Durante Seqüências de Deformações

Em uma seqüência de passes, como ocorre na laminação a quente, os aços são submetidos a uma série de deformações consecutivas, com um determinado tempo de espera entre cada uma dessas deformações. Inicialmente, grãos equiaxiais são deformados, encruados e amaciados

dinamicamente até certa extensão, podendo restaurar estaticamente e crescer no intervalo entre passes, gerando a microestrutura inicial para o passe seguinte. Assim, em uma seqüência de deformações, a evolução microestrutural acontece de forma cíclica, repetindo -se a cada unidade de processamento termomecânico, que consiste em uma deformação individual mais o tempo de espera até o passe seguinte.

Tomando como referência o conceito de unidade de processamento termomecânico, faz-se a seguir a avaliação dos mecanismos de endurecimento e de amaciamento que atuam durante uma seqüência de deformações realizada. O experimento selecionado é o representado na Figura 4.45. Neste experimento foram aplicadas 21 deformações consecutivas, com tempo de espera entre passes de 15 segundos e taxa de resfriamento de 2 °C/s, sendo 9 deformações no campo austenítico, 10 na região ferrítica e duas na região intercrítica. O passe zero foi realizado a 1200°C, visando refinar e homogeneizar a microestrutura inicial, não sendo objeto desta análise. A região de transição de fase é representada por uma queda brusca no nível de tensão; a austenita é mais resistente que a ferrita.

As curvas de escoamento plástico que representam os oito passes realizados na fase austenítica indicam dois comportamentos distintos. Nos quatro primeiros passes, observam -se pontos de inflexão nas curvas que descrevem a variação da taxa de encruamento em função da tensão aplicada, enquanto que nos quatro seguintes não há evidências do início da recristalização dinâmica, indicando que durante a deformação tem -se o encruamento e a recuperação dinâmica. Estas observações são consistentes com os resultados obtidos nos ensaios isotérmicos. A Tabela 4.4 indica que a deformação crítica para o início da recristalização dinâmica no ensaio realizado a 1100°C com taxa de 1 s-1 é igual a 0,3, confirmando a observação feita aqui, uma vez que o quarto passe foi realizado em temperaturas próximas a 1100°C, com deformação de 0,3. Assim, nos quatro primeiros passes a recristalização inicia durante a deformação, no intervalo entre deformações tem -se a recristalização metadinâmica e a recuperação estática seguida da recristalização estática.

Mais evidências das observações feitas acima podem ser obtidas observando-se a curva TME x 1/T da Figura citada. A região austenítica é representada por duas retas com transição no quarto passe, indicando que há alterações nos mecanismos que atuam nas duas regiões. A literatura tem observado resultados similares [88] associando esta variação da inclinação das retas a ocorrência ou não da recristalização dinâmica.

Na região ferrítica, as curvas de escoamento plástico indicam um comportamento similar em todas as deformações realizadas. A taxa de encruamento decai continuamente com a tensão aplicada sem indicar a presença de pontos de inflexão. Como esperado, durante as deformações tem- se o encruamento seguido da recuperação dinâmica. No intervalo entre passes, o material é amaciado pela recuperação estática seguida da recristalização estática. A curva TME x 1/T é representada por uma única reta, sugerindo que o amaciamento se completa nos intervalos entre passes.

Análise similar a descrita acima pode ser feita para todos os experimentos realizados. Aumentando-se o tempo de espera entre passes, 38 segundos, tem -se um comportamento similar ao descrito acima para tempos de espera entre deformações de 15 segundos, como mostra a Figura 4.44. Na região austenítica tem -se o início da recristalização dinâmica no primeiro passe e na região ferrítica o material apenas se recupera dinamicamente.

