Materiais comuns utilizados em peças de chapa metálica

As peças de chapa metálica utilizam o material como um dos três elementos significativos da produção de chapa metálica. Com um processo avançado de chapa metálica e tecnologia de moldes, só é possível fabricar peças de chapa metálica de alta qualidade adoptando materiais com bom desempenho de estampagem. A seleção e as propriedades abrangentes dos materiais têm um impacto crucial no custo, desempenho, qualidade e processabilidade do produto.

Os materiais em folha referem-se a produtos semi-acabados de várias formas, como chapas finas, chapas médias, chapas grossas, tiras estreitas e materiais em tira.

Classificadas por espessura, incluem placas grossas (acima de 4mm), placas médias (3~4mm) e placas finas (abaixo de 3mm).

Os materiais em chapa, consoante o seu estado de laminagem, são classificados em chapas de aço laminadas a quente e chapas de aço laminadas a frio.

I. Seleção de materiais para chapas metálicas

1) Os materiais metálicos comuns devem ser considerados prioritários e mantidos dentro dos limites do manual de materiais da empresa.

2) Dentro do mesmo produto, tentar minimizar a variedade de materiais e especificações de espessura e dimensões da chapa.

3) Ao mesmo tempo que garante a funcionalidade da peça, utiliza materiais económicos para reduzir os custos de material.

4) Para além de garantir a funcionalidade da peça, considere o desempenho da estampagem e os requisitos do material e do processo de estampagem para garantir a racionalidade e a qualidade do tratamento das peças.

II. Introdução aos materiais metálicos comuns

1. Chapa de aço

(1) Chapas finas de aço laminadas a frio

A chapa de aço fina laminada a frio é um termo para a chapa de aço laminada a frio de aço estrutural de carbono. É fabricada através da laminagem a frio de uma tira de aço laminado a quente de aço-carbono estrutural, produzindo uma chapa de aço com menos de 4 mm de espessura, normalmente conhecida como chapa a frio.

Uma vez que é laminada à temperatura ambiente, não se forma óxido de ferro, o que resulta numa excelente qualidade da superfície, numa elevada precisão dimensional e num desempenho mecânico e de processo superior ao das chapas finas de aço laminadas a quente, graças ao recozimento. As chapas finas de aço laminadas a frio dividem-se ainda em chapas finas de aço normais laminadas a frio e chapas finas de aço de alta qualidade laminadas a frio.

1) A chapa de aço fina ordinária laminada a frio é um termo para a chapa de aço laminada a frio de aço estrutural de carbono ordinário. É fabricada por laminagem a frio de uma tira de aço laminado a quente de aço estrutural de carbono comum, produzindo uma placa de aço com menos de 4 mm de espessura. É amplamente utilizada em muitos domínios, nomeadamente em electrodomésticos, equipamento de rádio especializado e em caixas e armários de eletrónica de potência, substituindo gradualmente as chapas de aço finas laminadas a quente.

①Os modelos aplicáveis de chapas de aço finas comuns laminadas a frio incluem: Q195, Q215, Q235, Q275.

2) Tal como a chapa de aço fina normal laminada a frio, a chapa de aço fina de alta qualidade laminada a frio é também a chapa de aço fina mais utilizada em chapas frias.

A chapa de aço fina de carbono de alta qualidade laminada a frio é feita de aço estrutural de carbono de alta qualidade, laminada a frio numa chapa fina com menos de 4 mm de espessura.

①Os modelos aplicáveis de chapas finas de aço de alta qualidade laminadas a frio incluem: 08, 8F, 10, 10F.

O preço das chapas finas de aço laminadas a frio excede o das chapas finas de aço normais e é ligeiramente inferior ao das chapas de aço galvanizadas. A sua superfície é plana e lisa, mas é propensa a enferrujar quando exposta à humidade, necessitando de pintura atempada para proteção e para prolongar a sua vida útil.

(2) Chapas finas de aço laminadas a frio para estiramento profundo

As chapas finas de aço laminadas a frio para repuxo profundo utilizam normalmente aço calmo desoxidado com alumínio, um tipo de aço estrutural de carbono de alta qualidade. Devido à sua plasticidade superior e excelente capacidade de estampagem profunda, é amplamente utilizado em produtos que requerem a estampagem profunda de estruturas complexas.

(3) Chapas finas de aço-carbono japonesas laminadas a frio

As qualidades aplicáveis às chapas finas de aço-carbono japonesas laminadas a frio incluem SPCC, SPCD e SPCE.

