Caracterização mecânica

A caracterização mecânica dos aços inoxidáveis 304N e 409 foi conduzida mediante a realização de ensaios de microdureza Vickers e de tração uniaxial, em chapas.

Os ensaios de microdureza Vickers foram conduzidos em uma máquina WPM Leipzig, com carga de 100gf para ambos os materiais, tempo de aplicação de 30s e número total de indentações de 10. Estes testes foram feitos para avaliar a homogeneidade dessa propriedade nos materiais.

Os ensaios de tração uniaxial foram utilizados para a caracterização mecânica dos materiais através do cálculo dos seguintes parâmetros de resistência mecânica e de ductilidade: tensão limite de escoamento (LE), tensão limite de resistência à tração (LR), alongamento total (AL), alongamento uniforme (AU) e alongamento não- uniforme (ANU). Deste modo, todos os corpos de prova para tração, tipo B (vide figura 4.1(b)), foram previamente marcados e tracionados até a fratura, segundo a norma ASTM E8.

A tensão limite de escoamento (LE) foi calculada considerando-se o valor da tensão em que a curva tensão convencional em função da deformação convencional desvia de uma deformação a partir da inclinação da região elástica por uma quantidade correspondente a 0,2% (0,002).

O valor da tensão limite de resistência à tração (LR) foi obtida através da divisão do valor da carga máxima obtida no ensaio, Fmáx, [N], pela área inicial do corpo de prova,

AB0B, (wB0B. tB0B), [mmP 2

P

As amostras receberam dez marcações no verso, equidistantes 5mm, para o cálculo do alongamento total (AL). Após a fratura dos corpos de prova foi feita a medição da distância entre o primeiro e o último traços, sendo esses traços marcados previamente, pela justaposição do corpo de prova fraturado, conforme descrição contida na norma DIN 50125. Neste caso, o valor do comprimento útil (l), do corpo de prova de tração usado para os ensaios de caracterização mecânica foi de 75mm enquanto o comprimento inicial, l0, foi de 50mm. Este último valor do comprimento (l0) foi

utilizado para a medição do alongamento total sofrido pelos aços AISI 304 e AISI 409 após a fratura dos corpos de prova de tração (vide figura 4.5).

Nas situações em que o material apresenta a ruptura fora do terço médio do corpo de prova é necessário corrigir o método usado para o cálculo do alongamento total (AL). Neste caso, o procedimento a ser adotado, de acordo com a mesma norma, consiste na identificação do ponto mais próximo da ruptura. Em seguida, conta-se o número de divisões dividido por 2, que neste trabalho foi de 10/2 = 5. Por fim, acrescenta-se ao comprimento do lado oposto o número de divisões necessário para completar as 5 divisões.

Figura 4.5 – Corpo de prova de tração (aço AISI 409) marcado para a medição do alongamento total (AL%).

O alongamento uniforme (AU) foi medido com uso do gráfico de tensão convencional (c) em função da deformação convencional até o ponto de carga máxima, antes, portanto, do início da instabilidade plástica, figura 4.6. No ponto de tensão máxima foi traçada uma paralela à região elástica da curva e medido no eixo da abscissa, o valor correspondente ao alongamento uniforme. Já o alongamento não-uniforme (ANU) foi obtido através da diferença entre os alongamentos total e uniforme.

l0 = 50mm

Figura 4.6 – Curva tensão convencional – deformação convencional, exibindo o método usado para a medição do alongamento uniforme.

Os coeficientes de encruamento (n) dos aços inoxidáveis AISI 304 e AISI 409 foram calculados de acordo com a definição de ZANDRAHIMI et al. (1989). Estes autores consideram que a instabilidade plástica tem início quando a taxa de encruamento,  =

d/d, multiplicada pelo inverso da tensão (1/) é inferior à unidade. Deste modo, o

valor do coeficiente de encruamento, n, refere-se ao valor da deformação efetiva onde essa condição de instabilidade plástica tem início, como mostrado pela figura 4.7.

Figura 4.7 – Descrição do método utilizado para o cálculo do coeficiente de encruamento, n.

Outro parâmetro importante para a caracterização mecânica dos materiais é a anisotropia plástica. Esse parâmetro foi obtido através do cálculo dos coeficientes R de Lankford a 0°, 45° e 90° em relação à direção de laminação, R0°, R45° e R90°,

respectivamente. Esses coeficientes são conhecidos como fatores de anisotropia e relatam a embutibilidade de um material. O cálculo desses fatores considera a razão da

0 1 2 3 4 5 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50  .( 1 / ) (M P a ) Deformação efetiva Coeficiente de encruamento, n

deformação verdadeira na largura, w, pela deformação verdadeira na espessura, t em uma região de alongamento uniforme de um ensaio de tração uniaxial, equação (4.1).

(4.1)

O valor de R indica a resistência de perda da espessura, sendo seu valor uma função da direção e da quantidade de deformação em que é medido. A medição de R é normalmente feita para um alongamento de 0,10, 0,15 ou 0,20 (ASM HANDBOOK, 2001a).

Neste trabalho, os valores de R0°, R45° e R90° foram obtidos com uso de um corpo de

prova de tração tipo B (vide figura 4.1(b)) deformado até um valor de deformação de 0,12, antes do ponto de carga máxima. Considerando a lei de conservação de volume, a equação usada para o cálculo dos fatores de anisotropia foi baseada na medição da deformação na largura (w) e no comprimento (l)equação 4.2.

(4.2)

Após a medição dos coeficientes de anisotropia a 0°, 45° e 90° em relação à direção de laminação, foram calculados os valores de anisotropia normal média (Rm) e da

anisotropia planar (R), como definido pelas equações 4.3 e 4.4, respectivamente. Rm = (R0° +2R45° + R90°) / 4 (4.3) R = (R0° -2R45° + R90°) / 2 (4.4)

O valor de R é uma medida da variação de R no plano da chapa e determina a extensão do fenômeno de orelhamento (earing). Já o valor de Rm influencia a

profundidade média possível de ser obtida em uma operação de estampagem profunda (deep drawing). Valores diferentes de R0°, R45° e R90° indicam que o material analisado

possui anisotropia planar (R).

Uma condição comum de estampagem recomenda que o material apresente um valor elevado de Rm, pois esse número indica a resistência ao afinamento da chapa. Outra

condição importante considera que o produto referente à multiplicação do valor da anisotropia normal média (Rm) pelo valor do coeficiente de encruamento (n) seja o

maior possível (DIETER, 1981).

t w

R





