via ICP plasma.

LD C LE LD C LEAmostra 1 33,23 27 31,94 3,29 26,98 25,96 20,51 3,48Amostra 2 17,04 21,67 32,44 7,90 18,18 18,03 17,82 0,18Amostra 3 14,85 16,16 14,33 0,94 15,1 16,56 16,71 0,89Amostra 4 24,58 22,85 24,33 0,94 28,57 28,18 27,18 0,72Amostra 5 20,71 25,33 23,36 2,32 26,22 25,4 25,32 0,50Amostra 6 17,29 6,79 14,02 5,37 11,03 11,76 10,89 0,47Amostra 7 6,85 5,7 6,88 0,67 5,15 8,38 7,2 1,63Amostra 8 4,73 4,7 6,58 1,08 6,99 4,39 8 1,86Amostra 9 2,61 3,77 6,22 1,84 7,18 4,17 4,31 1,70

Relação de Amostras

Face Superior Face Inferior

Peso de Camada de NIT (mg/m2)Desvio Padrão

Face Inferior

Desvio Padrão

Face Superior


86 Figura 36 - Gráfico de dispersão distribuição do peso de camada de NIT

por amostra.

Resultados de peso de Camada de NIT via ICP Plasma

33

,22

7,0

31

,92

7,0

26

,02

0,5

17

,02

1,7

32

,41

8,2

18

,01

7,8

14

,91

6,2 1

4,3

15

,11

6,6

16

,72

4,6 2

2,8

24

,32

8,6

28

,22

7,2

20

,72

5,3 2

3,4

26

,2

17

,36

,81

4,0

11

,01

1,8

10

,96

,9 5,7

6,9 5

,28

,4 7,2

4,7

4,7

6,6

7,0

4,4

8,0

2,6

3,8

6,2

7,2

4,2

25

,32

5,4

4,3

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

ED C EEED C EEED C EEED C EEED C EEED C EEED C EEED C EEED C EEED C EEED C EEED C EEED C EEED C EEED C EEED C EEED C EEED C EE

FS FI FS F I FS FI FS F I FS FI FS FI FS FI FS F I FS FI

Amo s tra 1 Amo s tra 2 Amo s tra 3 Amo s tra 4 Amo s tra 5 Amo s tra 6 Am o s tra 7 Amo s tra 8 Amo s tra 9

Pes

o de

Cam

ada

S (

mg/

m²)


Observa-se que os pesos de camada apresentam diferenças ao longo da largura e entre as faces das bobinas. Esta heterogeneidade está relacionada à instabilidade dos rolos aplicadores com relação à deposição do produto sobre a chapa.

Por este motivo em processos de aplicação de filmes finos via roll coater assumi-se variações de 5 mg/m2 com relação ao valor visado. Para continuação dos estudos de caracterização foi considerado a posição central das amostras em estudo.

Com relação ao efeito de parâmetros sobre a aplicação do filme depositado, observa-se que os parâmetros de influência principal vêm a ser a condutividade da solução de NIT, seguido da força dos rolos aplicadores, a velocidade dos rolos coletores não apresenta influência significativa na transferência de produto para a chapa.

87

4.2 ENSAIOS DE DETERMINAÇÃO DE PESO DE CAMADA DE PRÉ-FOSFATO

O quadro 11 apresenta a relação os resultados de pesos de

camada de fosfato de zinco obtidos em cada configuração e os valores de desvio padrão ao longo da largura das amostras. Enquanto o gráfico da figura 37 ilustra a variação de pesos de camada ao longo da largura de cada amostra analisada.

Todas as amostras foram avaliadas em 3 pontos da largura da chapa analisando os valores considerando as duas faces da bobina, conforme procedimento descrito no item 3.2.2.

Quadro 11 - Resultado de peso de camada de pré-fosfato via gravimetria


Parâmetros de Processo

Gravimetria (g/m2)

Relação de Amostra

LD C LE Desvio Padrão

Amostra 1 0,93 1,15 1,03 0,11 Amostra 2 0,58 0,64 0,55 0,05 Amostra 3 0,5 0,46 0,48 0,02 Amostra 4 0,68 0,72 0,67 0,03 Amostra 5 0,46 0,42 0,53 0,06 Amostra 6 0,45 0,47 0,49 0,02 Amostra 7 0,59 0,56 0,57 0,02

88 Figura 37 - Resultada de peso de camada de pré-fosfato via gravimetria

Pesos de Camada de Fosfato (g/m2)

0,72

0,67

0,46

0,42

0,53 0,45

0,47

0,49

0,59

0,56

0,57

0,68

0,48

0,46

0,50

0,55

0,64

1,15

1,03

0,58

0,93

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

ED C EE ED C EE ED C EE ED C EE ED C EE ED C EE ED C EE

Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Amostra 4 Amostra 5 Amostra 6 Amostra 7

Pes

os

de

Cam

ada

(g/m

2)


Os filmes de fosfato apresentaram boa uniformidade de resultados ao longo da largura da bobina, exceto para amostra de peso de camada compreendido entre 0,93 á 1,15 g/m2. Portanto estes resultados apresentaram maior homogeneidade quando comparados aos resultados obtidos com as amostras de NIT.

O parâmetro de maior influência vem a ser força entre rolos, onde verifica-se que menores valores deste parâmetro impactam em deposições maiores de filmes de fosfato. Apesar disto, observa-se que o maior impacto ocorreu com a utilização de forças entre rolos de 60 kgf, enquanto para os valores de 100 e 150 kgf, os valores de camada apresentam pequenas variações compreendidas entre 0,43 á 0,7 g/m2.

Em suma, observa-se que para a deposição das camadas de NIT e pré-fosfato, os parâmetros de maior influência diferem para cada aplicação, sendo a condutividade mais influente para aplicação de NIT sobre o revestimento GI e a força entre os rolos para a deposição dos filmes de pré-fosfato.

A heterogeneidade das camadas é mais evidente nas amostras de NIT devido à baixa reatividade do produto com o revestimento de Zn, aliada ao baixo tempo de contato entre a solução e a chapa. Para deposição dos filmes de pré-fosfato a estabilidade é maior devido às propriedades de reatividade da solução quando em contato com o revestimento GA, também intensamente ativo, devido à presença do Fe

89

em sua composição.

4.3 AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DO COEFICIENTE DE ATRITO

4.3.1 Ensaios de Fricção em Material NIT

A figura 38 apresenta os resultados de ensaios de fricção planar obtido para as amostras de GI com e sem aplicação de NIT. Observa-se que nas amostras com pesos de camada de NIT da ordem de 33, 17 e 14 mg/m2 é evidente a redução e estabilidade dos valores de coeficiente de atrito quando comparados aos valores obtidos com as amostras de peso de camada de 4 mg/m2 e sem a aplicação de pós- tratamento. Nestas o coeficiente de atrito tem maior instabilidade e apresenta valores reduzidos (µ=0,13) até a pressão de contato de 30 MPa, assumindo valores mais elevados com o aumento da pressão de contato.

Para a amostra sem aplicação de NIT verifica-se que os valores de coeficiente de atrito são proporcionais ao aumento da pressão de contato, evidencia-se também a ocorrência do fenômeno de resistência ao deslizamento conhecido como “Stick Slip”, apartir da pressão de 45 MPa.

A figura 39 apresenta a média dos coeficientes de atrito obtido para as amostras em estudo, via fricção planar bem como a média do valor de coeficiente de atrito antes e depois da ocorrência do fenômeno de Stick-Slip na amostra de GI sem aplicação do filme de NIT.

Observa-se que as médias são inversamente proporcionais aos pesos de camada de NIT depositados, sendo mais elevados para a amostra de 4 mg/m2 e sem aplicação do pós-tratamento,devido a ocorrência do fenômeno de resistência ao deslizamento.

90

Figura 38 - Gráfico de ensaios de desgaste por fricção planar.


