O Aço Damasceno – Parte I

No principio, um dos problemas do forjamento de espadas e punhais era o fato de que o ferreiro precisava escolher entre fabricar uma espada com um aço duro e mais frágil, ou com um aço mais macio, mais difícil de quebrar, mas que se deformava muito facilmente. Uma lâmina com maior dureza preserva melhor o fio cortante, mas pode quebrar facilmente sob um forte impacto. Utilizando um aço mais macio a espada já não quebra tão facilmente, mas tem maior tendência a ficar marcada após uma batida mais forte. O desafio sempre foi combinar essas duas propriedades em uma só espada: alta resistência mecânica e dureza combinados com capacidade de absorver choques sem se deformar plasticamente.

“Aço Damasceno” ou “Aço de Damasco” é um termo usado desde a idade média pelas culturas ocidentais para designar um tipo especial de aço utilizado para a confecção de espadas. O Aço Damasceno é cercado por lendas e mitos, pois a ele é atribuído propriedades como altíssima resistência mecânica aliada a grande resiliência (capacidade de absorver energia sem quebrar ou deformar plasticamente). Durante as cruzadas os guerreiros europeus se depararam com a superioridade das espadas dos guerreiros de Alá, e as mesmas ganharam uma fama que resiste até os dias de hoje.

Guerreiros islâmicos

Uma das características mais marcantes de uma espada ou punhal feito com aço damasceno é o aspecto da lâmina, caracterizado por um padrão ondulado de linhas claras e escuras, como mostra a figura abaixo.

Padrão ondulado característico do aço damasceno

Os primeiros registros históricos de tentativas de combinar aços macios com aços duros  remontam a 2500 a.C. O aço damasceno teve seu auge de aperfeiçoamento por volta de 300 a.C. e sua fabricação ainda era realizada até 1700 d.C.

Muitas lendas rondam as propriedades das espadas damascenas, como por exemplo a capacidade de cortar um prego ao meio, ou cortar de uma vez só o cano de um fuzil, ou de cortar em dois pedaços um fio de cabelo ou um lenço de seda deixado cair contra o seu fio.

O segredo exato da fabricação das lâminas damascenas infelizmente se perdeu no tempo. Modernamente, pesquisas realizadas em fragmentos de lâminas preservadas do século 17demonstraram a presença de nanotubos e estruturas nanométricas lineares que comprovam as propriedades extraordinárias dessas lâminas! Como os antigos ferreiros da antiga Síria (Damasco é a sua capital) conseguiam obter essas propriedades continua até hoje um mistério.

Ferreiros de damasco (~1900)

As técnicas de forjamento para a fabricação de lâminas se pareciam mais com fórmulas mágicas, pois os verdadeiros fenômenos que ocorriam não eram conhecidos. Têmperas, cementações e adição de elementos de liga eram realizados de forma inconsciente. Rituais de magia e rezas acompanhavam a execução da espada, como os exemplos abaixo:

"...então, após martelar a lâmina até ficar reta e com fio, o ferreiro deve colocar e retirar várias vezes a lâmina dentro de um fogo de madeira de cedro, enquanto recita a prece do deus Baal, até o aço ficar avermelhado como o sol poente, como quando o sol se põe no deserto ao oeste, e depois com um movimento rápido fazer a lâmina penetrar seis vezes na parte mais carnuda das costas ou da coxa de um escravo, até a cor atingir um tom de púrpura. Então, caso a espada com uma só passada feita com o braço direito do Mestre Ferreiro separe a cabeça do escravo do corpo, sem riscos ou trincas, e a lâmina possa ser dobrada ao redor do corpo de um homem e voltar à forma original,então a espada pode ser considerada perfeita e colocada ao serviço do deus Baal."
Tradução da tradução do livro de S. Sass

Em uma saga nórdica consta a seguinte receita (a técnica aqui descrita parece absurda mas foi comprovada pelo Museum of English Rural Life, Reading eficaz como forma de adicionar nitrogênio ao aço. Ou seja, é uma nitretação feita dentro das galinhas!.. :)  :
"Tomar um pedaço de ferro e limar o mesmo até virar pó, após misturar com farinha e misturar na ração das galinhas. Após repetir o processo algumas vezes o pó deve ser novamente juntado das fezes das galinhas e ser usado para fabricar a espada. A espada fabricada assim é capaz de superar qualquer outra, sendo capaz de cortar o inimigo em dois, com armadura e tudo."
Tradução da tradução do trecho de R. Hummels