Diminuindo-se o tempo de espera entre passes, o início da recristalização dinâmica prevalece nas deformações realizadas na austenita em temperaturas maiores que 1100°C. Em temperaturas menores, em alguns passes observa-se o início da recristalização dinâmica, enquanto que outros não exibem o ponto de inflexão na curva da taxa de encruamento em função da tensão aplicada. Comportamento deste tipo pode ser observado para tempos de espera iguais a 3 segundos, como mostra a Figura 4.49. Nos primeiros seis passes, não há evidências do início da recristalização dinâmica. Porém, no sétimo passe isto é bastante claro. Esta deformação foi realizada em uma temperatura próxima a 980°C. A Tabela 4.4 indica que a deformação crítica para o início da recristalização dinâmica a 1000°C com taxa de 1 s-1 é igual a 0,41. Assim, como o tempo de es pera entre passes é curto, o amaciamento

entre passes não se completa, acumulando para a deformação seguinte, de forma que no sétimo passe tem-se uma deformação maior que a crítica para o início da recristalização dinâmica.

O acúmulo de deformação de um passe para o seguinte torna-se mais evidente em intervalos entre passes mais curtos. Com tempos iguais a 1 segundo, obtém -se o início da recristalização dinâmica em todos as deformações realizadas até temperaturas próximas a 1000°C, e combinações de passes com e sem o início da recristalização dinâmica em toda a extensão austenítica, até o início da transição de fase, ver Figuras 4.51 a 4.57.

Com tempos de espera iguais 0,5 segundo, o acúmulo de deformação de um passe para o seguinte passa a ser a etapa controladora do processo de amaciamento. As Figuras 4.58 a 4.60 mostram que os conjuntos de curvas de escoamento plástico assumem a forma característica da curva de escoamento plástico de materiais que se recristalizam dinâmica, ocorrendo a recristalização dinâmica em quase todos as deformações realizadas. Vale apenas observar que nos passes 9 e 10 da Figura 4.58 e 5 e 6 da Figura 4.59, as curvas da taxa de encruamento indicam que a recristalização dinâmica se completa durante as deformações.

Na ferrita, também observa-se o acúmulo de deformação de um passe para o seguinte em seqüências realizadas com tempos de espera curtos. Com tempos iguais a 1 segundo, a TME decresce conforme a seqüência de deformações evolui do segundo para o nono passe, embora a temperat ura esteja diminuindo continuamente, ver Figuras 4.57. Com tempos de espera menores, 0,5 segundo, o acúmulo de deformação de um passe para o seguinte torna-se dramático, sugerindo a recristalização dinâmica da ferrita, como pode ser visto no sétimo e oitavo passes da Figura 4.61.

Resumindo as observações feitas acima, pode-se afirmar que, na austenita, tem -se o início da recristalização dinâmica quando o aço IF é deformado em seqüências de passes com longos tempos de espera entre deformações em altas temperaturas. E em temperaturas menores que 1100°C, o amaciamento dinâmico ocorre apenas por recuperação dinâmica para amostras deformadas com ε = 0,3 e taxa igual a 1 s-1_{. Diminuindo-se o tempo}

de espera entre passes, o acúmulo de deformação de um passe para o seguinte faz com que ocorra a recristalização dinâmica em temperaturas menores, até que com tempos de espera entre passes iguais a 0,5 segundo, o processo de amaciamento passe a ser controlado pela recristalização dinâmica.

Baseado nas informações descritas acima, projetou-se seqüências de deformações visando o controle do amaciamento pela recristalização estática entre passes, pela recristalização dinâmica e pela recristalização metadinâmica. A Figura 4.62 indica que quando o acabamento é realizado na faixa de temperaturas entre 1077°C e 957°C com tempos de espera de 5 segundos, o amaciamento é controlado pela recristalização estática. Na Figura 4.63, vê-se que com tempos curtos entre passes, o amaciamento é determinado pela recristalização dinâmica, e na Figura 4.64 pela recristalização metadinâmica nos dois últimos passes.