Figura 39 - Média dos coeficientes de atrito das amostras de NIT via ensaios de fricção planar.

Média de Coeficiente de Atrito das Amostras de NIT obtidos via Fricção Planar

0,12 0,120,13

0,17

0,22

0,17

0,24

0,00

0,03

0,05

0,08

0,10

0,13

0,15

0,18

0,20

0,23

0,25

0,28

0,30

GI+

33m

g/m

2N

IT

GI+

17m

g/m

2N

IT

GI+

14m

g/m

2N

IT

GI+

4m

g/m

2N

IT

GI +

Om

g/m

2N

IT

GI +

O m

g/m

2N

IT (

Ant

es d

oS

tick

Slip

)

GI +

O m

g/m

2N

IT (A

pós

doS

tick

Slip

)

Coe

ficie

nte

de A

trito

(u)


91

A figura 40 apresenta o gráfico obtido nos ensaios de desgaste por deslizamento via pino sobre disco para as amostras de GI com e sem aplicação de filme de NIT. Observa-se que em todos os casos a estabilidade e redução do coeficiente de atrito foi evidenciada apenas nos primeiros comprimentos percorridos pela esfera durante a realização do ensaio.

Portanto para a avaliação dos resultados obtidos para estas amostras, foi considerada uma condição de estabilidade que deve ser atingida até os primeiros 10 m de distância

A figura 41 apresenta a média dos valores de coeficiente de atrito (µ) obtidos para cada amostra até os primeiros 10 m, no intervalo de 10 a 50 m e ao longo de todo o ensaio (50 m).

Para as amostras com pesos de camada compreendidos entre 33 e 14 mg/m2,a estabilidade do valor de µ ultrapassa o limite de 10 m, apresentando médias 42 % menores quando comparados a condição de instabilidade (após 10 m) e 48 % menores quando comparado aos primeiros 10 m percorridos durante ensaio da amostra de GI sem NIT.

Para a amostra de 4 mg/m2,observa-se que a condição de estabilidade dos valores de µ foi limitada aos primeiros 10 m de ensaio, os valores de instabilidade excedem as médias de µ obtidas até mesmo com a amostra sem NIT atingindo valores estimados em 0,51.A redução foi identificada apenas no início dos ensaios sendo estimadas em 54 % quando comparado aos primeiros 10 m percorridos durante ensaio da amostra de GI sem NIT.

Com relação à amostra sem NIT observa-se que a média é similar ao longo de todo o comprimento percorrido durante o ensaio, com valores estimados em 0,48. Com relação a instabilidade evidenciada em todas as amostras a partir de um determinado comprimento percorrido, estima-se que seja referente ao rompimento do filme de NIT, ou seja, a partir desta instabilidade o ensaio estaria sendo realizado apenas sobre a camada de revestimento de zinco já tendo rompida a barreira formada pela deposição do filme de pós -tratamento.

92

Figura 40 - Gráfico de ensaios de desgaste pino sobre disco para amostras GI com NIT.

Gráfico do Coeficiente de Atrito das Amostras de GI com NIT Via Pino Sobre Disco

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 10 20 30 40 50 60

Distância Percorrida (m)

Coe

ficie

nte

de A

trito

(u

Amostra 0mg/m2 NIT

Amostra 33mg/m2 NIT

Amostra 4mg/m2 NIT

Amostra 14mg/m2 NIT

Amostra 17mg/m2 NIT


Figura 41 - Gráfico da média dos coeficientes de atrito-amostras de NIT via pino sobre disco

Gráfico Média de Coeficiente de Atrito Via Pino Sobre Disco

0,51

0,37

0,430,39

0,26

0,17

0,250,23

0,460,48

0,45

0,29

0,390,36

0,47

0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,500,55

GI+

0mg/

m2

GI+

4mg/

m2

GI+

14m

g/m

2

GI+

17m

g/m

2

GI+

33m

g/m

2

Coe

ficie

nte

de A

trito

(u) Média dos

Coeficientes deAtrito 0- 10 m

Média dosCoeficientes deAtrito Após 10 m

Média dosCoeficientes deAtrito 50


93

A figura 42 apresenta um comparativo das médias de coeficiente de atrito, obtidas via fricção planar e pino sobre disco para as amostras de NIT. Observa-se que apesar da diferença entre resultados, seguem a mesma tendência de ter valores de µ inversamente proporcionais a camada aplicada.

Através dos resultados obtidos via fricção planar pode-se verificar que a melhor opção se deu para amostras de peso de camada de 33 e 17 mg/m2 , enquanto via pino disco a melhor condição obtida foi com a amostra de 14 mg/m2.

Acredita-se que a obtenção de maiores valores obtidos via pino sobre disco está relacionada à possibilidade de rompimento da camada de revestimento durante o ensaio, e está relacionado com atrito gerado na região percorrida pela esfera, podendo levar a ocorrência de debris, ou até mesmo determinada resistência ao deslizamento durante o ensaio, acarretando em grandes oscilações no coeficiente de atrito. Para confirmação deste fenômeno de rompimento do revestimento, foram realizados análises da pista por microscopia óptica que serão detalhados na seção 4.3.3.

Figura 42 - Gráfico das médias de coeficiente de atrito obtidos via fricção planar e pino sobre disco-amostras GI com NIT.

Correlação da Média dos Coeficiente de Atrito por Fricção Planar x Pino Sobre Disco

0,17

0,25 0,23

0,120,120,130,17

0,22

0,46

0,26

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

GI+

0mg/

m2

GI+

4mg/

m2

GI+

14m

g/m

2

GI+

17m

g/m

2

GI+

33m

g/m

2

Coe

ficie

nte

de A

trito

(u)

MédiaFricçãoPlanar

MédiaPinoSobreDisco


94 4.3.2 Ensaios de Desgaste Material Pré-Fosfato

A figura 43 apresenta os resultados de ensaios de fricção planar obtido para as amostras de GA com e sem aplicação de pré-fosfato. A estabilidade e redução dos coeficientes de atrito (µ) são evidenciados em todas as amostras de GA com aplicação do filme de pré-fosfato, quando comparados a amostra de GA sem pós- tratamento. Apesar do resultado desejado ser evidenciado para qualquer espessura de filme depositado, observa-se que os melhores resultados de estabilidade de µ foram evidenciados para a amostra de 0,46 g/m2 de ZnPO4.

Para a amostra sem aplicação de pré-fosfato evidencia-se a ocorrência de resistência ao deslizamento ou Stick-Slip, apartir da pressão de 60 MPa.

A figura 44 apresenta a média dos coeficientes de atrito (µ) para as amostras com pré-fosfato, via fricção planar bem como a média do valor de coeficiente de atrito antes e depois da ocorrência de resistência ao deslizamento na amostra de GA sem aplicação do filme de ZnPO4.

Observa-se similaridade entre as médias de µ obtidas para qualquer espessura de filme de ZnPO4, depositado sobre a chapa revestida.A média de µ da amostra de GA sem pré-fosfato é mais elevada devido à ocorrência de resistência ao deslizamento a partir de pressões de contato elevadas.

Figura 43 - Gráfico de ensaios de desgaste por fricção planar.

