Limites de raio de curvatura de formação de aço inoxidável duplex, retorno elástico e efeitos de trabalho a frio

Aço inoxidável duplexpode ser formado, mas é menos indulgente do que 316L: use raios de curvatura mínimos maiores (cerca de 2x espessura para 2205, 2,5-3x para 2507), espere mais retorno elástico devido à sua maior resistência ao escoamento e controle o trabalho a frio cuidadosamente porque aumenta a resistência, mas pode reduzir a tenacidade e a margem de corrosão se for exagerado. A conformação a frio pesada deve ser seguida por um recozimento em solução.

Em uma frase: formas duplex como um primo mais forte, mais flexível e menos dúctil do aço inoxidável austenítico - planejam raios maiores, mais curvatura para vencer o retorno elástico e um recozimento pós--forma após trabalho a frio severo.

Principais conclusões

• Raio mínimo de curvatura a frio: cerca de 2x espessura (t) para 2205, 2,5-3x t para super duplex 2507 - aproximadamente o dobro do 1x t típico de 316L.
• Springback é maior que os graus austeníticos: o duplex se recupera mais devido ao seu maior rendimento (450 MPa vs ~170-310 MPa para 316L). Dobre demais o ângulo alvo para compensar.
• O trabalho a frio aumenta o rendimento/resistência à tração e a dureza, mas também reduz a ductilidade e a resistência ao impacto - limita o trabalho a frio e o recozimento após conformação severa.
• O trabalho de ferrita-endurece mais rápido que a austenita; trabalho a frio excessivo mais aquecimento posterior na faixa de 600-900 graus C corre o risco de fase sigma. Mantenha a ferrita em 35-65%.
• A conformação a quente deve ser feita acima da faixa de-recozimento da solução (cerca de 1.000-1.100 graus C para 2205) seguida de resfriamento rápido - nunca resfrie lentamente através da zona de perigo sigma.
• Após a conformação pesada a frio ou a quente, um recozimento em solução + têmpera restaura a resistência à corrosão e a microestrutura duplex balanceada.

O que torna o aço inoxidável duplex diferente na forma?

Duplex é uma mistura aproximadamente 50/50 de ferrita e austenita, o que lhe confere alta resistência e boa resistência à corrosão, mas também menor ductilidade e maior retorno elástico do que o 316L totalmente austenítico -, portanto, a conformação precisa de raios maiores e mais força.

A metade ferrítica torna o duplex mais forte e rígido; a metade austenítica confere ductilidade e tenacidade. Juntos, eles formam um material que resiste à deformação mais do que 316L, recupera mais após a flexão e endurece-facilmente durante o trabalho. Os planejadores de processos devem levar em conta estas três características: raios de curvatura maiores, curvatura excessiva para retorno elástico e controle cuidadoso do nível-de trabalho a frio.

Quais são os limites mínimos do raio de curvatura?

Use raios de curvatura mínimos conservadores: cerca de 1,5-2x espessura (t) para 2205 em uma curva de 90 graus (2-3x t para curvas apertadas de 180 graus) e cerca de 2,5-3x t para super duplex 2507. Estes são aproximadamente o dobro do ~1x t comum para 316L.

O raio de curvatura é medido até a superfície interna. Raios mais estreitos podem causar rachaduras na fibra externa (lado de tensão) e endurecimento excessivo. Os valores abaixo são orientações práticas da indústria para dobra a frio; os limites exatos dependem da espessura da parede, método (prensa dobradeira, rolo, tração rotativa) e têmpera.

Por que o Duplex retorna mais do que 316L?

Springback é a recuperação elástica de uma curva após a remoção da carga. Como o duplex tem um limite de escoamento muito maior (cerca de 450 MPa versus 170-310 MPa para 316L), uma fração maior da deformação é elástica e se recupera - portanto, as dobras duplex saltam mais e exigem sobreflexão deliberada.

Springback é impulsionado pela relação entre a resistência ao escoamento e o módulo. O rendimento duplex é maior enquanto seu módulo de elasticidade é semelhante ao de outros aços, portanto, uma fatia maior da dobra é "elástica" e rebate. Praticamente, a prensa-dobradeira ou o ângulo da matriz devem ser ajustados mais abaixo (sobrecurvado) do que o alvo para que o rebote atinja o ângulo desejado.

Prática recomendada: faça uma dobra de teste no material cortado, meça o ressalto e trave o ângulo corrigido da matriz antes da produção.

Como o trabalho a frio afeta o aço inoxidável duplex?

O trabalho a frio (dobra, laminação, alongamento) fortalece o duplex pelo endurecimento - rendimento e aumento de tração e aumento de dureza - mas também reduz a ductilidade, a resistência ao impacto e pode diminuir a margem de corrosão se for levado muito longe ou seguido por aquecimento inadequado.

Efeitos mecânicos

A resistência ao escoamento de 2205 pode aumentar de 450 MPa para 550-650 MPa após trabalho pesado a frio.

A dureza aumenta; ductilidade (alongamento) e queda na resistência ao impacto Charpy.

O trabalho com ferrita-endurece mais rápido que a austenita, então o equilíbrio de fase muda para um comportamento mais duro e menos resistente.