(4) Chapas finas de aço-carbono alemãs laminadas a frio

As qualidades aplicáveis às chapas finas de aço-carbono laminadas a frio alemãs incluem St12, St13, St14, St15 e St14-T.

(5) Chapas finas de aço laminadas a frio galvanizadas em contínuo

Também conhecidas como "chapas electrolíticas", referem-se às chapas em que o zinco é continuamente depositado a partir de uma solução aquosa de sal de zinco na superfície de chapas finas de aço laminadas a frio pré-preparadas (tiras) sob a influência de um campo elétrico na linha de galvanização. O resultado é uma camada superficial de zinco uniforme, densa e bem ligada.

Devido a limitações do processo, esta camada é relativamente fina. O zinco, sendo um metal relativamente barato e fácil de revestir, é amplamente utilizado para proteger peças de aço, nomeadamente contra a corrosão atmosférica, e para fins decorativos. As técnicas de revestimento incluem o revestimento por imersão (ou suspensão), a alimentação por rolo (adequada para peças pequenas), o revestimento automático e o revestimento contínuo (adequado para fios e tiras).

Eletrolítico as chapas são laminadas por um grupo de laminagem contínua a frio, depois recozidos por uma unidade CAPL (linha de decapagem de recozimento laminado a frio) e, finalmente, entram na unidade de galvanização. Após a limpeza da superfície e a galvanoplastia, são submetidas a vários tratamentos, tais como a fosfatação, a passivação, a lubrificação, a resistência às impressões digitais e a liga, consoante a utilização a que se destinam. As propriedades mecânicas destas placas referem-se à placa de base correspondente.

Os graus aplicáveis às placas electrolíticas incluem DX1, DX2, DX3 e DX4.

(6) Chapa de aço fina electrogalvanizada japonesa

1) Classes aplicáveis para chapa de aço fina electrogalvanizada japonesa: SECC (placa original SPCC), SECD (placa original SPCD), SECE (placa original SPCE).

2) Códigos da camada de zinco: F8, E16, E24, E32.

(7) Comparação entre os tipos de produtos nacionais e estrangeiros de chapas finas de aço laminadas a frio electrogalvanizadas contínuas, ver Quadro 1-1.

Quadro 1-1 Comparação das qualidades dos produtos nacionais e estrangeiros de chapas finas de aço laminadas a frio electrogalvanizadas contínuas.

(8) Chapas finas de aço contínuas galvanizadas por imersão a quente

É frequentemente designada por chapa galvanizada ou folha de Flandres, referindo-se a chapas e tiras finas de aço galvanizado por imersão a quente contínuas laminadas a frio com uma espessura de 0,25~2,5 mm. A tira de aço passa primeiro por um forno de pré-aquecimento aquecido por uma chama para queimar o óleo residual da superfície, enquanto gera uma película de óxido de ferro na superfície.

Em seguida, é aquecida a 710~920 graus Celsius num forno de recozimento de redução com um gás misto de hidrogénio e azoto para reduzir a película de óxido de ferro a ferro esponjoso. A tira de aço activada e purificada é arrefecida a uma temperatura ligeiramente superior ao ponto de fusão do zinco, entrando depois numa panela de zinco a 450~460 graus Celsius.

A espessura da superfície da camada de zinco é controlada com uma faca de ar comprimido. Por fim, é submetida a uma passivação com uma solução de cromato para aumentar a resistência à ferrugem branca. A superfície da chapa de aço fina galvanizada por imersão a quente contínua é esteticamente agradável, com padrões de cristais de zinco em forma de bloco ou de folha. O revestimento é robusto, com excelente resistência à corrosão atmosférica.

Além disso, a chapa de aço fina galvanizada por imersão a quente contínua também tem boa soldabilidade e propriedades de conformação a frio. Em comparação com a superfície da chapa de aço fina laminada a frio electrogalvanizada contínua, o seu revestimento é mais espesso e é utilizado principalmente para peças de chapa metálica que requerem resistência à corrosão.

1) Classes aplicáveis para chapa de aço fina galvanizada por imersão a quente contínua: Zn100-PT, Zn200-SC, Zn275-JY.

(9) Chapa de aço fina galvanizada por imersão a quente japonesa

1) Classes aplicáveis para Chapa de aço fina galvanizada por imersão a quente japonesa: SGCC, SGCD1, SGCD2, SGCD3.