Toda a análise realizada baseia-se no fato que ao impor uma deformação tem -se, inicialmente, o encruamento do material. Estando o material em altas temperaturas, tem -se a eliminação de discordâncias pelos processos dinâmicos de amaciamento durante a deformação e pelos estáticos nos intervalos entre passes. Todavia, além do encruamento, pode -se aumentar a resistência do material nas seqüências de deformações pela atuação de outros mecanismos de endurecimento. Vale observar na Figura 4.63 que entre os passes F1 e F2 há um aumento da tensão. Como discutido anteriormente, a formação de precipitados finos retarda o processo de recuperação estática.

6 CONCLUSÕES

A aplicação de várias técnicas experimentais à amostras de um aço IF permitiu investigar os mecanismos de endurecimento e de amaciamento que atuam em condições próximas às do processamento industrial.

Como esperado, os resultados experimentais obtidos indicam que os níveis mais baixos das temperaturas de início e fim de transformação são os encontrados em resfriamentos contínuo. Os valores intermediários são os encontrados quando da aplicação de seqüências de deformações em resfriamento contínuo, e os valores máximos quando os ensaios são realizados em condições próximas às de equilíbrio.

As curvas que descrevem a evolução do parâmetro de amaciamento em função do tempo de espera após a deformação, realizadas em temperaturas menores que 950°C, assumem valores negativos para curtos tempos de espera. Associando este fato à presença de precipitados finos, pode-se inferir que a cinética de precipitação é suficientemente rápida, ocorrendo antes que a recuperação estática tenha avançado significativamente, mantendo assim a subestrutura de discordância.

Em baixas temperaturas no campo austenítico, a precipitação de partículas finas de TiS/Ti4C2S2 no intervalo entre deformações retarda o

processo de recristalização estática, como indicado pela presença de um patamar na curva de amaciamento.

O comportamento plástico da austenita e da ferrita, com composições químicas similares, apresenta algumas particularidades. O pico de tensões nas curvas de escoamento plástico é uma conseqüência da recristalização dinâmica da austenita. Maiores dec aimentos da taxa de encruamento com a tensão aplicada podem ser associados à maiores taxas de recuperação da ferrita.

Não é observado o processo de nucleação de novos grãos na ferrita durante a deformação a quente, indicando que o amaciamento se dá por recuperação dinâmica, podendo ocorrer a formação de novos grãos após

grandes deformações através do processo de recristalização dinâmica contínua.

Na austenita, tem-se o início da recristalização dinâmica quando ao aço IF é deformado em seqüências de passes com longos tempos de espera entre deformações em altas temperaturas. Em temperaturas menores que 1100°C, o amaciamento dinâmico ocorre apenas por recuperação, para amostras deformadas com ε = 0,3 e taxa de deformação de 1 s-1_{. Diminuindo-se o tempo}

de espera entre passes, o acúmulo de deformação de um passe para o seguinte faz com que ocorra a recristalização dinâmica em temperaturas menores, até que com tempos de espera entre passes iguais a 0,5 segundo, o processo de amaciamento passe a ser controlado pela recristalização dinâmica.

Em seqüências de passes realizadas na região ferrítica, como esperado, durante a deformação tem-se o encruamento seguido de recuperação dinâmica. No intervalo entre passes o material é amaciado pela recuperação estática seguida da recristalização estática. Todavia, também observa-se o acúmulo de deformação de um passe para o seguinte em seqüências realizadas com tempos de espera curtos.

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ANEXO A Cálculo da Energia de Ativação

O cálculo da energia de ativação aparente para a deformação a quente é feito através do ajuste de equações constitutivas que relacionam valores experimentais da tensão de pico, da temperatura e da taxa de deformação. Esses parâmetros podem ser ajustados às equações (1, 2 e 3) mostradas abaixo:

(i) seno hiperbólico

n P .