"Juntar caules e folhas de Verbena (planta medicinal) e triturar, filtrando o suco com um pano. Acrescente a mesma quantidade de urina de homem e um pouco do suco que sai de larvas de besouro quando amassados. Não aqueça o ferro excessivamente. Deixe-o resfriar até aparecerem manchas douradas e então mergulhe o aço na mistura. Se ficar muito azul quer dizer que ainda está mole."
Livro dos Alquimistas de Nuremberg, de 1532 ("Von Stahel und Eysen")

Detalhe de espada do século 16 forjada em aço damasceno

 Fontes:
http://www.arsmartialis.com/index.html?name=http://www.arsmartialis.com/technik/damast/damast1.html

http://de.wikipedia.org/wiki/Katana

http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw1_ge/kap_4/advanced/t4_1_3.html

http://archaeology.about.com/od/ancientweapons/a/damascus_steel.htm

http://archaeology.about.com/gi/o.htm?zi=1/XJ&zTi=1&sdn=archaeology&cdn=education&tm=50&f=00&su=p284.12.336.ip_&tt=2&bt=1&bts=0&zu=http%3A//www.tms.org/pubs/journals/JOM/9809/Verhoeven-9809.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Damascus_steel


Aço Damasceno - PARTE II

Vídeo: fábrica de facas na Alemanha

Esta fábrica fica em Solingen, Alemanha, tradicionalmente conhecida pela tradição centenária de fabricação de facas e espadas. A fábrica mostrada abaixo é a Zwilling J. A. Henckels.

A Zwilling J. A. Henckels existe desde 1731, sendo uma das marcas mais tradicionais do mundo! A empresa tem uma página em português com muitas informações, inclusive sua história, AQUI.

A matéria-prima entra na fábrica em forma de bobina, que é então cortada em blanks individuais. Apesar do alto grau de automação, se passam três semanas desde o início da produção até a saída da faca pronta. São facas de alta qualidade, e o vídeo provavelmente não mostra algumas etapas confidenciais. A começar pela liga de aço inoxidável utilizada, que é um segredo da empresa.

As facas passam por processos especiais de tratamento térmico, tanto a baixíssimas quanto a altas temperaturas, com objetivo de conferir resistência a corrosão e tenacidade. Após o tratamento térmico qualquer distorção causada pelo calor é eliminada por um especialista, manualmente, com o uso de um martelo especial. Cada faca é inspecionada individualmente. Esse controle de qualidade não é possível ser feito por máquinas. 

Após isso os robôs assumem novamente, em etapas de retífica e polimento automatizado. O polimento e afiação final são feitos manualmente de novo, e a faca então é embalada e vai parar na cozinha de alguém.

Fonte: http://www.popsci.com/technology/article/2011-09/how-chefs-knife-made

Arte feita com chapas

Neste post não vou falar de problemas técnicos, soluções mirabolantes ou tendências da indústria. E quem disse que a conformação não combina com arte? Deem uma olhada nas fotos abaixo e tirem suas conclusões! Houve um tempo em que as peças de chapa eram conformadas em formas suaves e arredondadas, exuberância de curvas e efeitos visuais. Cá entre nós, os carros de hoje em dia, por mais aerodinâmicos e modernos que sejam, não possuem o charme das máquinas mostradas abaixo.

ARTE FEITA EM CHAPA!

Corvette da primeira geração, ano 1960

Corvettes enfileirados

Corvette Stingray conceito

Corvette Stingray conceito - vista traseira

Ford coupe Pristine de 1950

Corvette C3, com bagageiro externo, pneus e rodas especiais

Um Mustang sedento sendo abastecido

Camaro

Buick Electra 225 conversível

Buick Electra 225 conversível e seu incrível painel

Buick Electra 225 conversível e seu rádio exclusivo

Formação de Corvettes

Capô de um Stingray C2 conversível

Stingray C2

Chevrolet Bel Air Nomad de 1956

Chevrolet Bel Air Nomad de 1956

Chevrolet Bel Air Nomad 1957

Chevy-truck dos anos 60. Símbolo de uma era.

Buick Century 1958 coupe customizado

A "barbatana" do Buick 1958

Cara de brabo do Buick 1958

Stingray C2 conversível

Chevy Impala conversível

Corvette C3

Fonte: Popular Mechanics

Um pouco de história...

Conformação de metais é uma das mais antigas atividades humanas. É interessante citar que já se fazia conformação antes mesmo de se desenvolverem as técnicas para extrair os metais de minérios. De onde vinha então a matéria-prima? De meteoritos!