Efeitos de corrosão

O trabalho a frio moderado geralmente não prejudica a resistência à corrosão e pode até mesmo ajudar ligeiramente na tensão de compressão da superfície.

O trabalho pesado a frio e a exposição posterior a 300-900 graus C (por exemplo, soldagem, secagem ou alívio de tensão) aumentam o risco da fase sigma porque a ferrita deformada é mais propensa à precipitação.

Se o trabalho a frio exceder cerca de 10-15% (uma regra prática comum para serviços críticos), especifique um recozimento de solução pós-formulário para restaurar propriedades.

Regra geral: a formação de luz (curvas de raio pequeno, baixa deformação) é boa quando-formada; A conformação a frio severa deve ser seguida por recozimento em solução + têmpera.

Conformação a Frio vs Conformação a Quente

Escolha a conformação a frio para seções finas e curvaturas moderadas (mais rápida, mais barata, sem escamas); escolha a conformação a quente para placas espessas, raios estreitos ou formatos complexos, realizada acima da temperatura de recozimento da solução e temperada imediatamente.

Tratamento térmico após formação

Após a formação intensa a frio ou a quente, execute um recozimento em solução a cerca de 1.020-1.100 graus C (2205) ou 1.050-1.150 graus C (2507) seguido de têmpera rápida - isso dissolve quaisquer fases precipitadas, restaura o equilíbrio de ferrita/austenita de 35-65% e recupera a resistência à corrosão. Nunca alivie o estresse na faixa de 600-900 graus C.

• Trabalho leve a frio (baixa tensão): geralmente aceitável como{0}}formado, mas verifique a resistência do serviço.
• Trabalho pesado a frio / forma a quente: recozimento obrigatório em solução + têmpera.
• Após o recozimento: a decapagem/passivação restaura o filme passivo-rico em cromo.
• Confirme o teor de ferrite (35-65%) e, para peças críticas, o impacto Charpy após o tratamento.

Duplex vs 316L vs Aço Carbono: Comparação de Formação

Para conformabilidade: o aço carbono é o mais fácil, o próximo é o 316L, o duplex é o mais duro (maior raio, maior retorno elástico). Em relação à resistência-ao{3}}peso após a formação, o duplex vence. Escolha a classe de acordo com o serviço e planeje o método de conformação em torno de seus limites.

Perguntas frequentes

P: Qual é o raio de curvatura mínimo para Duplex 2205?

R: Cerca de 1,5-2 vezes a espessura para uma curva a frio de 90 graus e 2-3 vezes a espessura para curvas apertadas de 180 graus. Super duplex 2507 precisa de cerca de 2,5 a 3 vezes de espessura. Eles têm aproximadamente o dobro da espessura de aproximadamente 1x típica do 316L.

P: Por que o aço inoxidável duplex retorna mais do que 316L?

R: Duplex tem um limite de escoamento muito maior (cerca de 450 MPa vs 170-310 MPa para 316L), portanto, uma parcela maior da curvatura é elástica e se recupera após o descarregamento. Planeje uma curvatura intencional e verifique com uma peça de teste.

P: O trabalho a frio prejudica a resistência à corrosão duplex?

R: O trabalho a frio moderado geralmente não prejudica a resistência à corrosão. O risco é o trabalho pesado a frio seguido de aquecimento na faixa de 600-900°C, que pode precipitar a fase sigma. Após a conformação a frio severa, a solução é recozida + têmpera para restaurar a resistência à corrosão.

P: Preciso recozer o duplex após a conformação?

R: Somente após trabalho pesado a frio ou após conformação a quente. Curvas leves geralmente são aceitáveis ​​como{1}}formadas, mas peças de seção-críticas ou espessas devem ser recozidas-com solução (1020-1100 graus C para 2205) e temperadas.

P: O duplex pode ser formado a quente como o aço carbono?

R: Sim, mas a janela de temperatura é mais estreita: forme acima de cerca de 1000-1100 graus C e tempere imediatamente. Evite o resfriamento lento através da zona de perigo sigma de 600-900 graus C e depois descalcifique + decapagem.

P: O duplex é mais difícil de formar do que o 316L?

R: Sim. Ele precisa de raios de curvatura maiores, mais força de flexão e mais compensação de retorno elástico do que o 316L, mas oferece cerca de duas vezes a resistência, permitindo paredes mais finas na peça final.

Conclusão

O aço inoxidável duplex se forma com sucesso quando você respeita três fatos: ele precisa de raios de curvatura maiores que o 316L (cerca de 2x t para 2205, 2,5-3x t para 2507), ele retorna mais devido ao seu maior rendimento e o trabalho a frio o fortalece, mas pode prejudicar a resistência e a margem de corrosão se for exagerado. A conformação pesada a frio ou a quente deve terminar com uma solução de recozimento e têmpera.

Regra prática: planeje raios maiores, faça overbend para evitar o retorno elástico, limite e recoze o trabalho pesado a frio e nunca alivie-a tensão na faixa de 600-900 graus C. Com esses controles, o duplex oferece aproximadamente o dobro da resistência do 316L em uma peça moldada que ainda resiste à corrosão por cloreto.