(10) Chapa de aço fina galvanizada por imersão a quente alemã

1) Classes aplicáveis para chapas de aço finas galvanizadas por imersão a quente alemãs: St01Z, St02Z, St03Z, St04Z, St05Z.

2) Códigos da camada de zinco: 100, 180, 200, 275, 350, 450.

(11) Chapa revestida de alumínio-zinco

Também conhecida como chapa de aço aluzinco, a camada de liga deste material é constituída por 55% de alumínio, 43,4% de zinco e 1,6% de silício, solidificada a uma temperatura elevada de 600 graus Celsius. Toda a sua estrutura forma uma camada compacta de cristal quaternário de alumínio-ferro-silício-zinco, oferecendo uma excelente resistência à corrosão.

Com uma utilização regular, a sua duração de vida pode atingir 25 anos, 3 a 6 vezes mais do que as chapas galvanizadas e comparável às chapas de aço inoxidável.

1) A resistência à corrosão da chapa revestida de alumínio-zinco resulta das funções de proteção da camada de barreira de alumínio e da proteção de sacrifício do zinco. Quando o zinco oferece proteção de sacrifício nos bordos da chapa, riscos e áreas de revestimento danificadas, o alumínio forma uma camada de óxido insolúvel, fornecendo proteção de barreira.

As bobinas de aço de liga de aluzinco foram submetidas a mais de 20 anos de testes de exposição ao ar livre em várias condições atmosféricas, confirmando que as chapas de aço de aluzinco com revestimento de alumínio 55% oferecem uma melhor proteção dos bordos do que as chapas com revestimento de alumínio 5%.

2) As chapas com revestimento de alumínio-zinco têm melhor resistência ao calor do que as chapas de aço galvanizado, semelhante à resistência à oxidação a alta temperatura das chapas de aço aluminizado, e podem ser utilizadas em ambientes até 315 graus Celsius.

3) A elevada refletividade das chapas revestidas de alumínio-zinco torna-as barreiras térmicas eficazes. A sua refletividade térmica é quase o dobro da das chapas de aço galvanizado, pelo que podem ser utilizadas como cobertura e revestimento para efeitos de poupança de energia, mesmo sem pintura.

4) Devido à excelente aderência entre a camada de zinco da chapa revestida de alumínio-zinco e a tinta, esta pode ser pintada para fins gerais sem pré-tratamento e sem intempéries, enquanto as chapas de aço galvanizado requerem intempéries e pré-tratamento.

(12) Chapa de aço inoxidável laminada a frio

Devido à sua forte resistência à corrosão, boa condutividade e alta resistência, este material é amplamente utilizado em indústrias como a química, alimentar, médica, do papel, do petróleo, da energia nuclear, bem como na construção, utensílios de cozinha, louça, veículos, electrodomésticos e várias peças.

No entanto, os seus inconvenientes também devem ser tidos em conta: o custo do material é quatro vezes superior ao das chapas galvanizadas normais; a elevada resistência do material provoca um desgaste significativo nas ferramentas de máquinas de prensagemAs porcas de rebite de pressão utilizadas para chapas de aço inoxidável devem ser feitas de material de aço inoxidável especial de alta resistência, que é caro, e a rebitagem não é robusta, exigindo frequentemente soldadura por pontos adicional para reforço;

A aderência do revestimento de superfície não é elevada e o controlo de qualidade é um desafio; devido à significativa dorso da molaÉ um desafio garantir a precisão da forma e das dimensões durante a dobragem e a estampagem.

1) Classes adequadas para chapas de aço inoxidável laminadas a frio: 20Cr13, 10Cr17.

2) As qualidades, tipos e utilizações comuns do aço inoxidável são apresentados no Quadro 1-4.

Tabela 1-4 Classes, tipos e utilizações comuns de aço inoxidável

①O grau 1Cr18Ni9Ti foi abolido em GB / T 20878-2007.

2. Chapas de alumínio e de ligas de alumínio

As placas de alumínio e de ligas de alumínio normalmente utilizadas incluem principalmente os seguintes materiais: 3A21, 5A02, alumínio duro 2A12 e alumínio duro 2A06.

1) O alumínio antiferrugem 3A21 (antigo grau LF21, liga Al-Mn) é o alumínio antiferrugem mais utilizado. A resistência desta liga não é elevada (apenas superior à da liga de qualidade industrial), não pode ser reforçada por tratamento térmico e utiliza normalmente métodos de processamento a frio para melhorar as suas propriedades mecânicas. Tem uma elevada plasticidade no estado recozido e uma plasticidade decente no endurecimento por trabalho a frio.