Coeficiente de Atrito -Amostras de GA com Prefosfato

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Pressão de Contato (MPa)

Coe

ficie

nte

de

Atr

ito (u

) Amostra GA semPrePO4

Amostra GA +0,46g/m2 PrePO4

Amostra GA+0,53g/m2PrePO4

Amostra GA+0,63g/m2PrePO4

Amostra GA+1,15g/m2 PrePO4


Stick-Slip

95

Figura 44 - Média dos coeficientes de atrito das amostras de GA com pré-fosfato via fricção planar

Média de Coeficiente de Atrito das Amostras de Pré-Fosfato obtidos via Fricção Planar

0,17

0,15 0,14

0,12 0,12 0,12 0,12

0,00

0,03

0,05

0,08

0,10

0,13

0,15

0,18

0,20

0,23

0,25

0,28G

A+

1,15

g/m

2

GA

+0,6

3g/m

2

GA

+0,5

3g/m

2

GA

+0,4

6g/m

2

GA

+0g/

m2

GA

+0 g

/m2

(Até

60

Mpa

)

GA

+0 g

/m2

(Apa

rtir

de 6

0M

pa)

Coe

ficie

nte

de A

trito

(u)


A figura 45 apresenta os resultados de coeficiente de atrito (µ) obtidos através dos ensaios de desgaste via pino sobre disco para as amostras de GA com e sem aplicação de filme de pré-fosfato. Estes ensaios confirmam os resultados já evidenciados via fricção planar para as amostras em análise, pois observa-se que para todos os pesos de camada de ZnPO4 depositados sobre a chapa revestida verifica-se a redução e estabilidade dos valores de µ durante todo o comprimento percorrido pela esfera durante o ensaio (50 m ) .

A figura 46 apresenta a média dos valores de µ obtidos para cada amostra até os primeiros 10 m, no intervalo de 10 á 50 m e ao longo de todo o ensaio (50 m).

Para as amostras com pesos de camada de 1,15 á 0,46 g/m2 a estabilidade do valor de µ é constante durante todo ensaio, sendo similar ao valor da média de µ para os primeiros 10 m da amostra de GA sem pós-tratamento e 33,3 % menores quando comparado à condição de instabilidade para esta amostra, intervalo de 10 á 50 m.

96 Figura 45 - Gráfico de ensaios de desgaste pino sobre disco amostra de

GA com pré-fosfato via pino sobre disco

Gráfico do Coeficiente de Atrito das Amostras de GA com Pré-fosfato Via Pino Sobre Disco

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0 10 20 30 40 50 60

Distância Percorrida (m)

Coe

ficie

nte

de A

trito

Amostra 0 g/m2 PO4

Amostra 0,46 g/m2PO4

Amostra 0,53 g/m2PO4Amostra 0,63 g/m2PO4

Amostra 1,15 g/m2PO4


Figura 46 - Gráfico da média dos coeficientes de atrito-amostras GA com pré-fosfato via pino sobre disco

Gráfico Média de Coeficiente de Atrito Via Pino Sobre Disco-Amostras GA com Pré-Fosfato

0,14 0,13 0,140,14 0,140,13 0,13

0,210,140,130,140,14

0,130,140,18

0,000,05

0,100,150,200,25

0,300,350,400,45

0,500,55

GA

+0g

/m2

GA

+0,

46g/

m2

GA

+0,

53g/

m2

GA

+0,

63g/

m2

GA

+1,

15g/

m2

Coe

ficie

nte

de A

trito

(u)

Média dosCoeficientes deAtrito 0-20m

Média dosCoeficientes deAtrito Após 20m

Média dosCoeficientes deAtrito 50


97

A figura 47 apresenta a curva das médias de coeficiente de atrito, obtidas via fricção planar e pino sobre disco para as amostras com pré-fosfato. Observa-se que os resultados obtidos entre os dois métodos são muito semelhantes, apresentando maiores variações nas amostras de 1,15 , 0,53g/m2 de ZnPO4 e GA sem aplicação de pré-fosfato.

Observa-se a obtenção de valores mais elevados de µ obtidos via pino sobre disco, fator também evidenciado nos estudos de correlação de métodos realizados para as análises de revestimento GI com aplicação de filmes de NIT.

Figura 47 - Gráfico de dispersão das médias de coeficiente de atrito obtidos via fricção planar e pino sobre disco-amostras GA com pré-

fosfato.


Por fim, os ensaios de desgaste via fricção planar e pinos sobre disco demonstram que para as amostras de NIT, dentro das particularidades de cada método, ambos foram eficientes na avaliação de coeficiente de atrito e a condição de estabilidade foi alcançada para as amostras com pesos de camada de 33 á 14 mg/m2, e a ocorrência de resistência ao deslizamento é evidenciada na amostra sem NIT apartir de um determinado momento dos ensaios, dados pelo valores de 45 MPa

98 ou 25 m .

Nas amostras de pré-fosfato há similaridade entre os valores de µ obtido pelos dois métodos de avaliação de desgaste atingindo condição de redução e estabilidade de µ para qualquer camada de ZnPO4,com destaque para a amostra de 0,46 g/m2 A ocorrência de resistência ao deslizamento ou Stick-Slip, para a amostra de GA sem pré-fosfato é atingida apartir da pressão de 60 MPa ou 25 m de pista percorrida

4.3.3 Análise das Trilhas de Desgaste

Como complemento aos ensaios de desgaste por deslizamento via pino sobre disco, foram realizadas análises de microscopia óptica com o objetivo de observar o aspecto das trilhas de desgaste.

Para as diferentes condições avaliadas nas amostras com aplicação de NIT e pré-fosfato, desejou-se também verificar se o substrato foi atingido pelo contato com a esfera durante realização do ensaio.

Para as amostras de GA com pré-fosfato, para qualquer gramatura apresentada, observou-se desgaste apenas na camada superficial do revestimento, sem atingir o substrato. Como o coeficiente de atrito para estas amostras apresenta-se estável, a hipótese é plausível, visto que o desgaste então é dado apenas na camada de pré-fosfatização.

No caso das amostras de GA sem pré-fosfato não se pode afirmar o mesmo, pois além da pista formada pelo desgaste ser mais larga, observou-se indícios de que atingiu-se parcialmente o aço, ultrapassando a barreira do revestimento,esta suspeita é confirmada pelo coeficiente de atrito, que neste caso apresenta aumento até o fim do ensaio. A figura 48 mostra a micrografia da amostra com 1,15 g/m² de ZnPO4 e sem pré-fosfato.

99

Figura 48 - Micrografia das condições: (a) PP 1,15 g/m², (b) Sem PP. com ampliação de 100x.

Fonte: A autora, 2013. Comparando as amostras de NIT, a amostra de peso de camada

de 33 mg/m2 foi a que apresentou a pista de desgaste mais larga, porém somente através desta análise não se pode afirmar que para alguma das gramaturas apresentaram o rompimento total do revestimento, inclusive a amostra de GI sem NIT, este fator está relacionado a baixa espessura dos filmes de NIT , dados em mg/m2, quando comparados aos valores de filmes de pré-fosfato depositados sobre a chapa revestida , que por sua vez é dado em g/m2 , estima-se que baixa espessura facilite a ocorrência de desgaste por abrasão ,além do aumento e irregularidade do comportamento do coeficiente de atrito partindo da superfície até o contato com o substrato das amostras. A figura 49 mostra as micrografias da amostra de 33 mg/m2 , 4 mg/m2 e GI sem aplicação de NIT.

(a) (b)

100

Figura 49 - Micrografia das condições: (a) NIT 4 mg/m², (b) NIT 33 mg/m², (c) Sem NIT , (200 µ m).


4.4 AVALIAÇÃO DA CONFORMAÇÃO DAS AMOSTRAS

4.4.1 Ensaios de Embutimento Erichsen

Para realização dos ensaios de embutimento Erichsen foram selecionadas amostras de GI e GA com deposição de NIT e pré-fosfato com espessuras de camada altas e intermediárias conforme quadro 12 descrita abaixo. Foram realizados 3 testes considerando as mesmas condições de amostras afim de obter maior confiabilidade nos resultados obtidos.

O ensaio consistiu em embutir amostras galvanizadas com e sem aplicação dos filmes de pós-tratamento. Para avaliar as amostras sem aplicação de pós-tratamento foi necessário remover os filmes de pré-fosfato e NIT através da imersão dos corpos de prova contendo pós-tratamento em solução de dicromato de amônio 11,2 g e 1000 ml de hidróxido de amônio para 1L de solução, afim de manter preservado o revestimento de zinco .