)

(senh

A

(Q/RT)

exp

å

Z=

=

ασ

(1) (ii) equação potencial:

/RT)

(-Q

exp

A'

=

n' . P

σ

ε

(2) (iii) equação exponencial:

(-Q/RT)

exp

)

(

exp

A"

=

. P

βσ

ε

(3) A metodologia utilizada neste trabalho para ajustar os dados experimentais à equação 1 é uma variante do método de Uvira e Jonas [1]. Ao invés de tomar alguns valores arbitrários da constante α, foi utilizado um método computacional para determinar o valor de α que melhor se ajuste à equação 1 Este valor é determinado a partir da substituição nessa equação dos valores de Ý e σp, obtidos experimentalmente para cada temperatura. Com

regressão linear determinam -se valores de n variando o valor de α na faixa de 0,002 até 0,052, com variação de 0,0001 de forma a varrer uma ampla faixa de valores de α.

Plotando-se os valores dos desvios padrões de n em função de α, para todas as temperaturas e taxas de deformação impostas, vai existir uma pequena faixa de valores de α em que a constante n independe da

temperatura. O valor de α adequado é o que tem menor desvio padrão de n em toda a faixa de temperaturas. Com α e n determinados e considerada a equação 1 com taxa de deformação constante, plota-se o gráfico Ln(senh(ασP)) em função de 1/T, e através da inclinação média das retas,

obtém-se a energia de ativação aparente Q. A constante A da equação 1 é determinada reescrevendo esta equação na forma:

(Q/RT)

exp

=

Z

ε

. , (4) onde Z é o parâmetro de Zener Hollomon. Plotando -se Ln Z em função de ln(senh(ασP)), tem-se o valor de A quando senh(ασP) = 1, que corresponde ao

valor da constante A. Existindo em toda faixa de tensão o mesmo comportamento, isto mostra que a variação da tensão com a taxa de deformação e temperatura se ajustam à equação seno-hiperbólico e com isto tem -se o valor da energia de ativação aparente da deformação a quente. Estes procedimentos foram colocados sob a forma de um programa de microcomputador [2], mostrado pelo algoritmo esquemático do Quadro 1, em que entrando com os dados experimentais ( T, Ý e σP) e após processamento

tem -se diretamente os valores de α, n e Q. 1 α = 0,002

2 T = T1

3 Calcular a regressão linear da reta Ln(Ý) x Ln (senh(ασp)

4 Calcular a inclinação da reta do passo (3) e obter (n (T, α) 5 Variar a temperatura

6 Todas as temperaturas foram utilizadas?

7 Se a resposta do passo (6) foi não, então volte para o passo 3 8 Se a resposta do passo (6) foi sim, continue adiante

9 Calcular o valor médio de (n (T, α)

10 Calcular o desvio padrão da média do passe (9), S ( n (T, α),α) 11 Variar α

13 Se a resposta do passo (12) foi não, então volte para o passo (2) 14 Se a resposta do passo (12) foi sim, então continue adiante 15 Calcular o valor mínimo dos dados de S (n (T, α),α)

16 Obter o valor de n (T, α) correspondente ao valor mínimo do passo (15) 17 Calcular a regressão linear da reta Ln (senh(ασp) x (1/T)

18 Calcular a inclinação (a) da reta do passo (17), a = Qdef / n R

19 Calcular Qdef = a n R

20 Fim

Quadro 1 - Algoritmo utilizado para o projeto do programa para cálculo da energia de ativação e seus parâmetros.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] UVIRA, J. L. and JONAS, J. J.; Trans. Metall. Soc. AIME, 242; pp. 1619; 1968.

[2] JORGE Jr, A. M. ; Tese de doutorado. Universidade Federal de São Carlos; São Carlos -SP; 1997.

No documento SIMULAÇÃO DA LAMINAÇÃO A QUENTE DE UM AÇO LIVRE DE INTERSTICIAIS (IF) ATRAVÉS DE ENSAIOS DE TORÇÃO (páginas 159-174)