Meteorito metálico

Meteoritos metálicos tem uma composição semelhante à do aço, por isso as ferramentas fabricadas com eles possuíam propriedades superiores. Já se usavam meteoritos muito antes de se conseguir produzir o aço! Dá para imaginar o valor que um punhal ou uma espada tinham na idade do bronze!

Os antigos sumérios (6.000 a.C.) já faziam uso de meteoritos metálicos.


A palavra em sumério AN.VAR significa ferro celestial, ou ferro das estrelas. Um exemplo de ferramenta fabricada com aço de meteoritos é o punhal encontrado na tumba de Tutancamon, no egito.

Punhal de aço do Rei Tutancamon

Existem registros históricos semelhantes nas antigas Mesopotâmia, Egito, Afeganistão, América Central e Oriente Médio. Nesta época, o ferro meteorítico era considerado um material muito mais valioso que o Bronze, a Prata e o Ouro.

 

Os primeiros registros históricos da fabricação do ferro datam de 2000 a.C, na região da Anatólia (atual Turquia).

Atividade siderúrgica no Egito antigo.

O desenvolvimento de técnicas para fabricação de ligas metálicas, denominada siderurgia, representou uma revolução para as antigas sociedades. Para se ter uma ideia da importância, veja a passagem da bíblia:

„...terra em que comerás o pão sem escassez, e onde não te faltará coisa alguma; terra cujas pedras são ferro, e de cujos montes poderás cavar o minério.“

Deuteronômio 8:9 

 

Alto forno primitivo

Na Europa, a idade do ferro inicia-se por volta de 1200 a.C. Nessa época os processo utilizados não permitiam a obtenção de uma matéria prima de qualidade, contendo elevado grau de impurezas. 

A fabricação de ligas ferrosas na idade média era uma atividade que exigia muita experiência e cercada de mistérios. A técnica foi mantida em segredo por representarem uma vantagem estratégica nas guerras.

Siderurgia na idade média

O material produzido na época não podia ser utilizado diretamente após a fundição, sendo necessário reaquecer o metal e bater com um martelo, dando-se assim a forma desejada ao mesmo. Ou seja: conformando.

Forjamento de uma ferramenta na idade média

O primeiro processo de conformação a existir foi provavelmente o forjamento com martelo de um pedaço de metal maleável ou aquecido a altas temperaturas para torná-lo maleável. As técnicas usadas permitiam a confecção de foices, punhais, pregos, espadas, martelos, armaduras, etc. O forjador, ou ferreiro, era uma pessoa muito disputada, sendo que nas guerras eram poupados e mudavam de senhor volta e meia.

Espadas: uma das armas mais letais na idade média e cujos segredos de fabricação eram dominados pelos ferreiros

Durante séculos a conformação de metais continuou sendo um processo de fabricação artesanal. Somente após o desenvolvimento de materiais de melhor qualidade e máquinas para automatizar os processo (Revolução Industrial) é que começaram a surgir novos processos, até chegar no estágio em que estamos atualmente. 

Página Atualizada

O conteúdo da página Conformação de Chapas foi atualizado.

Conformação por explosão - origens

Apesar do nome um pouco aterrorizante (não, não foi invenção do Bin Laden!), é um processo ainda em uso e que confere às peças propriedades únicas ao componente, somente alcançáveis desta forma.

A literatura existente sobre conformação por explosão remonta aos anos 50, porém o processo é sabidamente mais antigo. E, nada mais apropriado, foi descoberto durante a guerra (assim como a soldagem por explosão). Notou-se que após uma explosão uma chapa que estivesse nos arredores da explosão ficava moldada a qualquer coisa que estivesse atrás dela. Caso a explosão fosse muito forte, ocorria até a soldagem da chapa com outro metal. Após alguns testes descobriu-se que era possível conformar geometrias extremamente complexas. Também as propriedades de resistência mecânica do componentes ficavam excelentes.

Uma das razões disso acontecer é que a curva de escoamento de um metal varia com a velocidade de deformação. Altas taxas de deformação puxam a curva Tensão de escoamento vs. Grau de deformação para cima. Assim sendo, a peça final terá uma resistência mecânica muito maior do que o material original e também maior do que o que se consegue com processos convencionais. A onda de choque da explosão faz com que a chapa "grude" na matriz, copiando até os menores detalhes. Obviamente não é um processo apropriado para alta produção. É realizado dentro de tanques com água, de forma a limitar a explosão a um espaço apropriado.