101

Quadro 12 - Condição das amostras NIT e pré-fosfato avaliadas nos ensaios de embutimento.


As figuras 50 e 51 apresentam os gráficos do ensaio de embutimento. Os resultados expressos referem-se as médias obtidas entre os resultados das 3 amostras analisadas em cada condição proposta.

Figura 50 - Gráfico de embutimento Erichsen para as amostras com NIT

Ensaios de Embutimento Erichsen -Amostras NIT

9,509,53 9,639,93

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5

11,0

Em

butim

ento

(Com

NIT

)

Em

butim

ento

(S

em N

IT)

Em

butim

ento

(mm

)

33mg/m2

17mg/m2


102 Figura 51 - Gráfico de embutimento Erichsen para as amostras com pré-

fosfato

Ensaios de Embutimento Erichsen -Amostras Pré-Fosfato

10,33 10,20

9,27

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5

11,0

11,5 C

om P

ré-F

osfa

to

Sem

Pré

-Fos

fato

Em

butim

ento

(m

m)

1,15g/m2

0,63g/m2


Através da figura 50 verifica-se que a amostras contendo NIT em espessuras altas e intermediárias, apresentam resultados inferiores de embutimento quando comparados a amostras que sofreram remoção do filme de pós-tratamento. Como este fator foi verificado em ambas as amostras com aplicação do produto com camadas variadas, duas hipóteses devem ser consideradas, a primeira delas seria de que apesar da camada de produto ser muito fina a mesma pode sofrer rompimento diante da força aplicada pelo pistão da prensa, contaminando a ferramenta e dificultando o deslizamento até a fratura do material.

A segunda seria de que devido a pequena área estimada para os corpos de prova utilizados nos testes e o modelo de deformação adotado no ensaio, o mesmo pode não ser aplicado para avaliação de critérios de conformação de amostras de GI com aplicação de pós-tratamento NIT.

Já para os resultados obtidos nos ensaios para as amostras com pré-fosfato, ilustrados na figura 51, observa-se ganhos de altura de embutimento para as amostras com aplicação do filme de pós-tratamento. Esta diferença passa a ser mais evidente com amostras de espessuras intermediárias 0,63 g/m2.

Estima-se que para valores elevados de pesos de camada a partir

103

da aplicação de força o filme de fosfato pode desprender partículas que influenciem nos resultados obtidos, trazendo como consequência, aumento de contaminação do ferramental das prensas, podendo proporcionar redução de produtividade para processos de estampagem.

Diante destes resultados verifica-se que os ensaios de embutimento não são eficientes para avaliação de conformação das amostras de GI com NIT, mas por sua vez identificam resultados pertinentes para as amostras de GA com aplicação de pré-fosfato em espessuras estimadas na ordem de 0,63 g/m2.

4.4.2 Ensaios de Perda de Massa

Os ensaios de Perda de Massa foram realizados considerando as condições de amostras descritas na quadro 8.

As figuras 52 e 53 apresentam respectivamente, os gráficos de resultados de perda de massa para as amostras com e sem aplicação de NIT e pré-fosfato. Novamente os resultados equivalem as médias das 3 amostras analisadas em cada condição avaliada.

Figura 52 - Gráfico de perda de massa para as amostras com NIT.

Ensaios Perda de Massa -Amostras de NIT(g/m2)

0,040,04

0,07

0,09

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

33m

g/m

2

17m

g/m

2

Per

da d

e M

assa

(m

g/m

2)

Com NIT

Sem NIT


104 Figura 53 - Gráfico de perda de massa para as amostras com pré-fosfato.

Ensaios de Embutimento Erichsen -Amostras Pré-Fosfato

10,70

10,33

9,27

10,20

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

1,1

5g

/m2

0,6

3g

/m2

Em

butim

ent

o (

mm

)

Com Pré-Fosfato

Sem Pré-Fosfato


Na figura 52 observa-se que os resultados de perda de massa são significativamente melhores para as amostras com deposição de NIT. A redução de perda de massa foi similar para ambos os valores de pesos de camada de NIT avaliados no ensaio.

Desta forma evidenciou-se que a aplicação do produto foi benéfica para minimizar problemas de powdering medidos através do aumento da perda de massa obtida após a conformação das amostras, nesta faixa de peso de camada avaliado.

Para as amostras com aplicação de pré-fosfato, através da figura 53 evidencia-se que a deposição de pré-fosfato trouxe aumento do potencial de ocorrência de powdering, sendo que esta influência passa a ser mais evidente para as amostras de maior peso de camada de ZnPO4 .

Através deste ensaio evidencia-se que a melhor alternativa vêm a ser a opção de filmes de ZnPO4 de espessuras intermediárias, onde a fragilização por powdering teve um aumento menos relevante quando comparado as amostras que sofreram remoção do filme de pós tratamento.

Importante ressaltar que estes resultados não contradizem os ganhos de conformação obtidos nos ensaios de desgaste com aplicação de pós-tratamento, o que ocorre na prática é um possível ganho de produtividade nas peças estampadas, associado a minimização de

105

desclassificação de materiais por fraturas ou outros problemas associados á ocorrência de desgaste entre peça e ferramental das prensas, mas deve-se considerar um pequeno aumento, ou a não redução do número de trocas de matrizes ou limpeza da mesma devido a presença de contaminação com pó de zinco ou fosfato .

Deve-se também considerar que estima-se que a variação de perda de massa evidenciada entre as amostras com e sem aplicação de NIT e pré-fosfato está vinculada a perda destes produtos após conformação, preservando a camada de revestimento de zinco.

4.5 ENSAIOS METALOGRÁFICOS

4.5.1 Filmes de NIT

Para verificação da microestrutura dos filmes de NIT depositados sobre o revestimento GI, foram realizadas análises metalograficas afim de visualizar a superfície das amostras. Para isto selecionou-se amostras de GI com pesos de camada de NIT da ordem de 33, 17 e 0 mg/m2 de enxofre.

A figura 54 ilustra a análise de superfície realizada via MEV para a amostra de peso de camada de 33 mg/m2 de enxofre. , onde visualiza-se na superfície a predominância de regiões claras , mas existência também de estrias mais escuras sobre a superfície da amostra.

Através da análise química por sonda ,também ilustrada na figura 54, observou-se que as regiões escuras, com formato semelhante á estrias, representam a deposição dos filmes de NIT, enquanto as regiões claras representam a morfologia típica do revestimento GI. O quadro 13 apresenta os resultados da análise de micrografia onde confirmou-se a presença de enxofre nas regiões escuras (ponto 1,3 e 5) e de Zn nos pontos claros (1 e 4), concluindo-se que a deposição de NIT se dá de forma heterogênea, mas distribuída sobre toda a superfície do revestimento.

106

Figura 54 – Micrografias da amostra de GI com 33 mg/m2 de enxofre, via MEV/EDS . (a) Superfície da amostra (30 x);(b) Região escura da amostra (2000x); (c)Região Clara(2000x); (d) análise química região

claras e escuras.


Quadro 13 - Composição química via EDS da amostra de GI com 33mg/m2 de enxofre.

Região O (%) S (%) Zn (%)

1 0,35 0,69 98,96 2 - - 100 3 0,87 3,04 96,09 4 0 0 100 5 0,59 0,88 98,53


A figura 55 apresenta a análise de superfície via MEV para a amostra de GI com 17 mg/m2 de S , onde visualizam-se que as faixas ou estrias de diferentes colorações não são identificadas na superfície desta amostra . A análise química via sonda, realizada, segue apresentada no

a b

c d

107

quadro 14 onde verifica-se que não foi identificada a presença de enxofre nos pontos selecionados para análise.

