Materiais comuns usados em peças de chapa metálica

As peças de chapa metálica utilizam o material como um dos três elementos significativos da produção de chapas metálicas. Com processos avançados de chapas metálicas e tecnologia de moldes, somente com a adoção de materiais com bom desempenho de estampagem é possível fabricar peças de chapa metálica de alta qualidade. A seleção e as propriedades abrangentes dos materiais têm um impacto crucial sobre o custo, o desempenho, a qualidade e a capacidade de processamento do produto.

Os materiais em folha referem-se a produtos semiacabados de vários formatos, como chapas finas, chapas médias, chapas grossas, tiras estreitas e materiais em tira.

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

Os materiais em chapa, dependendo de seu estado de laminação, são categorizados em chapas de aço laminadas a quente e laminadas a frio.

I. Seleção de materiais para chapas metálicas

1) Os materiais metálicos comuns devem ser priorizados e mantidos dentro da faixa do manual de materiais da empresa.

2) Em um mesmo produto, tente minimizar a variedade de materiais e especificações de espessura e dimensões da chapa.

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

4) 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 processamento de peças.

II. Introdução aos materiais metálicos comuns

1. Chapa de aço

(1) Chapa de aço fina laminada 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 feita por meio da laminação a frio de uma tira de aço laminado a quente de aço estrutural de carbono, produzindo uma placa de aço com menos de 4 mm de espessura, comumente conhecida como placa fria.

Como são laminadas em temperatura ambiente, não há formação de óxido de ferro, o que resulta em excelente qualidade de superfície, alta precisão dimensional e 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 são divididas em chapas finas de aço comuns laminadas a frio e chapas finas de aço de alta qualidade laminadas a frio.

1) A chapa de aço fina comum laminada a frio é um termo para a chapa de aço laminada a frio de aço estrutural de carbono comum. É fabricada por meio da laminação a frio de uma tira de aço laminada a quente de aço estrutural de carbono comum, produzindo uma chapa de aço com menos de 4 mm de espessura. É amplamente utilizada em muitos campos, principalmente em eletrodomésticos, equipamentos de rádio especializados e em caixas e gabinetes de eletrônicos de potência, substituindo gradualmente as chapas de aço finas laminadas a quente.

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

2) Assim como a chapa de aço fina comum laminada a frio, a chapa de aço fina de alta qualidade laminada a frio também é a chapa de aço fina mais usada em chapas frias.

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

Os 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 comuns e é um pouco menor do que o das chapas de aço galvanizadas. Sua superfície é plana e lisa, mas é propensa a enferrujar quando exposta à umidade, necessitando de pintura oportuna para proteção e para prolongar sua vida útil.

(2) Chapas finas de aço laminadas a frio para estampagem profunda

As chapas finas de aço laminadas a frio para repuxo profundo geralmente empregam aço calmo desoxidado com alumínio, um tipo de aço estrutural de carbono de alta qualidade. Devido à sua plasticidade superior e excelente capacidade de repuxo profundo, ele é amplamente usado em produtos que exigem repuxo profundo de estruturas complexas.

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

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

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

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

(5) Chapas finas de aço galvanizado contínuo laminadas a frio

Também conhecidas como "chapas eletrolíticas", elas se referem 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. Isso resulta em uma camada superficial de zinco uniforme, densa e bem ligada.

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

Eletrolítico as placas são laminadas por um grupo de laminação contínua a frio, depois recozidos por uma unidade CAPL (linha de decapagem de recozimento laminado a frio) e, por fim, entram na unidade de galvanização. Após a limpeza da superfície e a galvanização, elas passam por vários tratamentos, como fosfatização, passivação, lubrificação, resistência a impressões digitais e ligas, dependendo do uso pretendido. As propriedades mecânicas dessas placas referem-se à placa de base correspondente.

As classes aplicáveis para placas eletrolíticas incluem DX1, DX2, DX3 e DX4.

(6) Chapa de aço fina eletrogalvanizada japonesa

1) Classes aplicáveis para chapas finas de aço eletrogalvanizado japonês: SECC (placa original SPCC), SECD (placa original SPCD), SECE (placa original SPCE).

2) Códigos de 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 eletrogalvanizadas contínuas, consulte a Tabela 1-1.