O artigo abaixo mostra que o processo ainda é usado. Apesar do nome, constitui um nicho de mercado dominado por pouquíssimas empresas no mundo. Pena que os redatores da reportagem abaixo não pesquisaram o histórico do processo, é bem antigo não é uma nova tecnologia conforme estão afirmando.

O artigo completo está AQUI.

Cabine de avião é fabricada com tecnologia a explosão

Tecnologia de reator de fusão

Quando começaram a fabricar peças para reatores de fusão nuclear, os engenheiros logo viram que as técnicas tradicionais de fabricação não seriam suficientes.
No interior desses reatores, devido aos fortíssimos campos magnéticos, ao contato com o plasma e temperaturas que se pretende igualar às temperaturas das estrelas, os materiais não podem ter os mínimos defeitos.
E, quando se usa uma prensa para forçar um metal assumir um determinado formato - a técnica tradicional usada em estamparia -, por melhor que seja a qualidade resultante, a peça sempre apresenta microfraturas e, devido ao estresse, uma resistência menor do que a resistência do material original.
Em 1998, um grupo de engenheiros do Instituto TNO, da Holanda, surgiu com uma ideia radical: substituir a prensa por uma explosão.

Estamparia por explosão

A nova tecnologia de conformação teve um sucesso igualmente explosivo: a qualidade das peças produzidas pela estamparia a explosão era muito superior à qualidade das peças prensadas, o que tornou a técnica interessante para muitas aplicações além dos reatores de fusão.
A técnica consiste em submeter o metal a uma onda de choque.
"Nós colocamos as placas de metal em cima de um molde, dentro de um tanque com água," explica Hugo Groeneveld, um dos criadores da técnica de conformação explosiva.
"A seguir, nós detonamos explosivos com alta precisão, e as ondas de choque geradas sobre a água pressionam o metal em cada detalhe da forma desejada. Usando esta técnica nós podemos fazer peças com desenhos incrivelmente complexos," afirma.

Mais uma notícia sobre substituição de metal por fibra de carbono

Complementando o post Fibra de Carbono: Material do Futuro, aí vai mais uma matéria sobre fibra de carbono. Veja a reportagem completa aqui.

A empresa japonesa Teijin apresentou a primeira tecnologia capaz de viabilizar a produção em massa de carros cuja carroceria seja feita inteiramente de fibra de carbono.

Para demonstrar o potencial do novo processo produtivo, a empresa produziu protótipos de carrocerias de automóvel em menos de um minuto.

Carros de fibra de carbono

Há anos os engenheiros vêm tentando usar o chamado CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic, ou plástico reforçado com fibras de carbono) para reduzir o peso e aumentar a segurança dos carros.

As fibras de carbono já são usadas na fabricação de carros de competição, mas o processo de moldagem do material é muito demorado, inviabilizando seu uso para a produção de veículos em massa.

A nova tecnologia desenvolvida pela Teijin resolve este problema, abrindo a possibilidade de fabricação de inúmeros outros produtos, além dos monoblocos dos carros de passeio, cabines de caminhões ou cascos de barcos.

Menos material, menos custos, mesma qualidade

Mesma qualidade da peça com menor consumo de material, este é o tema do novo projeto de pesquisa  no Instituto para Produção Integrada (Institut für Integrierte Produktion) de Hannover (IPH)

Os pesquisadores de Hannover testam a possibilidade de controlar a formação da rebarba em peças forjadas. Objetivo é descobrir quanto material pode ser economizado na fabricação de peças forjadas complexas como barras de controle e braços de suspensão, de forma a não ocorrer nem excesso nem falta de material. No caso de ocorrer falta de material pode acontecer uma das principais falhas de forjamento: a cavidade da ferramenta não é completamente preenchida e a peça é perdida. Por outro lado, quando há material em excesso precisa ser removido posteriormente em um processo adicional. O projeto deve contribuir para que a quantidade de material possa ser otimizada de forma que o custo do material, que representa quase a metade do custo final da peça, seja reduzido.

Economia no forjamento 

Redução de uso material no forjamento oferece grande potencial para redução de custos. Conseguir isso aliado a alta qualidade da peça é o maior desafio. O IPH pesquisa como garantir que a cavidade da matriz seja totalmente preenchida mesmo com o uso de menor quantidade de matéria-prima. Os pesquisadores analizam primeiramente a ferramenta. No forjamento convencional o material em excesso flui através da folga para a rebarba existente na ferramenta. Esta folga tem um tamanho constante, determinada pelo projeto. No projeto de pesquisa o IPH estuda como desenvolver uma técnica para variar a folga da rebarba na ferramenta de forma a garantir o preenchimento total usando menos material.  