Figura 55 - Análise de superfície da amostra de GI com 17 mg/m2 de enxofre, via MEV/EDS. (a) Superfície da amostra (30 x); (b) análise da amostra de GI (200x); (c) análise da amostra de GI (2000x); (d) análise

química região claras e escuras.


Quadro 14 - Resultados da análise EDS e peso de camada da amostra de GI com 12 mg/m2 de enxofre.

Região Al (%) Zn (%) Camada enxofre (mg/m²)

1 1,15 98,85 2 - 100 3 - 100 4 - 100

17,81


A figura 56 apresenta os resultados da análise superfície via

a

c

b

d

108 MEV para a amostra de GI com 0 mg/m2 de NIT. Observa-se que não se identifica a presença de estrias escuras, que por sua vez representaram na figura 54, a presença de deposição de filmes de NIT.

O quadro 15 representa os resultados de análise química e peso de camada realizados para esta amostra, onde não visualizou-se a presença de enxofre, mas sim somente a composição típica da superfície do revestimento GI, contendo Zn e Al .

Figura 56 - Análise de Superfície da amostra de GI com 0 mg/m2 de Enxofre, via MEV/EDS. (a) Superfície da amostra (30 x); (b) análise da amostra de GI (200x); (c) análise da amostra de GI (2000x); (d) análise

química região claras e escuras.


Quadro 15 - Resultados da análise EDS e da amostra de GI com 0mg/m2

de enxofre.

Região Al (%) Zn (%) Camada enxofre (mg/m²)

1 1,15 98,85 2 - 100 3 - 100 4 - 100

0,06


a b

c d

109

Através do comparativo da microestrutura de amostras com 33 e 0 mg/m2 de NIT , ilustrada na figura 57 , observa-se que a alteração da microestrutura após a deposição dos filmes de NIT ocorreu somente através da identificação de estrias superficiais, que por sua vez representam a presença de enxofre sobre a superfície .

A presença do enxofre tornou-se visível microscopicamente somente com amostras de altos pesos de camada de NIT, pois para as amostras de 17 mg/m2 não foi identificado alteração de microestrutura , isto é observado quando visualiza-se as figuras 55 e 56.

Nos casos de pesos de camada menores que 33 mg/m2 ,a presença do NIT só é confirmada através da determinação de ensaios de peso de camada de NIT via ICP-Plasma , através da determinação do elemento enxofre.

Figura 57 - Comparativo entre as microestruturas de amostras GI com aplicação de NIT (a) e sem a presença do pós-tratamento químico (b).


As análises de seção transversal foram realizadas na amostra de 33 mg/m2 de NIT. Os ensaios foram feitos via MEV-EDS e os resultados obtidos seguem ilustrados na figura 58, observa-se que a deposição do pós-tratamento se dá de forma muito heterogênea, concentrando-se em regiões onde se identifica irregularidades de revestimento. Devido a dificuldade de visualização destes filmes, optou-se por analisar dois pontos (1 e 2) da mesma amostra onde supostamente identificou-se a presença de um filme que representa a deposição de enxofre.

A análise química realizada nos pontos 1 e 2 ,seguem ilustradas nos quadros 16 e 17 respectivamente, identificando a presença de enxofre em alguns pontos posicionados sobre as regiões onde esperava-se localizar.

a b

110

Através da análise de EDS realizada no Ponto 1, e ilustrada na figura 59, observa-se, conforme quadro 14, que as regiões 1 e 2 representam os locais de deposição dos filmes de NIT, as regiões 3 e 4 representam a camada intermetálica devido a presença dos 3 elementos principais, Fe, Al e Zn que compõe a fórmula molecular Fe2Al5Zn, enquanto a região 5 representa a camada de revestimento GI, formada especificamente por Zn.

Figura 58 - Análise de seção transversal dos pontos 1 e 2 , da amostra de GI com 33 mg/m2 de NIT com (3000X),(5000x) via MEV /EDS.


Fase Zeta

111

Figura 59 - Análise de seção transversal, da amostra de GI com 33 mg/m2 - Ponto 1 via EDS


Quadro 16 - Resultados dos ensaios de EDS para a seção transversal da amostra de GI com 33 mg/m2 de enxofre (Ponto 1).

Ponto O (%) Al (%) Fe (%) S (%) Zn(%)

1 1.51 - 2.93 95.56 2 1.39 - 3.65 94.97 3 - 8.34 48.89 42.76 4 - 9.60 54.60 35.80 5 - - 100.00


A análise química realizada sobre o ponto 2 da amostra de seção transversal com 33 mg/m2 de enxofre, segue ilustrada na figura 60 e quadro 17 e evidencia que as regiões 1 e 2 representam os locais de deposição dos filmes de NIT , as regiões 3 e 4 representam a camada intermetálica devido a presença dos 3 elementos principais, Fe, Al e Zn que compõe a fórmula molecular Fe2Al5Zn, enquanto a região 5 representa a camada de revestimento GI, formada especificamente por Zn e a região 6 representa o substrato das amostras composta pelo

Ponto 1

112 elemento Fe.

Figura 60 - Análise de seção transversal, da amostra de GI com 33 mg/m2- Ponto 2 via EDS


Quadro 17 - Resultados dos ensaios de EDS para os ensaios de seção transversal da amostra de GI com 33 mg/m2 de enxofre (Ponto 2)

Ponto O (%) Al (%) S (%) Fe (%) Zn (%)

1 1.99 - 3.11 - 94.89

2 1.67 - 1.96 - 96.37 3 - 5.71 - - 61.47 4 - 3.15 - 29.65 67.20 5 - - - 100.00 6 - - - 100.00


Finalmente pode-se avaliar que a deposição de NIT sobre o aço revestido GI ocorre de forma superficial, sendo visível microscopicamente somente para pesos de camada de valores estimados em 33 mg/m2. Para valores intermediários, estudados neste trabalho como da ordem de 17 mg/m2, a microestrutura é idêntica a encontrada para o revestimento GI sem pós tratamento, podendo identificar a camada de enxofre somente através de ensaios de pesos de camada . Os

Ponto 2

113

ensaios de seção transversal comprovam a heterogeneidade dos filmes de pós-tratamento depositados sobre o revestimento GI.

4.5.2 Filmes de Pré-Fosfato

Foram realizadas análises de superfície via MEV-EDS, afim de compreender o comportamento da superfície do filme de pré-fosfato depositado sobre a chapa . Observa-se inicialmente que as amostras apresentam faixas longitudinais que se destacam com maior intensidade e nas amostras com maior espessura de filme depositado, mas não deixando de estarem presentes nas amostras com camadas de fosfato menos espessas.

Para conhecer este fenômeno, optou-se por analisar amostras com aplicação de 1,15 g/m2 e 0,4 g/m2 de fosfato, segundo ilustração mostrada na figura 61.

Figura 61 - Superfície amostras com peso de camada de pré-fosfato da ordem de 1,15 e 0,4 g/m2.


A análise de morfologia destas amostras, ilustradas na figura 62 e 63, demonstra que há regiões de microestrutura amorfa e outras de formação cristalina, sendo que a distribuição do elemento fósforo ocorre irregularmente sobre a superfície de ambas as amostras.

Peso de Camada 1,15 g/m2 -FI Peso de Camada 0,4 g/m2 -FS

SL SL

114

Figura 62 - Análise de superfície da amostra de 1,15 g/m2, (500x), (2000x), via MEV/EDS


Nas regiões de faixas “escuras”, ocorre maior deposição de fósforo, formando uma microestrutura amorfa em algumas regiões, enquanto nas faixas mais “claras” ocorre deposição de fósforo em menor proporção, caracterizando maior quantidade de pontos formação de microestrutura cristalina que pode ser confundida com a microestrutura formada pelo revestimento GA sem aplicação de pré-fosfato.

Fase Zeta

Regiões Escuras Regiões Claras

115

Figura 63 - Análise de superfície da amostra de 0,4g/m2, (500x), (2000x), via MEV.


