Efeito do Fosforo

O fósforo é um elemento substitucional no ferro e causa endurecimento por solução sólida. O fósforo também pode interagir com outros solutos e formar precipitados tais como FeTiP além de auxiliar no refino do grão durante o processamento.

Ainda, é característico do fósforo segregar para os contornos de grão, tanto puro quanto sob a forma de precipitado, aumentando a dureza local dessas regiões (BRAUNOVIC, HAWORTH e WEINER, 1968) (SPITZIG, 1972).

3.10.2 Precipitados FeTiP

Os precipitados FeTiP produzem efeitos tanto benéficos quanto deletérios ao aço IF, em relação à textura e, consequentemente, à estampabilidade.

No entanto, a formação de precipitados de FeTiP durante o recozimento antes do início da recristalização da ferrita, devido à exposição prolongada a temperaturas entre 700 e 800°C faz com que o crescimento desejável de grãos orientados segundo a textura {111}<uvw> seja retardado. Isso faz do recozimento em ciclos um método melhor para a precipitação de FeTiP em relação ao recozimento contínuo. Entretanto, a formação de FeTiP consome titânio do aço IF, deixando solutos de carbono na matriz ferrítica, o que degrada a textura de recristalização {111}<uvw>, prejudicando estampabilidade dos aços IF. Ainda, por também consumir fósforo para a sua formação, reduz assim a

quantidade desse elemento em solução sólida e provoca perda no endurecimento dos aços IF (GERBER, 1997).

Por outro lado, os aços IF ricos em titânio e fósforo, precipitados grosseiros de FeTiP formados durante a laminação a quente induzem a formação de sítios de nucleação de grãos orientados segundo a textura {111}<uvw> e por isso são benéficos para os tratamentos mecânicos e térmicos seguintes.

O precipitado FeNbP pode estar presente em aços IF com fósforo e estabilizados ao nióbio e tem efeitos similares ao FeTiP (STOUVENOT, CHATELAIN e HUHIN, 1998)

3.10.3 Efeitos do Titânio

O principal papel da adição do titânio nos aços IF é o de estabilizar átomos de carbono, nitrogênio e enxofre a fim de evitar o efeito de ancoragem de discordâncias que esses elementos causam durante a deformação (ABE, KOKABU, et al., 1981) (ABE e USHIODA, 1984)

Com esse objetivo o titânio é adicionado geralmente em excesso para o alcance de propriedades mecânicas desejáveis. Outra função do titânio é de se juntar ao fósforo e formar o precipitado FeTiP, retirando o P do contorno de grão e aniquilando a fragilização a frio. Aços IF que contêm titânio são mais isotrópicosbe têm um melhor desempenho durante a conformação produzindo texturas fortes (LAMBERIGUTS e GREDAY, 1977) (RAY, JONAS e HOOK, 1994). Outra propriedade do Ti é reduzir a chamada “formação de orelhas que está intimamente ligado a anisotropia planar do metal, com isso reduz o descarte de material (ROLLETT, 2004)

Variáveis do processamento termomecânico como as temperaturas de reaquecimento e de bobinamento também são afetadas pela adição de titânio. Baixas temperaturas de reaquecimento no processamento termomecânico auxiliam o carbono a ser estabilizado como precipitados Ti4C2S2, o que pode

gerar fortes texturas e, portanto, boa estampabilidade no laminado a frio e no recozido (HOOK, 1993) (TSUYONAMA, 1988)

Temperaturas baixas de reaquecimento também evitam que os precipitados de TiC entrem em solução, levando à dispersão de precipitados grosseiros na laminação a quente. A presença desses precipitados grosseiros e espaçados permite o rápido crescimento de novos grãos, com isso ajudando a formar texturas fortes {111}. Em geral maiores temperaturas de bobinamento promovem um aumento da ductilidade e queda da resistência dos aços estabilizados ao titânio pois afetam o tamanho de grão, a distribuição e a morfologia dos precipitados (HUTCHINSON e USHIODA, 1984) (INAGAKI, 1984).