Formação controlada da rebarba garante preenchimento completo da cavidade 

Variações de volume e temperatura podem trazer consequencias negativas ao preencimento da cavidade. Uma formação controladada da rebarba pode ser útil neste sentido. “Através do controle da zona de rebarba poderemos futuramente reagir a variações de volume e temperatura e assim garantir o preenchimento total da cavidade”, prevê o Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, um dos três diretores do IPH. “Até mesmo poças complexas e longas poderão logo ser fabricadas com menos material.”  

Controle através de molas ou hidráulico 

No momento os pesquisadores testam métodos para controlar a zona de rebarba da ferramenta. Alternativas seriam: método passive através de molas ou ativo através de sistema hidráulico. A seguir será construído um modelo em elementos finitos que represente a nova ferramenta. E finalmente os engenheiros pretendem realizar testes práticos simulando variações de temperatura e material. 


Fonte: http://www.automobil-industrie.vogel.de/produktion/articles/326973

Compósitos de Fibra de carbono: Material do futuro. Será o fim das peças feitas de chapas metálicas?

Tradução livre de reportagem retirado da Der Spiegel alemã, sobre o uso de compósitos de fibra de carbono na indústria automobilística. Esse material concorre com as chapas de aço e alumínio, ganhando com vantagem no quesito peso/ resistência. A dificuldade ainda é conseguir altas taxas de produção, aí a estamparia ainda é campeã. Mas, como mostra a reportagem, a indústria continua inovando e um dia talvez seja possível substituir as chapas metálicas quase completamente. Estamparias: tremei....? 

 

Produção em série à vista!

Ele era considerado até agora como material para carros super esportivos: compósitos de fibra de carbono. E esse material de alta resistência porém levíssimo pode vir a ser fabricado em grandes séries. Porém para isso são necessários processos de fabricação inovadores.

Munique/ Stuttgart – As indústrias automobilísticas veem um futuro negro para os automóveis, literalmente: cada vez mais estão utilizando componentes em fibra de carbono em modelos dos carros de amanhã. Confeccionado a partir de finíssimas fibras de carbono, o material é mais resistente que o aço e muito mais leve. “Assim pode-se economizar 50% do peso em relação à chapas de aço, e 30% em relação a chapas de alumínio”, cita Klaus Drechsler. Ele é professor da cadeira Compósitos de Carbono na Universidade técnica de Munique e atualmente um especialista muito requisitado.

“Quanto mais as emissões de CO2 entram em foco, mais importante serão estruturas leves feitas em compósitos de fibra de carbono.” Explica Drechsler. Isso vale tanto para automóveis convencionais quanto para automóveis elétricos do futuro próximo. “Assim é possível compensar o aumento do peso causado pela presença das baterias.”

Até agora compósitos de fibra de carbono eram utilizados, sobretudo em super-esportes como Bugatti Veyron ou Mercedes SLR, devido ao processo de fabricação complexo. Porém, de acordo com Drechsler, novos processos de fabricação estão permitindo lentamente sua aplicação em classes de automóveis de maior produção.

Estrutura leve compensa peso das baterias

Precursora destes desenvolvimentos é a empresa BMW. A empresa já está fabricando componentes como teto e algumas peças estruturais para modelos esportivos modelo M, em altas taxas de produção. Em dois anos os Bávaros querem que o carro elétrico i3 seja o primeiro modelo de produção em massa com a carroceria quase completamente fabricada em compósitos de fibra de carbono. O peso do automóvel é mantido ainda em segredo. O gerente do projeto, Peter Ratz, dá apenas algumas pistas: “Apesar do pesado pacote de baterias conseguimos alcançar o peso de um automóvel convencional“.

Para possibilitar o uso de compósitos de fibra de carbono em larga escala se faz necessário novos e mais eficientes processos de produção, segundo Drechsler. Os tempos de produção e o trabalho manual devem ser reduzidos. Até o momento as grandes mantas de fibra de carbono são cortadas a mão, então embebidas em resinas especiais e finalmente “cozidas” em fornos por várias horas, até atingirem sua forma final. Na produção do i3 será utilizado um processo automatizado, segundo Ratz. “Do contrário não conseguiríamos atingir alta produção.” E os bávaros também pensaram em um aproveitamento para os retalhos das mantas de fibra. Trançadas com habilidade formam a espinha dorsal para novas peças como a tampa do capo do M3 série especial CRT, que no outono chega nas concessionárias, de acordo com o porta voz Stefan Behr.

