RESUMO

Os acos de fase dual (DP) son acos avanzados de alta resistencia (AHSS) caracterizados por unha microestrutura de illas duras de martensita dispersas nunha matriz blanda de ferrita. Esta combinación única ofrece unha baixa relación límite elástico-resistencia á tracción (~0,6) e un alto índice inicial de endurecemento por deformación (valor n), o que os converte en ideais para estampados automotrices complexos que requiren tanto formabilidade como resistencia en choques. Con todo, o estampado exitoso require xestionar os significativos riscos de recuperación elástica (springback) e fisuración nas bordas. Os enxeñeiros deben normalmente aumentar as folgas do punzón ata o 12–14% e empregar ferramentas máis ríxidas con recubrimentos avanzados como TiC ou CrN para manexar as maiores toneladas e taxas de desgaste.

Microestrutura e Propiedades Mecánicas

O valor enxeñeiro do acero de dúas fases reside na súa microestrutura distintiva de dúas fases. Ao contrario que os aceros de baixa aleación de alta resistencia (HSLA), que se basean no endurecemento por precipitación, os aceros DP obtén as súas propiedades dunha estrutura composta: unha matriz continua de ferrita blanda que proporciona ductilidade e illas duras de martensita dispersas que proporcionan resistencia. Cando se deforma, a deformación concéntrase na fase máis branda de ferrita que rodea a martensita, o que resulta nunha taxa inicial elevada de endurecemento por deformación (valor n).

Esta microestrutura crea un perfil de comportamento mecánico optimizado especificamente para formado en frío. Mentres que as calidades HSLA presentan xeralmente unha relación entre resistencia ao cedemento e resistencia á tracción (YS/TS) dun entorno ao 0,8, os aceros DP manteñen unha relación moito máis baixa dun aproximadamente 0,6. Este punto de cedemento máis baixo permite que a deformación plástica comece antes, facilitando a formación de formas complexas antes de que o material alcance o seu límite último de tracción. O fabricante observa que este alto valor de n é particularmente acusado en intervalos de deformación máis baixos (4–6%), o que axuda a distribuír uniformemente a deformación na peza e evita o estrangulamento localizado ao comezo da carreira da prensa.

Os graos comerciais comúns—como DP590, DP780 e DP980—defíñense segundo as súas resistencias mínimas á tracción (en MPa). Cando aumenta a fracción de volume de martensita, a resistencia á tracción incrementa, pero a ductilidade diminúe de forma natural. Os enxeñeiros deben equilibrar estes factores, escollendo frecuentemente fraccións máis baixas de martensita para pezas embutidas e fraccións máis altas para raís estruturais onde o rendemento contra a intrusión é fundamental.

Desafíos no embutido: retroceso elástico e fisuración nas beiras

A característica que fai que o acero DP sexa desexable—a súa alta taxa de endurecemento por deformación—introduce o seu principal defecto de fabricación: o retroceso elástico. Dado que o material se endurece rapidamente durante a deformación, a tensión de recuperación elástica almacenada na peza é significativamente maior ca nos aceros suaves. Isto manifestarase como curvatura das paredes laterais e cambio angular unha vez retirada a peza do molde, o que complica a precisión dimensional para o montaxe.

Para mitigar o retroceso elástico, os enxeñeiros de proceso empregan varias estratexias no deseño do molde. Sobre-elevación as superficies do molde permite que o material se relaxe na xeometría correcta. Ademais, deseñar rebaixos nas paredes ou reforsos pode fixar a xeometría no seu lugar. Unha técnica máis avanzada consiste en aplicar alta deformación ao final da carreira da prensa para reducir as tensións residuais de compresión, establecendo efectivamente a forma.

O empardeiro das beiras é outro modo de fallo crítico, especialmente durante operacións de reborde estirado. A diferenza de dureza entre a ferrita branda e a martensita dura crea concentracións de tensión nas beiras cortadas, o que leva a microporosidades que poden unirse e formar fisuras. SSAB suxire usar graos especializados "Dual Phase High Formability" (DH) para xeometrías que requiren embutición profunda ou beiras estiradas. Estes graos AHSS de terceira xeración utilizan microestruturas asistidas por TRIP (con austenita retemida) para manter a conformabilidade en niveis máis altos de deformación, ofrecendo unha maior resistencia ao empardeiro das beiras en comparación cos graos DP estándar.

Directrices para o deseño de utillaxes e matrices

A estampación do acero Dual Phase require repensar fundamentalmente os parámetros estándar de utillaxe usados para aceros suaves ou HSLA. O axuste máis crítico é o xogo da punzón. Xogos estándar dun 9% aproximadamente do grosor do metal adoitan provocar fisuración severa nas beiras nos aceros DP debido á elevada resistencia ao corte do material.

Datos de Tata Steel demostra que aumentar o espazo de punzonado a 12–14%mellora significativamente a calidade do bordo. Nun estudo de caso, aumentar o espazo do 9% ao 12% reduciu as taxas de fisuración das pezas do 22% a case cero. Este espazo maior modifica o estado de tensión no bordo de corte, reducindo a tendencia de que as microfisuras se propaguen ata a aba.