No quadro 18 figura 64, segue análise de composição química das regiões claras e escuras presente em ambas amostras pré-fosfatizadas em análise.

Regiões Escuras

Fosfato

Regiões Claras

Fase Zeta

116 Figura 64 - Análise EDS para identificação de composição química das regiões claras e escuras da superfície de amostras com aplicação de pré-

fosfato.


Quadro 18 - Composição química da amostra ilustrada na figura 4.3.

Ponto Região O (%) Al (%) P (%) Fe (%) Zn (%) 1 2,79 - 11,4 6,42 79,39 2 3,11 - 11,02 5,87 80 3 1,74 0,46 7,44 7,58 82,78 4 0,62 0,32 1,88 8,1 89,08 5 0,68 - 2,44 8,14 88,74 6 0,80 - 1,53 7,86 89,8 7

Mancha Escura

1,51 - 7,33 7,75 83,41 1 1,25 0,29 2,94 7,47 88,05 2 1,45 - 5,56 7,94 85,06 3 0,84 - 1,05 7,34 90,77 4 1,00 0,39 2,34 8,65 87,61

5 0,97 0,46 1,93 8,24 88,4

6 - - 0,52 6,91 92,57 7

Mancha Clara

- 0,46 - 7,27 92,26


Mancha Escura Mancha Clara

117

Foram realizadas também análises microestruturais via MEV, nas mesmas amostras selecionadas anteriormente, 1,15 g/m2 e 0,4 g/m2 de fosfato, afim de avaliar a superfície com mais pontos de visualização, neste momento, sem interesse nas faixas presentes na superfície. A figura 65 apresenta os resultados das análises para a amostra de 1,15 g/m2 enquanto a quadro 19, apresenta a composição química para a respectiva amostra.

Já na figura 66 seguem análises de superfícies da amostra de 0,4 g/m2 no quadro 20 a composição química analisada via EDS.

Figura 65 - Análise de superfície da amostra de GA com 1,15g/m2 de ZnPO4 ,(500x),(2000x ) via MEV/EDS.


Núcleos de fosfato

Fase Zeta

118

Quadro 19 - Composição química da amostra de GA com 1,15g/m2 de ZnPO4.

Ponto O

(%) Al

(%) P

(%) Fe

(%) Zn (%)

1 4,65 - 19,35 2,81 73,19 2 0,70 0,60 0,94 8,00 89,76 3 1,06 - 4,81 7,42 86,71 4 - - - 6,82 93,18 5 4,13 - 18,14 3,08 74,65 6 6,04 - 20,34 3,11 70,51 7 - 0,3 0,55 6,91 92,24


Figura 66- Análise de superfície da amostra de GA com 0,4 g/m2 de ZnPO4 (500x),(2000x) e (5.000x) via MEV /EDS.

Figura 4.9. Análise de Superfície da amostra de 1,15 g/m2 , via EDS . Tabela 4.8.Composição


Baixo Relevo

Fase Zeta

119

Quadro 20 - Composição química da amostra de GA com 0,4 g/m2 de ZnPO4

Ponto O (%) Al (%) P (%) Fe (%) Zn (%)

1 2,13 0,35 9,53 6,38 81,61 2 1,36 - 3,75 8,67 86,22 3 - 0,22 0,33 8,41 91,04 4 - 0,30 0,25 8,13 91,32 5 0,44 - 1,47 7,7 90,39


Observou-se que nas amostras de maior peso de camada foi identificada a presença de regiões amorfas, mas há também a presença de núcleos de fosfato (Ponto 1- Figura 64), que poderiam formar cristais, caso a concentração de fósforo se encontrasse de forma mais acentuada, como o que ocorreu no ponto 6 da análise de EDS, quadro 18, onde verificou-se a formação de cristais de fosfato , propriamente ditos.

Já na amostra de peso de camada de 0,4 g/m2 ocorre a formação de regiões de baixo relevo, onde encontra-se maior deposição de fósforo,conforme quadro 19. Observou-se na figura 66 que estas regiões não apresentaram microestrutura cristalina. Importante ressaltar que em ambas as amostras a presença de fase zeta é referente a constituição das fases do revestimento GA.

Após avaliação de superfície pode-se verificar que a formação de cristais de fosfato nas aplicações de pós-tratamento de pré-fosfatização está associada a pesos de camadas mais elevados, enquanto que para valores mais baixos a presença de fosfato na superfície esta vinculada a formação de microestrutura do tipo amorfa.

Para possibilitar a verificação da possível modificação da microestrutura da superfície obtida com aplicação do pós-tratamento, realizou-se também análise de superfície via MEV e EDS de amostras de GA sem aplicação de Pré-Fosfato, conforme figura 67 e quadro 21.

120

Fase Zeta

Figura 67 - Análise de superfície da amostra de GA sem pré-fosfato com (500x), (2000x) e (5.000x) via MEV /EDS.

.


Quadro 21 - Resultados análise EDS superfície da amostra GA sem pré- fosfato

Ponto Al (%) Zn (%) Fe (%)

1 0,52 91,14 8,34 2 - 91,31 8,69 3 0,32 92,13 7,55 4 0,46 91,99 7,55


Fase Zeta

121

A figura 68 apresenta o comparativo da microestrutura obtida para amostras de GA com aplicação do filme de pré-fosfato e sem a aplicação do pós-tratamento proposto. Observou-se que a deposição do filme, altera parcialmente a microestrutura do revestimento, mantendo a presença de fases zeta e das impressões rugosidade e marcas decorrentes do fenômeno de encruamento superficial que ocorre após a torre de resfriamento em linhas de galvanização contínua.

Figura 68 - Comparativo entre as microestruturas de amostras com aplicação de pré-fosfato e sem a presença do pós-tratamento químico.


Através das análises de seção transversal realizadas na amostra de filme de camada de 1,15g/m2 de ZnPO4 via FEG e ilustrada na figura 69, observou-se que a deposição de fosfato ocorreu nas regiões de baixo relevo da superfície do revestimento . Esta confirmação se dá através da análise química do filme aplicado via EDS, cujo resultado encontram-se apresentados no quadro 22.

Devido a dificuldade de identificar os filmes de pré-fosfato em camadas de pesos de camada elevados, optou-se por não realizar os ensaios em amostras com pesos de camada de valores inferiores.

Superfície do Revestimento GA sem

aplicação de Pré- Fosfato

Formação de fosfato

Fase Zeta

Fase

Superfície do Revestimento GA com

aplicação de Pré- Fosfato

122 Figura 69 - Análise de superfície da amostra de GA sem pré-fosfato com

(1000x), (2000x) e (4.000x) via MEV /EDS.


Quadro 22 - Resultados de análise de seção transversal da amostra de 1,15 g/m2 de ZnPO4, , via EDS

Ponto C O P Fe Zn

1 24.69 67.73 1.43 5.44 2 2.65 25.80 6.58 64.97 3 2.14 24.93 7.41 65.51 4 1.04 31.68 67.28 5 6.86 34.75 0.87 6.83 50.68


Fase Zeta

123

Afim de identificar as fases e também a microestrutura formada no revestimento GA , bem como a identificação das fases formadas , e espessura de fase Γ em micrometros, realizou-se ataque com solução Kirck Patrick da amostra de seção transversal de GA com 1,15 g/m2 de ZnPO4.

O resultado das análises químicas segue ilustrado na figura 70 e quadaro 23. Para melhor visualização da morfologia do revestimento foram realizadas análises em ambas as faces da chapa (Face Superior-FS e Face Inferior-FI)

Figura 70 - Seção transversal da amostra de GA com 1,15 gm2 de ZnPO4.