Corte de mantas de fibra de carbono: ainda não é possível realizar o processo de forma totalmente automática. Porém as indústrias automobilísticas trabalham febrilmente no desenvolvimento de métodos de produção inovadores.

Ao contrário da BMW, o fabricante MacLaren cita números concretos para mostrar os seus avanços na fabricação com fibra de carbono: A 30 anos atrás quando a Maclaren construiu seu primeiro carro de formula 1, monocoque e em fibra de carbono, eles precisavam de 6 dias para fabricar uma carroceria de compósito. Atualmente em seu esportivo para as ruas MP4-12C eles conseguem em 4 horas.

Produção em larga escala só daqui a 10 ou 15 anos

 

A VW também aposta em fibra de carbono para seus modelos econômicos do futuro. O XL1 faz 111 Km com 1 litro (emissão de CO2: 22 g/ Km) justamente devido a isso, pois pesa somente 795 Kg. E se o patriarca da VW, Ferdinand Piëch, pode prometer isso, quer dizer que os custos de produção estão caindo rapidamente. Uma carroceria de fibra de carbono custava no inicio 35.000 Euros, hoje já estamos em 5.000 Euros, segundo ele! 

Primeiros passos: Formas simples, como o teto do M3 sport da BMW, são já hoje produzidas de forma semi-automática. O tempo no forno já foi reduzido substancialmente pelos pesquisadores.

Enquanto BMW e VW apostam em uma carro feito quase que completamente em fibra de carbono, outros fabricantes perseguem outras estratégias, em pequenos passos: “Nós não buscamos economizar peso em um único automóvel, mas sim na frota inteira”, diz o porta voz da Mercedez Christoph Horn. Por isso, a partir do ano que vem começarão a aparecer pouco a pouco partes da carroceria em fibra de carbono nos automóveis com a marca da estrela. Assim como hoje algumas partes como portas, pára-lamas ou tampas são estampadas em chapa de alumínio, serão também produzidas algumas partes em fibra de carbono. Isso já é esperado na nova geração do Roadster SL que sai no início de 2012.

Audi R8: O uso de fibra de carbono trouxe uma redução de 100 Kg.

Estes desenvolvimento não deixam dúvidas que o caminho em direção às altas taxas de produção de partes em fibra de carbono está posto. Porém, tão rápido como alguns fabricantes de automóveis gostariam não vai ser. Séries de produção na ordem de 60.000 a 80.000 automóveis ao ano já serão realidade brevemente. Entretanto, até conseguirmos atingir taxas de produção de estruturas em fibra de carbono da ordem de meio milhão ou mais vai demorar ainda de 10 a 15 anos.

Atualizações de páginas

As páginas O que é conformação e Conformação de Chapas foram atualizadas.

Future Steel Vehicle (Veículo de Aço do Futuro)

O artigo abaixo (tradução livre, link para o original aqui) foi retirado da página da World Auto Steel (WAS), associação composta de 17 grandes produtores mundiais de aço, com a missão de avançar e divulgar a utilização do aço para a indústria automotiva. Do Brasil, a nossa USIMINAS também é membro (a CSN fez parte no início, mas saiu não sei porque..)


A WAS surgiu como uma resposta ao avanço do uso alumínio em carrocerias de automóveis por volta dos anos 80. Sentindo sua hegemonia ameaçada, os fabricantes de aço se viram obrigados a desenvolverem aços avançados, o que deu origem aos diversos AHSS (em português: aços avançados de alta resistência).


O uso de chapas com maior resistência mecânica permite que se reduza a sua espessura, o que resulta em diminuição de peso sem perda estrutural no veiculo. Menor peso significa menor consumo de combustível.


De tempos em tempos a WAS lança um projeto novo com metas desafiadoras. Os resultados das pesquisas são repassados à industria automotiva, garantindo assim a continuidade do uso das chapas de aço. Alguns projetos importantes são o ULSAB, ULSAC e ULSAS.



Vale lembrar que o carro mostrado nas imagens abaixo não é fabricado e talvez nunca sera, ele apenas serve como plataforma para que as usinas mostrem o que é possível fazer com seus materiais.


