Fissura por flexão do aço: Factores e medidas de melhoria

A tecnologia de processamento de dobragem é um tipo de tecnologia de processamento de aço que é amplamente utilizada em vários domínios, como o fabrico de automóveis, máquinas de engenharia, pontes, navios e construção.

Sob a pressão da matriz superior ou inferior na máquina de dobragem, a chapa metálica sofre primeiro uma deformação elástica e depois uma deformação plástica.

Na fase inicial da dobragem plástica, à medida que a matriz superior ou inferior dobra a chapa metálica, a chapa metálica encaixa gradualmente na superfície interna da ranhura em V da matriz superior ou inferior, enquanto o raio de curvatura também diminui gradualmente.

Como a pressão continua até ao fim do curso, as matrizes superior e inferior entram em contacto total com o chapa metálicaA forma da curva em V, que é normalmente processada utilizando máquinas de dobragem e equipamento de laminagem.

A fissuração por flexão é um defeito importante na utilização do processamento do aço. De acordo com a localização da fissuração, esta pode ser dividida em fissuração de canto e fissuração central.

Os factores que causam a fissuração incluem uma tecnologia de processamento inadequada e defeitos de qualidade do material, que têm um impacto negativo nas empresas de produção de aço.

Os investigadores analisaram, resumiram e estudaram casos típicos de qualidade e referiram-se a materiais relevantes para analisar vários factores que causam fissuras por flexão e propor medidas de melhoria.

Amostras típicas de ensaios de flexão, fissuração e físico-químicos

1.1 Amostras de fendas de canto

1.1.1 Morfologia macroscópica

A fissuração de cantos é o tipo de defeito mais comum na fissuração por flexão e, normalmente, existem rebarbas, arestas rugosas, arestas de corte de oxigénio ou corte por plasma arestas na posição de fissuração de canto. Se o bordo da peça de trabalho não for jato de areia ou for tratado de forma incompleta durante o processo de dobragem, ocorrerão fissuras nos cantos, e as fissuras nos cantos são normalmente curtas e localizadas na área endurecida do canto.

Defeitos típicos de Q235B e o aço Q355B foram seleccionados para análise, e a morfologia macroscópica da fissuração nos cantos é apresentada na Figura 1.

1.1.2 Análise da composição química

Foram seleccionadas quatro amostras típicas de fendas de canto do aço Q235B e do aço Q355B para análise da composição química, e os resultados satisfizeram os requisitos.

1.1.3 Ensaio de propriedades mecânicas

As propriedades mecânicas das quatro amostras típicas de fendas nos cantos do aço Q235B e do aço Q355B acima referidas foram testadas, e os resultados são apresentados no Quadro 1 (D é o diâmetro de flexão, a é a espessura da amostra), e os resultados satisfazem os requisitos.

Quadro 1: Resultados dos ensaios de desempenho mecânico das amostras de aço Q235B e Q355B com fissuração nos cantos

1.1.4 Exame metalográfico

O exame metalográfico foi efectuado nas posições de fissuração das quatro amostras de fissuras de canto típicas do aço Q235B e do aço Q355B acima referidas, e os resultados são apresentados na Figura 2. Como se pode ver na Figura 2, há deformação a frio do grão no tecido na posição de fissuração e há uma estrutura de influência térmica na posição de fissuração por corte com oxigénio e por corte com plasma.

1.2 Amostras de fendas de flexão

1.2.1 Morfologia macroscópica

A fissuração central manifesta-se frequentemente como fissuração não contínua no meio da peça de trabalho, e as fissuras são geralmente longas, com alguns casos de fissuras curtas. A morfologia macroscópica da fissuração central é mostrada na Figura 3.

1.2.2 Análise da composição química

Foram seleccionadas seis amostras típicas de fendas centrais do aço Q235B, do aço Q355B e do aço 610L para análise da composição química, tendo os resultados cumprido os requisitos.

1.2.3 Ensaio de propriedades mecânicas

As propriedades mecânicas das seis amostras de fissuras centrais típicas do aço Q235B, do aço Q355B e do aço 610L acima referidas foram testadas, sendo os resultados apresentados no Quadro 2, e os resultados satisfazem os requisitos.

1.2.4 Exame metalográfico

O exame metalográfico foi efectuado nas seis amostras de fendas centrais típicas do aço Q235B, do aço Q355B e do aço 610L acima referidas, e os resultados são apresentados na Figura 4.

Como se pode ver na Figura 4, existe deformação a frio do grão na posição de extrusão da ferramenta de retificação, e podem ser vistas aberturas de riscos na raiz de fendas mais longas e rectas. As amostras também contêm inclusões de sulfureto agrupadas, segregação central, partículas de oxidação a alta temperatura, descarbonização devido à oxidação, e características das bolhas.

