5.3 ENSAIOS DE TORÇÃO A QUENTE ISOTÉRMICOS E CONTÍNUOS
5.3.2 Determinação da deformação crítica para início da recristalização
A partir das curvas experimentais de escoamento plástico apresentadas na Figura 51 para a taxa de deformação de 0,2s-1 e na Figura 52 para a taxa de deformação de 0,5s-1, foram construídos o gráficos da taxa de encruamento, (ߠ = ݀ߪ/݀ߝ), em função da tensão equivalente aplicada.
Pode ser observado na Figura 53 e Figura 54 que a taxa de encruamento (θ) decai continuamente enquanto a tensão é aplicada. No inicio as curvas tem forma aproximadamente parabólica, a medida que a taxa de encruamento diminui com o aumento da tensão aplicada, pode ser observado um ponto de inflexão que corresponde a tensão crítica (ߪ) para início da recristalização dinâmica. A partir do ponto de inflexão a taxa de encruamento diminui rapidamente até se igualar a zero, ponto que correspondente a tensão de pico(ߪ) nas curvas de escoamento plástico. A tensão crítica foi determinada traçando uma reta de extrapolação da região final, como indicado pela seta na Figura 53 e Figura 54. Utilizando-se dos valores obtidos nas curvas de taxa de encruamento versus da tensão aplicada, Figura 53 e Figura 54, foi possível encontrar os valores de deformação crítica(ߝ) e deformação de pico (ߝ) nas curvas de tensão equivalente em função da deformação equivalente, Figura 51 e Figura 52, para as temperaturas nas quais ocorreram recristalização dinâmica. Como os valores de (ߝ) e (ߝ) foi possível calcular a relação entre(ߝ/ߝ) para o aço SAE 4140.
Figura 53 - Variação de taxa de encruamento (θ), em função de tensão aplicada para ensaios realizados com taxa de deformação de 0,2s-1
Fonte: Autor
Figura 54 - Variação de taxa de encruamento (θ), em função de tensão aplicada para ensaios realizados com taxa de deformação de 0,5s-1
Fonte: Autor
Os dados obtidos das curvas de taxa de encruamento e de escoamento plástico como: tensão de pico(ߪ), tensão crítica (ߪ), deformação de pico (ߝ), deformação crítica (ߝ) e a tensão de estado estacionário (ߪ௦௦), podem ser visualizados na Tabela 4.
Tabela 4 - Dados obtidos dos ensaios de torção contínuos e isotérmicos ࢿ̇ (s-1
) T(°C) ࣌(MPa) ࣌ࢉ(MPa) ࢿࢉ ࢿ ࢙࢙࣌(MPa) ࢿࢉ
ࢿ 0,2 1150 36 34 0,25 0,35 31 0,71 0,2 1100 55 52 0,26 0,35 46 0,71 0,2 1050 62 59 0,31 0,43 52 0,71 0,2 1000 83 79 0,36 0,51 71 0,72 0,2 950 91 88 0,37 0,52 79 0,69 0,2 900 121 116 0,41 0,59 105 __ 0,2 850 152 __ __ __ 152 __ 0,2 800 178 __ __ __ 178 __ 0,5 1150 62 58 0,34 0,47 54 0,72 0,5 1100 67 63 0,35 0,49 58 0,72 0,5 1050 72 68 0,42 0,58 62 0,72 0,5 1000 90 86 0,47 0,63 77 0,75 0,5 950 105 102 0,54 0,70 90 0,76 0,5 900 154 __ __ __ 154 __ 0,5 850 171 __ __ __ 171 __ 0,5 800 200 __ __ __ 200 __ Fonte: Autor
Na Figura 55 pode ser visualizado, comparativamente, o efeito da variação da taxa de deformação nas curvas de escoamento plástico das amostras que apresentaram recristalização dinâmica durante os ensaios de torção a quente. Também são mostradas as deformações e tensões críticas assim como as deformações e tensões de pico.
Figura 55 - Comparativo das curvas tensão equivalente versus da deformação equivalente nas taxas de deformação de 0,2s-1e 0,5s-1nas temperaturas de: (a) 1150°C, (b) 1100°C, (c) 1050°C, (d) 1000°C, (e) 950°C e (f) 900°C (* a curva de 900°C a uma taxa de deformação de 0,5s-1, foi inserida no gráfico para efeito de comparação, visto que foi considerada tendo comportamento de recuperação dinâmica), temperaturas nas quais ocorreram
recristalização dinâmica
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f) (*)
Na Figura 56 pode ser visualizado, comparativamente, o efeito da variação da taxa de deformação nas curvas de escoamento plástico das amostras que apresentaram recuperação dinâmica durante os ensaios de torção.
Figura 56 - Comparativo das curvas tensão equivalente versus da deformação equivalente a nas taxas de deformação de 0,2s-1e 0,5s-1nas temperaturas de: (a) 850°C e (b) 800°C, temperaturas nas quais ocorreram recuperação dinâmica
(a) (b)
Fonte: Autor
Pode ser observado nos gráficos da Figura 55 e da Figura 56 que o aumento da taxa de deformação causa deslocamento das curvas para a direita e aumento das tensões e deformações críticas e tensões e deformações de pico. Esse comportamento também pode ser observado em outros estudos de ensaio de torção (3,12,23,28). Também é observado nos gráficos da Figura 57 (a) e (b), que o aumento da temperatura causa diminuição tanto na deformação de pico quanto na tensão de pico alcançadas durante os ensaios de torção. Conforme esperado, o mesmo comportamento é observado na relação entre deformação crítica e tensão crítica com o aumento da temperatura, Figura 57 (c) e (d). Quando são comparados valores de tensões, crítica e de pico, e deformações, crítica e de pico, nas taxas de deformações de 0,2s-1 e 0,5s-1, o aumento da taxa de deformação causou aumento tanto nas tensões quanto nas deformações crítica e de pico alcançadas durante os ensaios de torção.