Tem um vídeo:

 Vídeo promocional do Automóvel em aço do futuro 

Bruxelas, 18 de Maio de 2011 – O WorldAutoSteel anunciou hoje os resultados de um programa de três anos para desenvolver projetos completos para veículos elétricos, com uso intensivo de aços, que reduzem as emissões de gases com efeito estufa ao longo de todo o seu ciclo de vida. O FutureSteelVehicle (FSV) possui um projeto de carroceria em aço, com uma redução de massa de 35 por cento em relação a um veículo de referência, além de uma redução de cerca de 70 por cento nas emissões ao longo de todo o seu ciclo de vida. Tudo isto é conseguido ao mesmo tempo em que se cumpre uma extensa lista de requisitos mundiais de segurança e durabilidade, evitando ainda um aumento de custo associado à redução de massa.

O programa FSV desenvolveu estruturas otimizadas em Aços Avançados de Alta Resistência (AHSS) para quatro modelos de veículos para 2015-2020: Elétrico a bateria e hibrido elétrico para veículos das classes A e B; e híbrido elétrico e célula de combustível (hidrogênio) para veículos das classes C e D.

“O FutureSteelVehicle aproveita os melhores atributos do aço – a flexibilidade de design, a resistência e conformabilidade, as baixas emissões durante a produção e os custos comparativamente baixos”, diz Jody Shaw, responsável pelo programa na United States Steel Corporation. “Apesar de o foco estar nos veículos elétricos, as aplicações desenvolvidas podem ser usadas para reduzir peso e emissões de qualquer veículo.”

Vista do sistema de motorização e baterias.

O programa FSV acrescenta mais tecnologias em aços avançados a seu portfólio, incluindo 20 novos graus de AHSS, materiais esses que estarão disponíveis em 2015-2020. 

O portfolio de materiais inclui aços dual phase (DP), plasticidade induzida por deformação (TRIP), plasticidade induzida por maclação (TWIP), fase complexa (CP) e aços para conformação a quente (HF), com resistências na ordem de GigaPascal (> 1000 Mpa !).

A flexibilidade de design proporcionada pelo aço permite o uso de soluções não intuitivas para melhorar o desempenho estrutural, aproveitando o melhor do processo de otimização. As formas e componentes resultantes da otimização frequentemente imitam a eficiência das estruturas criadas pela Mãe Natureza, onde estrutura e resistência são colocados exatamente onde são necessárias para cumprir sua função. O portfólio de aços para o FSV é usado durante a seleção dos materiais, com o auxílio de uma análise completa do veículo para determinar os tipos de material e espessuras ótimas.

Consequentemente, o conceito desenvolvido no FSV é muito eficiente e muito leve. Ele pesa 188 kg e reduz a massa em mais de 35 por cento em relação a uma carroceria de referência, usada para motor de combustão interna e adaptada para uma motorização elétrica por bateria e atendendo às regulamentações do ano de 2020.

Vários exemplos de estruturas não intuitivas podem ser vistas no FSV. Alguns exemplos são:

Travessa frontal feita em chapas de várias espessuras soldadas à laser antes da conformação (taylored blanks)

Conjunto Travessa frontal (Front Rail Sub-System) é um novo projeto para estruturas resistentes à colisões frontais automotivas. A forma incomum da secção da travessa é resultado de uma metodologia de analise para otimização que aumenta a efetividade de cada peça em aço de forma a obter a mínima massa e o melhor desempenho em impactos. É fabricado usando blanks soldados a laser, com diferentes espessuras, com aços TRIP.

Conjunto "rifle" igualmente fabricado com taylored blanks,com desempenho superior em colisões.

Conjunto “rifle”(Shot Gun Sub-System) (alguém sabe uma tradução melhor?) semelhante à forma de um rifle, proporciona desempenho superior em colisões frontais e diagonais. É fabricado em três peças conformadas a quente, com blank soldado a laser, com várias espessuras, e posterior têmpera imediata.

  

Perfil estrutural com secção otimizada (+ resistência, - peso)

Conjunto de longarinas (Rocker Sub-Systems) são fabricadas em conformação por rolos (roll-forming) de aços de fase complexa (CP) com resistência da ordem de  GigaPascais (> 1000 Mpa). Imitando o osso de um esqueleto, a longarina dispõe de excelente desempenho em colisões laterais vindas de várias direções.

Testes de impacto (crash analyses) fazem parte do trabalho de otimização, de acordo com as normas globais mais severas. FSV cumpre ou excede os requisitos estruturais, alcançando uma classificação de cinco estrelas na escala de segurança.