O desgaste das ferramentas tamén se acelera. As altas presións de contacto necesarias para conformar o acero DP—moitas veces superiores a 600 toneladas para componentes estruturais—poden causar agarrotamento e degradación rápida dos troqueis. Os aceros para ferramentas deben recubrirse con tratamentos superficiais duros e de baixa fricción, como carburo de titanio (TiC) ou nitruro de cromo (CrN), para prolongar os intervalos de servizo. Ademais, a prensa en si debe ter suficiente rigidez para evitar a flexión baixo estas altas cargas, o que, doutro modo, comprometería as tolerancias das pezas.

Para os fabricantes que afrontan estas demandas elevadas de equipo, asociarse con un fornecedor especializado en fabricación adoita ser a ruta máis eficiente. Shaoyi Metal Technology ofrece solucións integrais de punzonado que permean a brecha desde a prototipaxe ata a produción en masa. Con capacidades de prensado de ata 600 toneladas e certificación IATF 16949, están preparados para xestionar os rigorosos requisitos de tonelaxe e precisión dos aceros avanzados de alta resistencia como os graos DP e DH para compoñentes críticos tales como brazos de control e bastidores.

Endurecemento por cocción e rendemento final

Unha das vantaxes ocultas do acero de dúas fases é o seu efecto de "Endurecemento por cocción" (BH). Este fenómeno ocorre durante o ciclo de curado da pintura automobilística, tipicamente arredor de 170 °C durante 20 minutos. Durante este proceso térmico, os átomos de carbono libres na microestrutura do acero difunden e fixan as dislocacións xeradas durante o estampado.

Este mecanismo provoca un aumento considerable da resistencia ao alongamento—normalmente un incremento de 50 a 100 MPa—sen afectar as dimensións da peza. Este incremento estático de resistencia permite aos enxeñeiros automotrices "reducir o grosor" (usar material máis fino) para diminuír o peso do vehículo, asegurando ao mesmo tempo que a peza final cumpra os obxectivos de seguridade en choques. A combinación do endurecemento por deformación da prensa e o endurecemento térmico da cabina de pintura confire á compoñente final unha capacidade excepcional de absorción de enerxía, facendo do acero DP a opción estándar para compoñentes da xaula de seguridade como os piares B, raís do teito e travesaños.

Conclusión: Optimización para a produción de AHSS

O acero de dupla fase representa un punto crítico de equilibrio na enxeñaría automobilística moderna, ofrecendo a resistencia necesaria para o cumprimento das normas de seguridade e a ductilidade requirida para a viabilidade de fabricación. Aínda que o material presenta retos concretos —especificamente no que se refire á xestión do retroceso elástico e ao desgaste das ferramentas— estes poden superarse eficazmente mediante un deseño de matrices baseado en datos e a selección axeitada de prensas. Respectando a física única da microestrutura ferrita-martensita e axustando parámetros como a separación do punzón ao rango recomendado do 12–14 %, os fabricantes poden aproveitar plenamente o potencial deste material versátil para reducir peso e mellorar o rendemento.

Preguntas frecuentes

1. Como difire o acero de dupla fase do acero HSLA?

Mentres que os aceros de alta resistencia e baixa aleación (HSLA) dependen de elementos de microaleación para o endurecemento por precipitación, os aceros de fase dual (DP) baséanse nunha microestrutura de dúas fases de ferrita e martensita. Isto dá aos aceros DP unha relación máis baixa de límite elástico a tracción (~0,6 fronte a 0,8 para HSLA) e unha taxa inicial de endurecemento por deformación máis elevada, o que permite unha mellor conformabilidade a resistencias á tracción equivalentes.

2. Cal é o xogo de punzón recomendado para estampar acero DP?

Os xogos de punzón estándar utilizados para acero doce (arredor do 9%) adoitan ser demasiado pechados para o acero DP e poden causar fisuración nas beiras. As mellores prácticas da industria suxiren aumentar o xogo de punzón ata 12–14%do grosor do material para mellorar a calidade da beira e a vida útil da ferramenta.

3. Que causa o retroceso elástico no acero de fase dual?

O retroceso débese á elevada recuperación elástica do material tras o conformado. A elevada taxa de endurecemento por deformación do acero DP significa que almacena unha cantidade considerable de enerxía elástica durante a deformación. Cando se abre a punzón, esta enerxía libérase, facendo que a peza retroceda ou se enrole. Isto debe compensarse mediante un exceso de curvatura ou reimpacto no deseño da ferramenta.

4. Pódese soldar o acero de fase dual?

Sí, os aceros DP xeralmente teñen boa soldabilidade, pero debe considerarse o equivalente de carbono específico. Mentres que as calidades de menor resistencia (DP590) se poden soldar facilmente por puntos, as calidades de maior resistencia (DP980 e superiores) poden require axustes nos parámetros de soldadura, como un aumento da forza do electrodo ou programas de pulso específicos, para evitar fracturas fráxiles na zona afectada pola calor da soldadura.