Tabela 1-1: Comparação dos tipos de produtos nacionais e estrangeiros de chapas finas de aço laminadas a frio eletrogalvanizadas contínuas.

(8) Chapa de aço fina galvanizada por imersão a quente contínua

Isso geralmente é chamado de chapa galvanizada ou folha de flandres, referindo-se a chapas e tiras finas de aço galvanizado por imersão a quente, laminadas a frio, com espessura de 0,25 a 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, gerando uma película de óxido de ferro na superfície.

Em seguida, é aquecida a 710~920 graus Celsius em um forno de recozimento de redução com um gás misto de hidrogênio e nitrogênio para reduzir a película de óxido de ferro a ferro esponjoso. A tira de aço ativada e purificada é resfriada a uma temperatura ligeiramente superior ao ponto de fusão do zinco e, em seguida, entra em uma panela de zinco a 450~460 graus Celsius.

A espessura da superfície da camada de zinco é controlada por meio de uma faca de ar. Por fim, ela é submetida à 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 blocos ou folhas. 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 eletrogalvanizada contínua, seu revestimento é mais espesso e é usado principalmente para peças de chapa metálica que requerem forte resistência à corrosão.

1) Classes aplicáveis para chapas de aço finas contínuas galvanizadas por imersão a quente: Zn100-PT, Zn200-SC, Zn275-JY.

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

1) Classes aplicáveis para chapas de aço finas japonesas galvanizadas por imersão a quente: SGCC, SGCD1, SGCD2, SGCD3.

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

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

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

(11) Chapa revestida de alumínio e zinco

Também conhecida como chapa de aço aluzinco, a camada de liga desse material consiste em 55% de alumínio, 43,4% de zinco e 1,6% de silício, solidificados a uma alta temperatura de 600 graus Celsius. Toda a sua estrutura forma uma camada compacta de cristal quaternário de alumínio-ferro-silício-zinco, oferecendo excelente resistência à corrosão.

Com o uso regular, sua vida útil pode chegar a 25 anos, 3 a 6 vezes maior do que a das chapas galvanizadas e comparável à das chapas de aço inoxidável.

1) A resistência à corrosão da chapa revestida de alumínio-zinco vem das funções de proteção da camada de barreira de alumínio e da proteção sacrificial do zinco. Quando o zinco oferece proteção de sacrifício nas bordas da chapa, arranhões 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 melhor proteção de borda do que aquelas com revestimento de alumínio 5%.

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

3) A alta refletividade das chapas revestidas de alumínio-zinco as torna barreiras térmicas eficazes. Sua refletância de calor é quase o dobro da das chapas de aço galvanizado, portanto, elas podem servir como telhado e revestimento para efeitos de economia de energia, mesmo sem pintura.

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

(12) Chapa de aço inoxidável laminada a frio

Devido à sua forte resistência à corrosão, boa condutividade e alta resistência, esse material é amplamente utilizado em setores como produtos químicos, alimentos, medicamentos, papel, petróleo, energia nuclear, bem como em construção, utensílios de cozinha, utensílios de mesa, veículos, eletrodomésticos e várias peças.

No entanto, suas desvantagens também precisam ser totalmente consideradas: o custo do material é quatro vezes maior do que o das chapas galvanizadas comuns; a alta resistência do material causa um desgaste significativo no ferramental de máquinas de prensagemAs porcas de rebite de pressão usadas para chapas de aço inoxidável devem ser feitas de material de aço inoxidável especial de alta resistência, o que é caro, e a rebitagem não é robusta, exigindo, muitas vezes, solda a ponto adicional para reforço;

A adesão do revestimento de superfície não é alta, e o controle de qualidade é um desafio; devido à significativa springbackPor isso, é um desafio garantir a precisão dimensional e de forma durante a dobra e a estampagem.

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

2) As classes, os tipos e os usos comuns de aço inoxidável são mostrados na Tabela 1-4.

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

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

2. Placas de alumínio e ligas de alumínio

As placas de alumínio e liga de alumínio comumente usadas incluem principalmente os seguintes materiais: 3A21, 5A02, alumínio duro 2A12 e alumínio duro 2A06.