“A concretização de uma redução do peso tão agressiva, conseguida com aços avançados e otimização do design, vai definir um novo padrão para as futuras abordagens de projeto de veículos", acrescenta ten Broek. “Fundamental para as nossas avaliações de várias opções estruturais, realizada na Fase 2 do programa, é uma análise de ciclo de vida com base no Modelo de Comparação das Emissões de Gases com Efeito Estufa na Produção de Materiais, da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara (UCSB), EUA”, explica ten Broek. “O FSV reduz as emissões, antecipando a legislação e os requisitos futuros em todo o mundo. A indústria do aço como um todo assume a responsabilidade de liderar o processo de demonstração do uso do aço e da análise de ciclo de vida visando a reduzir a pegada de carbono de veículos.”

Uma abordagem de Análise de Ciclo de Vida (ACV), aplicada às emissões, ajuda os fabricantes de automóveis a avaliar e reduzir a energia total consumida, assim como as emissões de gases com efeito estufa, ao longo do ciclo de vida dos seus produtos. Os regulamentos que consideram apenas a fase de utilização do veículo podem contribuir para encorajar a utilização de materiais de baixa densidade, que podem, em algumas aplicações, fornecer componentes mais leves, que reduzem o consumo de combustível e as emissões no escapamento do veículo. Contudo, a fase de produção desses materiais envolve uma emissão muito grande de gases com efeito estufa, o que pode ter como consequência indesejada o aumento das emissões quando se considera o ciclo de vida completo do veículo.

À medida que os esforços da indústria automotiva para reduzir as emissões equivalentes de dióxido de carbono (CO2e) conduzem cada vez mais na direção de motorizações e combustíveis mais avançados, a produção dos materiais será responsável por uma fração muito maior das emissões ao longo do ciclo de vida completo. Vale a pena enfatizar que o potencial de redução de peso dos novos tipos de aço faz desse material o único que permite redução de emissões em todas as fases do ciclo de vida.

O programa do FSV é a mais recente contribuição à série de iniciativas da indústria siderúrgica mundial propondo soluções em aço para os desafios enfrentados pelos fabricantes de automóveis em todo o mundo, no sentido de aumentar a eficiência energética dos automóveis, reduzindo as emissões de gases com efeito estufa e, ao mesmo tempo, melhorando a segurança e o desempenho e ainda mantendo custos acessíveis. Este programa é uma continuação do UltraLight Steel Auto Body 1998 (carrosserias de aço ultra leves), do UltraLight Steel Auto Closures 2000 (painéis externos de aço ultra leves), UltraLight Steel Auto Suspension 2000 (suspensão de aço ultra leve), and ULSAB-AVC (Advanced Vehicle Concepts) 2001 (conceitos veiculares avançados), representando aproximadamente €60 milhões em pesquisa e investimentos.

"Com uma atenção muito centrada nos futuros requisitos ambientais dos fabricantes de automóveis, um portfólio de materiais muito poderoso e uma metodologia inovadora de otimização, o programa do FutureSteelVehicle possui todos os ingredientes para ser um sucesso comercial”, diz ten Broek.

"Através do FutureSteelVehicle, a indústria do aço em todo o mundo tem a oportunidade de confirmar a sua posição no mercado automotivo."

Sobre a WorldAutoSteel
WorldAutoSteel, o grupo automotive da World Steel Association (Associação mundial do Aço), é composta de 17 grandes produtores mundiais de aço.

A missão da WorldAutoSteel é avançar e divulger as capacidades únicas do aço para cumprir as necessidades da indústria automotiva e desafios de sustentabilidade e meio ambiente do mundo atual.

São membros do WorldAutoSteel:

• Anshan Iron and Steel Group Corporation – China
• Arcelor Mittal - Luxembourg
• Baoshan Iron & Steel Co. Ltd. - China
• China Steel Corporation – Taiwan, China
• Hyundai-Steel Company - South Korea
• JFE Steel Corporation - Japan
• Kobe Steel, Ltd. - Japan
• Nippon Steel Corporation - Japan
• Nucor Corporation - USA • POSCO - South Korea
• Severstal - Russia/USA
• Sumitomo Metal Industries, Ltd. - Japan
• Tata Steel - India, UK, Netherlands
• ThyssenKrupp Steel Europe AG (SE-AG)- Germany
• United States Steel Corporation – USA, Slovakia
• Usinas Siderúrgicas de Minas Gerais S.A. - Brazil 
• voestalpine Stahl GmbH – Austria 
• Stahl GmbH – Austria