4 MATERIAIS E MÉTODOS

4.1 MATERIAL

O material utilizado no trabalho foi um aço IF (estabilizado com Ti) produzido no Laminador de Tiras a Quente da ArcelorMittal Tubarão, cuja composição química encontra-se na tabela 6.

Tabela 6- Composição Química do aço IF.

Elementos (% em Peso)

C Si Mn P S Al Ni Nb Ti Mo

< 0,005 < 0,011 < 0,109 < 0,0108 < 0,005 < 0,0597 < 0,0103 ~0,0077 < 0,0394 < 0,0055 Fonte: Autor

4.2 CORPOS DE PROVA

Os corpos de prova foram usinados a partir de uma chapa de 15,88 x 1.500 x 500 mm, com diâmetro útil de 5 mm e comprimento útil de 20 mm, conforme representado na figura 26.

O dimensionamento dos corpos de prova foi otimizado para atender a capacidade de máximo torque do equipamento de torção e obter maiores taxas de deformação.

Figura 26- Desenho Esquemático do Corpo de Prova.

4.3 EQUIPAMENTO UTILIZADO NOS ENSAIOS DE TORÇÃO A QUENTE

Os ensaios de torção a quente foram realizados em uma máquina horizontal de torção a quente INSTRON, modelo 55MT do laboratório de conformação mecânica do IFES.

A máquina está conectada a um microcomputador que, via “software”, permite aquisição dos dados e controle do processo de torção, fornecendo resultados na forma de gráfico momento torsor x ângulo de rotação. A velocidade de rotação do equipamento varia de 0 a 120 rpm e os esforços são medidos por uma célula de carga que possui capacidade máxima de leitura de 22Nm.

De um lado o eixo torsor da máquina é composto pelos dispositivos responsáveis pelo movimento de rotação, sistema de freio e leitura do ângulo de rotação e do outro lado está localizado a célula de carga que é responsável pela leitura do momento torsor.

Os corpos de prova foram aquecidos utilizando-se um forno de indução INDUCTOTHERM, com potência máxima de 10KW e capacidade de aquecimento de até 1600ºC. A temperatura foi monitorada com a utilização de um termopar do tipo K (Cromel-Alumel) que foi inserido em um furo na extremidade do corpo de prova localizado logo após a seção útil.

Para evitar a corrosão, as amostras foram mantidas em um tubo de quartzo com passagem contínua de gás Argônio durante o aquecimento. O tubo de quartzo também permite a injeção de gás CO2, responsável pelo tratamento de têmpera

dos corpos de prova sem a necessidade de retirá-los da máquina de torção. Na figura 27 mostra a uma foto geral dos equipamentos que fazem a coleta de dados( máquina de torção, forno de indução e computador) quando o corpo de prova é submetido ao ensaio

Figura 27: Visão geral do Laboratório de Conformação do IFES

Fonte: Autor

Na figura 28 mostra um desenho esquemático do forno de indução, da máquina de torção e a célula de carga que faz a coleta dos dados durante os testes.

Figura 28 – Desenho esquemático dos equipamentos do laboratório de Conformação do IFES.

Fonte: Autor

4.4 DESENVOLVIMENTO DO BRAÇO DE APOIO PARA O TERMOPAR

Foi desenvolvido um braço de apoio com aço 1020 para fixar o termopar junto ao corpo de prova que pode ser observado na Figura 29. O braço de apoio tem como objetivo de evitar que o termopar se desloque do ponto de leitura de temperatura no corpo de prova e minimiza o efeito do gradiente de temperatura.

Figura 29 - Foto do braço articulado para o termopar efetuar a leitura nos 3 pontos no corpo de prova

Fonte: Autor

Foram feito diversos ajustes quanto a dimensão do braço do termopar para melhor acomodação, com a guia para o termopar e o ponto de fixação do termopar para a leitura da temperatura na superfície do corpo de prova.

O deslocamento do ponto de leitura do termopar pode ocasionar erros na temperatura do material durante o ensaio, para evitar este tipo de erro o braço do termopar elimina este tipo de interferência.

A princípio foi realizada uma verificação do perfil térmico em torno da área sinalizada em azul na Figura 30, nos pontos A, B e C.