Quadro 23 - Espessura de fase Γ da amostra de 1,15 g/m2 de ZnPO4

Face Espessura Fase Γ

(µm) Superior 0,54 Inferior 0,52


Observa-se através do quadro 23, que a espessura da fase Γ é muito similar entre as faces da amostra analisada, esta informação garante a estabilidade do processo de galvanização durante a aplicação e ajuste de camada de revestimento de zinco, além de promover boa

124 aderência de revestimento no contato do Zn com o Fe do substrato.

Da mesma forma como identificado nas deposições dos filmes de NIT, no caso do pré-fosfato os filmes se formaram com grandes heterogeneidades sobre a superfície do revestimento GA, alterando parcialmente sua microestrutura.

A deposição de fosfato se deu nas regiões de vales de rugosidade do revestimento, com tendência a morfologia amorfa, mas diante de altas concentrações de fosfato, esta apresentou formações de núcleos de fosfato que estima-se que seja um possível crescimento de cristais de fosfato. Os ensaios de seção transversal identificaram a deposição de fosfato nas regiões de baixo relevo, mantendo a característica dos revestimentos GA e suas fases formadas.

4.6 REMOVIBILIDADE DOS FILMES DE PÓS TRATAMENTO

Os ensaios de removibilidade foram realizados considerando 11 condições de limpeza diferentes para as chapas com aplicação de NIT e pré-fosfato. Afim de avaliar o potencial de remoção de cada banho após imersão, as amostras foram decapadas com o objetivo de detectar via ICP-Plasma a quantidade de enxofre e fósforo ainda presente nas amostras após a imersão das mesmas nos banhos de desengraxe.

A melhor condição é dada no momento em que for detectado nas amostras após limpeza, resultados próximos aos identificados nas amostras sem aplicação de filme de pós-tratamento e inferiores aos obtidos nas amostras com aplicação de pós-tratamento de 20 mg/m2 de enxofre e 0,96 g/m2 de ZnPO4.

4.6.1 Removibilidade Do Filme de NIT

O quadro 24 apresenta os valores da concentração de enxofre para as amostras de GI sem NIT e GI com NIT selecionadas como padrão de referência para as demais amostras analisadas por ensaios de removibilidade.

125

Quadro 24 - Resultados de ppm´s de enxofre para amostras padrão do teste de removibilidade do filme de NIT.

Amostras Padrão ppm´s de Enxofre Resultado (mg/m²)

GI sem NIT 0,042 0,75 GI com NIT 1,13 20,77


Através dos resultados do quadro 25 observa-se que o potencial de remobilidade do filme de NIT passou a ser eficiente para as condições simuladas nos testes 1, 5 e 11. Nos dois primeiros casos trabalhou-se com concentrações de solução alcalina da ordem de 20 g/l, condição esta semelhante ao utilizado nas montadoras automotivas, este parâmetro se torna eficiente a partir do aumento de temperatura (85 °C) e tempo reduzido (1 min) ou em simulações com aumento do tempo de imersão (10 min) e temperaturas ambiente (21°C).

Na condição 11 observa-se que a simulação com concentrações elevadas 30 g/l também favorecem a condição de removibilidade em curto espaço de tempo (3 min). Já a condição 2 é caracterizada com uma identificação de um erro de medição , devido á apresentação de valores de enxofre inferiores aos encontrados na amostra sem deposição de NIT como consequência de valores abaixo da escala de leitura do equipamento Plasma.

Quadro 25 - Resultados de ppm de enxofre obtidos nos teste de remobilidade para as amostras com NIT.


126

Através do comparativo dos valores de ppm de enxofre obtido nas condições citadas como ideais e amostra padrão (sem NIT), verifica-se que nas 3 condições não há ataque do revestimento, visto que a concentração de enxofre identificada como residual nas amostras avaliadas foi similar aos valores na amostra sem pós-tratamento.

Desta forma observa-se que o filme de NIT pode ser removido da chapa revestida após cumprir sua função de melhoria de condições de conformação, não trazendo consequências negativas para os processos posteriores de linhas automotivas como fosfatização e pintura.

4.6.2 Removibilidade Do Filme de Pré-Fosfato

O quadro 26 apresenta os valores da concentração de fósforo para as amostras de GA com e sem pré-fosfato, selecionadas como padrão de referência para as demais amostras analisadas por ensaios de remobilidade.

Quadro 26 - Resultados de ppm de fósforo para amostras padrão do teste de removibilidade do filme de pré-fosfato.

Amostras Padrão ppm de Fósforo

Resultado (g/m²)

GA Sem Pré-fosfato 0,261 0,06 GA Com Pré-fosfato 4,18 0,96


Através dos resultados do quadro 27 observa-se que a remoção dos filmes de pré-fosfato passa a ser eficiente para as condições simuladas nos testes 7 e 8. A concentração de solução alcalina da ordem de 20 g/l foi eficiente para remoção á temperaturas de 60 á 70 °C e um curto tempo de imersão estimado em 5 min.

127

Quadro 27 - Resultados de ppm´s de fósforo para amostras padrão do teste de removibilidade do filme de pré-fosfato.


Novamente a razão pelo qual as simulações 7 e 8 foram dadas como ideais relaciona-se ao fato de que em ambos os casos o potencial de remoção foi similar aos obtidos na amostra padrão (sem Pré-fosfato), evidenciando remoção do filme de pós-tratamento sem atacar o revestimento de zinco. As condições 2,4,5 foram consideradas como pontos de erro de medição devido a identificação de valores abaixo da escala de leitura do equipamento Plasma.

O filme de pré-fosfato é então removível da chapa em condições similares as aplicações de montadoras automotivas, eliminando a possibilidade de incompatibilidade com processos posteriores á estampagem.

4.7 CORROSÃO

Para análise de resistência à corrosão de chapas com aplicação de filmes de pré-fosfato, selecionou-se amostras de 0, 0,53 e 0,95 g/m2 ZnPO4. A figura 71 ilustra as amostras no ciclo de zero do ensaio, ou seja, antes do início do mesmo. Neste caso observou-se que nenhum ponto de oxidação foi evidenciado nos corpos de prova antes do

128 fechamento da câmara e exposição das amostras aos ambientes de agressividade climática simulados durante a realização do ensaio.

Figura 71 - Amostras com filmes de pré-fosfato, no início dos ensaios de corrosão


Os primeiros pontos de oxidação foram evidenciados com 29 ciclos de ensaio, 696 horas nas amostras de GA sem aplicação de ZnPO4

conforme figura 72 . Nesta amostra observou-se presença de oxidação branca em pontos variados dos corpos de prova analisados. Já nas demais amostras que, por sua vez, receberam aplicação de pré-fosfato não se evidenciou pontos de oxidação até este ciclo.

GA +0 g/m2 ZnPO4 GA+0,95g/m2 ZnPO4 GA+0,53g/m2 ZnPO4

129

Figura 72- Amostras com filmes de pré-fosfato, durante dos ensaios de corrosão com 29 ciclos (696 hs).


Ao final dos ensaios, concluindo os 60 ciclos de ensaio ou 1444 horas, observou-se evolução com relação às regiões oxidadas na amostra de GA sem aplicação de pós-tratamento, evidenciando pequenos pontos que assemelham-se a corrosão vermelha, conforme figura 73 . A figura 74 ilustra ampliação das amostras de GA sem pós-tratamento que apresentaram oxidação.

As amostras com aplicação de pré-fosfato não apresentaram pontos de oxidação, levando a verificar que a aplicação dos filmes de pós- tratamento otimiza as propriedades de resistência à corrosão de aços galvanizados com aplicações de camadas intermediárias (0,53 g/m2 ZnPO4 ), quanto para camadas elevadas de 0,95g/m2 ZnPO4.


130 Figura 73 - Amostras com filmes de pré-fosfato, durante dos ensaios de

corrosão com 60 Ciclos (1440 hs).