A plasticidade é baixa durante o endurecimento por trabalho a frio, mas possui boa resistência à corrosão, soldabilidade e fraca maquinabilidade. É adequado para o fabrico de peças que requerem uma elevada plasticidade e uma boa soldabilidade, trabalhando em meios líquidos ou gasosos sob carga reduzida.

2) O alumínio antiferrugem 5A02 (antigo grau LF2, liga de Al-Mg) tem melhor resistência do que o 3A21, particularmente uma maior resistência à fadiga, plasticidade e resistência à corrosão. Não pode ser reforçado por tratamento térmico e tem boa soldabilidade com soldadura por contacto e soldadura por hidrogénio.

No entanto, tende a formar fissuras cristalinas durante a soldadura por arco. A liga pode ser maquinada bem no estado de endurecimento por trabalho a frio e semi-endurecimento por trabalho a frio, enquanto a sua maquinabilidade é fraca no estado recozido. Pode ser polida.

3) O alumínio duro 2A12 (antiga classe LY12) é o alumínio duro de alta resistência mais utilizado, utilizado para o fabrico de peças de alta carga e componentes estruturais que funcionam abaixo dos 150 graus Celsius. Pode ser tratado termicamente para aumentar a resistência. Apresenta uma plasticidade média no estado recozido e recentemente temperado, e um desempenho de corte decente após a têmpera e o endurecimento por trabalho a frio.

Após o recozimento, a sua maquinabilidade é baixa. A soldadura por pontos é boa, mas tende a formar fissuras intergranulares durante soldadura a gás e soldadura por arco de árgon. A sua resistência à corrosão não é elevada, sendo normalmente melhorada por anodização, pintura ou revestimento com alumínio. A sua plasticidade é fraca e a dobragem no estado normal pode provocar fissuras nos cantos arredondados exteriores. A placa pode ser dobrada em cerca de 1 a 3 horas, desde o recozimento e o estado de têmpera até ao endurecimento.

4) Alumínio duro 2A06 (antiga classe LY6) é um alumínio duro comummente utilizado. O seu desempenho de processamento sob pressão e maquinabilidade são os mesmos do 2A12. Tem uma plasticidade decente no estado recozido e recentemente temperado. O 2A06 pode ser temperado e envelhecido, e a sua estabilidade geral à corrosão é a mesma do 2A12.

Quando aquecido a 150-250 graus Celsius, tem uma menor tendência para formar corrosão intergranular do que o 2A12. O seu soldadura por pontos é o mesmo que 2A12 e 2A16, e a sua soldadura por arco é melhor que 2A12 mas pior que 2A16. Pode servir como material para alguns tipos de painéis, mas a sua plasticidade é fraca. A dobragem no estado normal pode causar fissuras nos cantos arredondados exteriores. A placa pode ser dobrada em cerca de 1-3 horas, desde o recozimento e o estado de têmpera até ao endurecimento.

3. Chapas de cobre e de ligas de cobre

Existem essencialmente dois tipos de chapas de cobre e de ligas de cobre normalmente utilizadas: Cobre puro (T2) e latão (H62).

1) O Cobre Puro (T2) é o mais frequentemente utilizado, apresentando uma cor púrpura. Possui uma elevada condutividade eléctrica e térmica, bem como uma excelente resistência à corrosão e maleabilidade. No entanto, é muito menos forte e duro em comparação com o latão, e é bastante caro. É utilizado principalmente para equipamento condutor, resistente ao calor e anti-corrosivo, normalmente para componentes que necessitam de transportar grandes correntes em fontes de alimentação.

2) O latão (H62) pertence à categoria do latão com alto teor de zinco. Oferece uma resistência superior e uma excelente capacidade de trabalho a frio e a quente, suportando facilmente várias formas de processamento e corte sob pressão. É utilizado principalmente para vários componentes de suporte de carga de estiramento profundo e dobrado. Embora a sua condutividade eléctrica não seja tão boa como a do cobre puro, apresenta uma boa resistência e dureza, e o seu preço é razoavelmente moderado.

Quando o requisito de condutividade é cumprido, a escolha do latão H62 em vez do cobre puro pode reduzir significativamente os custos de material. Atualmente, a maior parte das peças condutoras dos barramentos são feitas de latão H62, que comprovadamente cumpre plenamente os requisitos.