Nos últimos anos tem aumentado a utilização dos chamados aços avançados de alta resistência (Advanced High Strength Steels – AHSS). Esse tipo de aço combina alta resistência mecânica com boa ductilidade e, até o momento, sua aplicação tem estado restrita à fabricação de produtos para a indústria automobilística.
A alta resistência desses materiais permite que sejam utilizados componentes mais leves, o que implica na redução do consumo de combustíveis e a consequente redução da emissão de gases que contribuem para o agravamento do efeito estufa. Mas, o que é exatamente um AHSS? O que faz um AHSS diferente dos aços convencionais laminados e dos aços de alta resistência? O que torna esses aços assim tão “avançados”? Como eles são fabricados?[1]
Inicialmente, considere a questão do desenvolvimento dos AHSS. Os aços de alta resistência foram desenvolvidos nas décadas de 1960 e 1970 basicamente pela adição de elementos de liga aos aços convencionais laminados para o aumento da resistência mecânica dos mesmos. Um pouco mais tarde, os AHSS foram desenvolvidos combinando basicamente a composição química dos aços de alta resistência com tratamentos termomecânicos complexos, onde o material é submetido a ciclos de aquecimento, manutenção, conformação mecânica e resfriamento visando atingir uma microestrutura que confira-lhes alta resistência mecânica combinada com alta conformabilidade. Mas o que pode ser considerada uma combinação adequada de alta resistência e alta ductilidade?
A Figura 1 mostra o conhecido “mapa” ductilidade x resistência para várias classes de aços. Na parte esquerda do mapa observa-se os aços laminados comuns e os aços interstitial-free (IF), ou seja, aços que não possuem em suas composições elementos intersticiais como carbono, nitrogênio e oxigênio. Também nessa faixa estão os aços IFP (intersticial-free com fósforo) e BH (bake-hardenable). Nos aços HB, que possuem baixíssimo teor de carbono (< 30 ppm), o fenômeno conhecido como envelhecimento por deformação é utilizado para aumentar a resistência do material através da realização de uma etapa de conformação a frio, seguida de um tratamento de envelhecimento a 150-200°C. Esses aços têm a tensão de escoamento na ordem 100 a 200 MPa e alongamento da ordem de 35 a 50%.
À medida que se caminha em direção ao lado direito do gráfico, surgem os genericamente chamados aços de alta resistência com tensão de escoamento da ordem de 200 a 550 MPa e alongamento da ordem 10 a 25%. Nessa faixa encontraram-se os aços de baixa liga e alta resistência (High-Strength, Low Alloy – HSLA), os aços C-Mn (carbono-manganês), e alguns aços Dual Phase (DP), Complex Phase (CP), Ferrítico-Bainíticos (FP) e TRIP (Transformation-Induced Plasticity).
De uma forma geral, considera-se que os aços de alta resistência são “avançados” (AHSS) quando a tensão máxima de tração é maior que 550 MPa. Nessa faixa encontram-se muitos aços DP, CP, FP e TRIP, mas principalmente os aços martensíticos e os aços baixo carbono ao boro, considerados a segunda geração dos AHSS, com tensão máxima de tração de até 1.000 MPa. Apesar da elevada resistência ao escoamento, esses aços possuem uma baixa ductilidade (cerca de 10% de alongamento). Isto dificulta a utilização dos mesmos pois exige técnicas especiais de conformação, como, por exemplo, a estampagem a quente.
Quando a tensão de escoamento ultrapassa os 1.000 MPa, costuma-se utilizar o termo aços de ultra alta resistência (ultra high strength steel – UHSS). Atualmente existem aços martensíticos e nanoestruturados que podem atingir tensões de escoamento de até 1.500 MPa[2].
Todos esses aços são considerados a primeira geração dos AHSS.
Na parte superior da figura, à direita, tem-se os aços TWIP (twinning-induced plasticity – plasticidade induzida por maclação), considerados a segunda geração dos AHSS. Esses aços apresentam uma tensão de escoamento entre 900 e 1300 MPa e um alongamento entre 45 e 65%. Quimicamente esses aços se caracterizam pelo alto teor de manganês (15 a 30%), teores de alumínio e silício entre 2 e 4% e extra baixo teor de carbono (< 0,08%).
Essa combinação de elementos produz um aço com estrutura exclusivamente austenítica, estável a temperatura ambiente, a qual deforma-se basicamente por maclação, explicando a excepcional dutilidade do material. A deformação por maclação também encurta os deslocamento máximos possíveis para as discordâncias, o que leva ao aumento da resistência mecânica.
Apesar de sua excelente combinação de resistência e ductilidade, os aços TWIP ainda apresentam um custo relativamente elevado, devido ao alto teor de manganês, e um sistema complexo de fabricação[3].
Atualmente, encontra-se em desenvolvimento a terceira geração dos aços avançados de alta resistência. A pesquisa direcionada para esse fim, tem o objetivo de preencher a lacuna existente entre os aços AHSS convencionais (1ª geração) e os aços TWIP (2ª geração), buscando sempre excelente ductilidade com alta resistência mecânica[2].
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