A figura 74 apresenta com ângulo maior as amostras de GA sem pós tratamento com 696 e 1440 hs que por sua vez , apresentaram pontos de oxidação branca e vermelha respectivamente . Figura 74- Evolução da oxidação nas amostras de GA sem pré-fosfato ao longo do ensaio


Figura 74 - Amostras de GA sem pré-fosfato com presença de corrosão.



GA+0g/m2 ZNPO4 696 hs

GA +0g/m2 ZNPO4 1440 hs

131

As análises com amostras de NIT foram realizadas considerando corpos de prova de GI com 0, 17 e 30 mg/m2 enxofre. A figura 75 apresenta as amostras no início do ensaio de corrosão, onde observou-se que as mesmas não apresentaram nenhum ponto de oxidação no ciclo 0 do proposto ensaio

Figura 75 - Amostras com filmes de NIT, no início dos ensaios de corrosão.


A figura 76 ilustra a condição das amostras com NIT após 18 ciclos de ensaio ou 432 hs, neste ciclo foi evidenciado a presença de formação de precipitação de coloração esbranquiçada, sobre todas as amostras mas não é pertinente associar este fenômeno ao início da oxidação. Figura 76 - Amostras com filmes de NIT, durante dos ensaios de corrosão com 20 Ciclos (480 hs).

GI+30 mg/m2 NIT

GI+17 mg/m2 NIT GI+0 mg/m2 NIT GI+30 mg/m2 NIT

132


Figura 77 - Amostras com filmes de NIT, durante dos ensaios de corrosão com 40 ciclos (960 hs).


Após 40 ciclos de ensaio, ilustrado na figura 77, observou-se

presença de pontos de oxidação nas amostras de GI sem aplicação de NIT, a oxidação foi visualizada na forma de pequenos pontos negros

GI+30 mg/m2 NIT

GI+0 mg/m2 NIT GI+17mg/m2 NIT GI+33 mg/m2 NIT

GI+0 mg/m2 NIT GI+17 mg/m2 NIT

133

situados nas extremidades das amostras conforme indicado na figura 78. A presença das névoas superficiais identificados nos ciclos de

18 ciclos permaneceram identificados nas amostras de GI com 17 mg/m2 de NIT e sem aplicação de pós- tratamento.



A figura 79 apresenta a condição das amostras com 50 ciclos de ensaio. Observa-se que as amostras de GI sem aplicação de NIT apresentaram visíveis pontos de oxidação, comprometendo 50 % da amostra. As amostras com aplicação de filme de pós-tratamento não evidenciaram pontos de corrosão.

A figura 80, apresenta a evolução das ocorrências de oxidação na amostra de GI sem aplicação de NIT.

134


135


136

137

9 CONCLUSÕES

Os aços galvanizados com aplicações de pós tratamento químico denominados NIT e pré-fosfatizado foram submetidos a avalições de ensaios mecânicos , químicos e metalográficos , tendo como considerações principais fatores relevantes relacionados a seguir:

• Os ensaios de pesos de camada identificaram irregularidade nas deposições de filmes de NIT , fator este associado a baixa espessura dos filmes depositados (mg/m2) e o curto tempo de contato entre a solução e a chapa durante o processo de aplicação ;

• As deposição de camadas de pré-fosfato se deram com maior estabilidade, estima-se que este fator esta associado aos maiores valores de espessura de camada (g/m2) e as propriedades do revestimento aliado a maior reatividade da solução.

• Os ensaios de desgaste via fricção planar para as amostras de NIT demonstraram que houve redução e estabilidade de µ para camadas de 33 á 17 mg/m2 da ordem de 46 % ,quando comparada aos valores de µ obtidos na amostra de GI sem aplicação de NIT.

• No caso dos ensaios de desgate via pino sobre disco o comportamento esperado para o coeficiente de atrito foi mais evidente nas amostras com pesos de camada de 33 e 17 mg/m2 de S, novamente com ganhos estimados em 50 % dos valores obtidos na amostra de GI sem NIT.

• Nos ensaios de amostras com NIT via pino sobre disco, suspeitou-se que após 10 m de ensaio percorrido, o contato da esfera de ensaio com a chapa pode gerar fuligens que podem gerar oscilações nos valores de atrito, potencializando a ocorrrência de resistência ao deslizamento ou Stick Slip.

• Para as amostras de pré-fosfato os resultados de desgaste obtidos via fricção planar demostraram que a redução do coeficiente de atrito foi a mesma para os pesos de camada de 1,15 á 0,46 g/m2 de ZnPO4;

• O fenômeno de resistência ao deslizamento foi identificado nas amostras de GA sem aplicação de pré-fosfato, apartir da força de contato de 60 MPa.

• Os resultados de coeficente de atrito obtidos via pino sobre disco foram constante para todas amostras que continham deposição de pré-fosfato, evidenciando após 20 m a resistência

138

ao deslizamento na amostra de GA sem pós-tratamento. • Os resultados de atrito obtidos entre os dois métodos foram

muito similares , sendo estimado entre 0,12 e 013 para todo as as amostras de GA com pré-fosfato.

• Os ensaios de embutimento Erichsen demostraram que os ganhos de conformação foram evidenciados para amostras com filmes de pós tratamento intermediários da ordem de 17 mg/m2 de NIT e 0,63 g/m2 de ZnPO4.

• As análises de perda de massa demonstraram evidente redução do potencial de ocorrência de fragilização por powdering nas amostras de GI com 17 mg/m2 de NIT ;

• As amostras de GA com pré-fosfato apresentaram aumento do potencial de powdering para as duas camadas de ZnPO4 avaliadas avaliadas por perda de massa;

• Avalia-se que as amostras de GA com pré-fosfato apresentam ganhos de conformação evidenciados via ensaios de desgaste, mas podem apresentar aumento do potencial de powdering , devido a fragilização do filme de pós-tratamento, de maior espessura, após conformação ;

• As análises metalográficas evidenciaram que a deposição dos filmes de pós- tratamento ocorreram de forma heterogênea sobre a superfície do revestimento concentrando-se nas regiões de baixo relevo ou depressões do revestimento;

• As deposições de NIT se deram sobre forma de estrias escuras sobre a microestrutura do revestimento GI,sendo visivel apenas para os filmes da ordem de 33 mg/m2 .

• Os filmes de pré-fosfato depositaram-se nas regiões de vale de rugosidade do revestimento GA caracterizando morfologia tendencialmente amorfa;

• Nas amostras com espessuras de revestimento da ordem de 1,15 g/m2 ZnPO4, evidenciou-se formação de núcleos de fosfato, confirmando a presença de fósforo nestas regiões via EDS.

• Os ensaios de remobilidade demostraram que os filmes de pós-tratamento não apresentam impacto para processos posteriores á conformação, pois podem ser totalmente removíveis;

• Observou-se que o potencial de proteção a corrosão foi O mesmo para as amostras de GI em estudo, sendo otimizado para as amostras de GA contendo aplicação de pré-fosfato;

139

10 TRABALHOS FUTUROS

O desenvolvimento deste trabalho permitiu caracterizar aços galvanizados com aplicação de pós tratamento NIT e pré-fosfato voltados para melhoria de propriedades de conformação na industria automobilística . Com intuito de promover melhorias nesta pesquisa, sugere-se os seguintes itens para desenvolvimento:

a) Avaliar via ensaios de desgaste por fricção planar e pino sobre disco o potencial de ganhos de conformação obtido com a aplicação de pré-fosfato sobre aços galvanizados tipo GA convencional e GA isento de fase Zeta ;

b) Avaliar por análises de metalografia via MEV-EDS o comportamento da deposição dos filmes de pré-fosfato sobre aços com revestimento GA convencional e GA isento de fase Zeta ;

c) Avaliar metalograficamente amostras de GA com pré-fosfato após realização dos ensaios de perda de massa, afim de conhecer os efeitos da perda da camada de pós-tratamento sobre a microesturura do revestimento de zinco, verificar principalmente se ocorre dano á camada de Zn durante a deformação.

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