Análise das causas dos defeitos de fissuração por flexão

2.1 Técnicas de processamento incorrectas

2.1.1 A influência do diâmetro de flexão

Quando dobragem de açoQuando a espessura do material é constante, a camada externa da área dobrada sofre tensão enquanto a camada interna sofre compressão. Quando a espessura do material é constante, quanto menor for a raio de curvaturaquanto mais severas forem as tensões de tração e compressão no material. Se a tensão de tração no canto exterior exceder a resistência máxima do material, ocorrerá fissuração ou fratura, principalmente no meio da peça de trabalho e, por vezes, nos cantos.

2.1.2 A influência das ferramentas de dobragem

Se as ranhuras em V das ferramentas de dobragem forem rugosas, a peça de trabalho será sujeita a forças desiguais ao passar pela máquina de dobragem, causando desgaste da superfície ou pressão local, levando a defeitos na superfície, seguidos de fissuras por extrusão. As fissuras são normalmente rectas e longas, com deformação a frio visível dos grãos nas raízes das fissuras.

2.1.3 A influência da logística

Durante o transporte, a carga e a descarga do aço, podem ocorrer riscos na superfície, que destroem a continuidade da superfície do substrato. A fissuração é suscetível de ocorrer na área riscada durante a flexão. Estas fissuras são normalmente mais longas e rectas, com aberturas de riscos visíveis na raiz da fissura.

2.2 A influência dos defeitos dos materiais

2.2.1 A influência dos elementos nocivos, das inclusões e dos gases no aço

Durante o processo de fundição, o elevado teor de enxofre e fósforo no aço conduz a um elevado teor de inclusões de sulfuretos ou, mesmo que o teor global não exceda a norma, estes elementos agregam-se localmente e causam uma grave segregação central nas inclusões. Isto leva a uma diminuição da plasticidade e da tenacidade do aço, tornando-o suscetível à flexão e à fissuração.

Além disso, as microfissuras na superfície do lingote são oxidadas a altas temperaturas durante a laminagem, e o elevado teor de oxigénio e azoto no aço, especialmente o elemento azoto, forma facilmente TiN com titânio. As partículas de TiN precipitadas ao longo dos limites dos grãos durante a fundição contínua podem causar fissuras originais no lingote, o que pode levar a fissuras durante a flexão.

2.2.2 A influência da qualidade da superfície do aço

As microfissuras e os orifícios de ar na superfície do aço são susceptíveis de fissurar no local da fissura sob tensão após a flexão. Podem ser visíveis várias pequenas fissuras no arco de curvatura a olho nu.

2.2.3 A influência das propriedades mecânicas e da anisotropia do aço

Quanto melhor for a plasticidade do material, mais estável será a deformação plástica, e quanto maior for o alongamento na rutura, melhor será o desempenho de flexão. Mesmo que o diâmetro de dobragem seja pequeno, não é fácil de fissurar.

Além disso, as propriedades longitudinais e transversais do aço são diferentes, e a estrutura longitudinal em banda é mais severa do que a transversal. Isto significa que o índice de plasticidade longitudinal do aço é mais elevado, pelo que, quando se dobra ao longo de uma direção perpendicular à direção de laminagem, o desempenho de dobragem do aço é melhor e menos propenso a fissuras em comparação com a dobragem ao longo da direção transversal.

Medidas de melhoria

(1) Soluções para o problema da fissuração causada por rebarbas, arestas vivase corte com oxigénio em áreas de canto: lixar manualmente e arredondar as rebarbas e arestas afiadas, ou utilizar uma máquina de rebarbação para as remover automaticamente e eliminar a área de processamento endurecida para reduzir a taxa de fissuração.

Alterar o processo de dobragem para a perfilagem contínua e, em seguida, cortar após a perfilagem para evitar o processamento endurecido causado pelo corte. Corrigir defeitos menores através de processos de soldadura subsequentes.

(2) Para resolver o problema dos pequenos raios de curvatura, o ângulo R deve ser aumentado dentro da gama admissível do projeto para evitar um raio de curvatura demasiado pequeno.

(3) Evitar riscos na superfície durante o processo logístico de transporte e descarga de materiais de aço.

(4) No processo de fabrico do aço, melhorar a pureza do aço, reduzir o conteúdo e a agregação de inclusões no aço. O processo de sopro de árgon deve ser plenamente utilizado para garantir que os sulfuretos maiores no aço sejam completamente flutuados e separados.

O campo de fluxo adequado deve ser mantido durante o processo de fluxo do aço para garantir um campo de fluxo adequado e estável no cristalizador, que pode remover ainda mais as inclusões no aço, evitando a contaminação por aprisionamento de escória.

Controlar razoavelmente a temperatura de fundição, a taxa de tração e a taxa de arrefecimento durante a fundição contínua. A utilização adequada da tecnologia de prensagem leve e da tecnologia de agitação electromagnética pode melhorar a qualidade interna do lingote, reduzir a segregação central e evitar a formação de fissuras na linha central.

(5) No processo de laminagem, reforçar o controlo do aquecimento, da temperatura de laminagem e dos processos de arrefecimento pós-laminagem, evitar a formação de estruturas anormais, como a bainite, martensitee cristais mistos, e reduzem a resistência dentro da gama permitida pelas normas do produto, melhorando simultaneamente a plasticidade e a tenacidade.