Figura 57 - Gráfico da relação entre deformação de pico e deformação crítica versus temperaturas, figuras (a) e (c); e da relação entre tensão de pico e tensão crítica para início da recristalização dinâmica, figuras (b) e (d)
(a) (b)
(c) (d)
Fonte: Autor
Foram determinadas a relações médias das razões entre as deformações críticas e as deformações de pico, sendo a relação para taxa de deformação de 0,2s-1igual a ߝഥ = 0,71ߝ e para taxa de deformação de 0,5s-1, a relação foi igual a ߝഥ = 0,73ߝ .
Esses resultados estão de acordo com os resultados obtidos na literatura, para aços ao carbono deformados a quente a relação entre εୡൗ é de 0,83, podendo assumirε୮ valores menores de até 0,5 para aços ao nióbio (13,50). Avaliando os resultados obtidos por Kim e Yoo (24) no estudo do aço SAE 4140, para a amostra deformada a 1000°C e uma taxa de deformação de 0,5s-1, os resultados encontrados para deformação de crítica e deformação de pico foram 0,34 e 0,45; respectivamente. Logo a relação εୡൗ foi de 0,76. Dessa forma, a diferença percentual entre osε୮ resultados encontrados foi de 4,1%.
Nos ensaios de torção realizados por Marques (52) para o aço SAE 4340, as amostras foram aquecidas até a temperatura de 1200°C e mantidas nessa
temperatura durante 3 minutos, em seguida foram resfriadas a uma taxa média de 1°C/s até a temperatura de deformação, onde as amostras foram mantidas por 1 minuto para homogeneização térmica antes do início da deformação por torção. Na Figura 52 são apresentadas as curvas de escoamento plástico do aço SAE 4140 e as curvas de escoamento plástico do aço SAE 4340 dos estudos realizados por Marques (52). Pode ser visualizado o comparativo entre as curvas de escoamento plástico do aço SAE 4140 e SAE 4340 deformados a uma taxa de deformação de 0,2s-1 e deformação total de 2; e os ensaios foram realizados nas temperaturas de 1150°C, 1050°C, 950°C e 800°C. Nos ensaios realizados a 1150°C, 1050°C e 950°C; Figura 52 (a), (b) e (c); observa-se que as amostras sofreram recristalização dinâmica tanto para o aço SAE 4140 quanto para o aço SAE 4340. No ensaio realizado a 800°C observa-se na Figura 52(d) que as amostras dos dois aços sofram recuperação dinâmica. Verifica-se em todos os ensaios mostrados na Figura 52 que as curvas de escoamento plástico dos dois aços apresentam características similares de fenômenos metalúrgicos nas mesmas temperaturas de ensaios. As propriedades de resistência mecânica dos dois aços são mostradas na Tabela 1, em que o aço SAE 4340 apresenta resistência à tração, limite de escoamento e dureza superiores às apresentadas pelo aço SAE 4140, também podem ser observadas nas curvas de escoamento plástico da Figura 52, visto que, em todos os ensaios as tensões atingidas durante deformação do aço SAE 4340 foram superiores as tensões atingidas para o aço SAE 4140.
Figura 58 - Curvas tensão equivalente versus da deformação equivalente dos aços SAE 4140 e SAE 4340 (52) deformados a 0,2s-1nas temperaturas: (a) 1150°C, (b) 1050°C, (c) 950°C e (d) 800°C
(a) (b)
(c) (d)
Fonte: Autor
O Quadro 7 mostra a comparação dos resultados obtidos por Marques (52) no estudo do aço SAE 4340 com os resultados obtidos nesse trabalho para o aço SAE 4140. São apresentados no Quadro 7 os resultados de tensão de pico (ߪ), tensão crítica (ߪ), deformação crítica (ߝ), deformação de pico (ߝ), tensão de estado estacionário (ߪ௦௦) e a relação ߝ/ߝ para os aços deformados a uma taxa de deformação de 0,2s-1nas temperaturas de 1150°, 1050°C, 950°C e 800°C.
Quadro 7 - Dados obtidos dos ensaios de torção contínuos e isotérmicos para o aço SAE 4140 e SAE 4340
ࡿࡱ T(°C) ࣌(MPa) ࣌ࢉ(MPa) ࢿࢉ ࢿ ࢙࢙࣌(MPa) ࢿࢉ
ࢿ 4140 1150 36 34 0,25 0,35 31 0,71 4340 44 41 0,21 0,32 37 0,68 4140 1050 62 59 0,31 0,43 52 0,71 4340 79 75 0,29 0,43 68 0,67 4140 950 91 88 0,37 0,52 79 0,69 4340 105 99 0,37 0,57 91 0,65 4140 800 179 __ __ __ 178 __ 4340 198 __ __ __ 191 __
Fonte: Autor (SAE 4140) e (52) (SAE 4340)