Figura 30 – Esquema de posicionamento do termopar para determinação do perfil térmico na seção útil. O termopar examinou os 3 pontos para a determinação do perfil térmico que foram determinados com TA, TB e TC, pontos que se localizam no comprimento útil de torção do corpo de prova.

Fonte: Autor.

O corpo de prova foi aquecido até a temperatura de 1200°C, sendo que a parti de 635°C foi efetuado a leitura nos 3 pontos a cada faixa de temperatura nas 3 regiões (A, B e C). Ao todo foram realizados 5 ensaios sendo que cada ensaio foi efetuadas 12 leituras em cada região e tirado a média simples destes 5 ensaios realizados que pode ser observado na Figura 31.

Cone

Tabela 7 - Tabela de verificação da temperatura no corpo de prova por meio braço de apoio junto com o termopar

Passos A(°C) B (°C) C (°C) Potência do forno (%)

1 651 653 649 10 2 701 705 702 15 3 750 754 750 20 4 798 802 800 25 5 848 853 849 30 6 897 910 903 35 7 953 955 947 40 8 1004 1002 1003 50 9 1050 1054 1049 55 10 1092 1103 1101 60 11 1144 1153 1142 65 12 1192 1195 1191 67 Fonte: Autor

Nota-se na Tabela 7 que a diferença de temperatura entre os três pontos (A, B e C) não passa 8 °C de diferença durante o aquecimento e leitura instantânea da temperatura nas regiões pré-definidas.

“ Figura 31 - Curva de verificação das temperaturas nas regiões A, B e C, por meio braço de apoio junto com o termopar.”

Fonte: Autor. 600,00 700,00 800,00 900,00 1000,00 1100,00 1200,00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Te m p e ra tu ra ( °C) Passes Região A Região B Região C

A bobina utilizada nos ensaios para realizar o aquecimento do corpo de prova foi confeccionada com tubo de 8,3 mm. Foram feitas cinco voltas com o tubo gerando um diâmetro interno da bobina de 42 mm e comprimento útil de 51,5 mm. A especificação da bobina é imprescindível, pois a variação das dimensões da bobina influencia diretamente no campo magnético, consequentemente altera o perfil térmico ao longo do corpo de prova.

A análise da temperatura ao longo do volume útil do corpo de prova, foi satisfatória quanto a variação do gradiente de temperatura ao longo das 3 regiões (A, B e C)

Concluindo um comportamento homogêneo da temperatura durante o aquecimento do material e a leitura sendo feita a cada 2 minutos, aumentando gradativamente a potência do forno pelo Controlador Dial.

4.4.1 Análise da temperatura no cone do corpo de prova com e sem furação por meio do termopar tipo K.

Foi efetuado o estudo da temperatura do corpo de prova durante o aquecimento pelo forno de indução, com auxílio do termopar na região cônica do corpo de prova, em duas situações diferentes sendo uma com a furação para a fixação do termopar e outro caso o termopar fica apoiado na superfície da região cônica do corpo de prova. O objetivo desta análise é verificar se ocorre variação da temperatura por estes dois métodos com uma taxa de aquecimento de 1,5 °C/s. Foram efetuados 3 ensaios com o termopar no furo do corpo de prova e 3 ensaios com o termopar apoiado no cone do corpo de prova, ambos a mesma região do corpo de prova. Os 6 ensaios foram feitos com corpos de provas virgens, com o intuído de evitar possíveis interferências de níveis de oxidação na peça e mascaramentos de resultados durante a leitura da temperatura. Todos os testes foram efetuados em ambiente inerte com gás de argônio

Na tabela 8 mostra a media dos ensaios com e sem furação no cone do corpo de prova (CP).

Tabela 8 – Analise das temperaturas na região cônica dos corpos de prova com e sem furação com taxa de aquecimento de 1,5 °C/s .

Potência (Dial) Média dos resultados com furo no CP Média dos resultados no cone CP

10 488°C 492°C 20 601°C 610°C 30 685°C 688°C 40 720°C 729°C 45 849°C 851°C 50 910°C 916°C Fonte: Autor.