1) O alumínio antiferrugem 3A21 (antigo grau LF21, liga de Al-Mn) é o alumínio antiferrugem mais amplamente utilizado. A resistência dessa liga não é alta (apenas superior à da classe industrial), não pode ser reforçada por tratamento térmico e, normalmente, emprega métodos de processamento a frio para aprimorar suas propriedades mecânicas. Possui alta plasticidade no estado recozido e plasticidade decente no endurecimento por trabalho semicongelado.

A plasticidade é baixa durante o endurecimento por trabalho a frio, mas possui boa resistência à corrosão, soldabilidade e baixa usinabilidade. É adequado para a fabricação de peças que exigem alta plasticidade e boa soldabilidade, trabalhando em meios líquidos ou gasosos sob baixa carga.

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

No entanto, ela tende a formar rachaduras cristalinas durante a soldagem a arco. A liga pode ser bem usinada nos estados de endurecimento por trabalho a frio e semi-endurecimento por trabalho a frio, enquanto sua usinabilidade é ruim no estado recozido. Ela pode ser polida.

3) O alumínio duro 2A12 (antiga classe LY12) é o alumínio duro de alta resistência mais usado para a fabricação de peças de alta carga e componentes estruturais que operam abaixo de 150 graus Celsius. Ele pode ser tratado termicamente para aumentar a resistência. Tem plasticidade média no estado recozido e recém-temperado, e desempenho de corte decente após a têmpera e o endurecimento por trabalho a frio.

Após o recozimento, sua usinabilidade é baixa. A solda a ponto é boa, mas tende a formar rachaduras intergranulares durante a soldagem. soldagem a gás e soldagem a arco de argônio. Sua resistência à corrosão não é alta, normalmente melhorada por anodização, pintura ou revestimento com alumínio. Sua plasticidade é baixa, e a flexão no estado normal pode causar rachaduras nos cantos arredondados externos. A placa pode ser dobrada em cerca de 1 a 3 horas a partir do recozimento e do estado de têmpera até o endurecimento.

4) Alumínio duro 2A06 (antiga classe LY6) é um alumínio duro comumente usado. Seu desempenho de processamento sob pressão e usinabilidade são os mesmos do 2A12. Ele tem uma plasticidade decente no estado recozido e recém-temperado. O 2A06 pode ser temperado e envelhecido, e sua estabilidade geral à corrosão é a mesma do 2A12.

Quando aquecido a 150-250 graus Celsius, ele tem uma tendência menor de formar corrosão intergranular do que o 2A12. Seu soldagem por pontos é igual ao 2A12 e ao 2A16, e sua soldagem a arco é melhor que a do 2A12, mas pior que a do 2A16. Ele pode ser usado como material para alguns tipos de painéis, mas sua plasticidade é ruim. A flexão no estado normal pode causar rachaduras nos cantos arredondados externos. A placa pode ser dobrada em cerca de 1 a 3 horas a partir do recozimento e do estado de têmpera até o endurecimento.

3. Chapas de cobre e ligas de cobre

Existem basicamente dois tipos de chapas de cobre e de ligas de cobre comumente usadas: Cobre puro (T2) e latão (H62).

1) O cobre puro (T2) é o mais frequentemente usado e tem cor púrpura. Possui alta condutividade elétrica e térmica, além de excelente resistência à corrosão e conformabilidade. No entanto, é muito menos resistente e duro em comparação com o latão, além de ser bastante caro. É usado principalmente em equipamentos condutores, resistentes ao calor e anticorrosivos, normalmente em componentes que precisam transportar grandes correntes em fontes de alimentação.

2) O latão (H62) pertence à categoria de latão com alto teor de zinco. Oferece resistência superior e excelente trabalhabilidade a frio e a quente, passando facilmente por várias formas de processamento e corte sob pressão. É usado principalmente para vários componentes de suporte de carga de repuxo profundo e dobrado. Embora sua condutividade elétrica não seja tão boa quanto a do cobre puro, ele apresenta boa resistência e dureza, e seu preço é razoavelmente moderado.

Quando o requisito de condutividade é atendido, a escolha do latão H62 em vez do cobre puro pode reduzir significativamente os custos de material. Atualmente, a maioria das peças condutoras dos barramentos é feita de latão H62, que comprovadamente atende plenamente aos requisitos.