3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.9 ENSAIOS NAKAZIMA
Os ensaios Nakazima foram realizados com corpos de prova extraídos da chapa de magnésio AZ31B com o eixo no plano da chapa na direção de laminação, no formato circular, Figura 55, com diâmetro de 100mm e raio de suavização variando de 0 a 45mm para analisar os diferentes estados de tensão e deformação apresentados na Figura 29. Com relação as dimensões adotadas, XAXIER, 2014 diz não há uma norma técnica estabelecida para esse ensaio. No entanto, quando mais corpos de prova com diferentes larguras melhor o ajuste da curva de confirmação limite obtida. Nesse caso, o ideal seria o ensaio com maior corpos de prova disponível. No entanto uma das críticas citadas por XAVIER, 2014, é que os ensaios Nakaziama são demorados para a obtenção das curvas CLC, além de necessitar de grande número de amostras necessárias e quantidade de material usado nos ensaios. Por isso a adoção de apenas 5 corpos de prova.
Figura 55 - Corpos de prova para os ensaios Nakazima.
A escolha da temperatura de 250⁰ C para aquecimento dos corpos de prova baseou- se nos resultados obtidos por ZHANG et al., 2006, no qual os autores concluíram que o LDR aumenta com o aumento da temperatura, atingindo seu ponto ótimo na temperatura de 200⁰ C, Figura 56.
Figura 56 – Razão limite de embutimento x temperatura (ZHANG et al., 2006)
As estampagens foram feitas numa prensa hidráulica com capacidade de 300kN, sendo o ferramental nela montado mostrado na Figura 57. O punção e a matriz foram fabricados com aço AISI H12 temperado e revenido para a dureza de 52 HRC. Nas Figuras 58 e 59 são apresentados os desenhos e as dimensões das ferramentas utilizadas nos ensaios Nakazima. Temperatura de conformação [⁰ C] R az ão l im it e de embu ti m en to [LD R ]
Velocidade do punção = 30mm/min
.
Figura 57 - Ferramental usado nos ensaios Nakazima.
Figura 58 – Representação do ferramental para o ensaio Nakazima – (a) Vista m perspectiva (b) vista detalhada.
Figura 59 - Dimensões das ferramentas usadas nos ensaios Nakazima
Devido às dificuldades encontradas em testes preliminares para a fixação do corpo de prova e para a manutenção de sua temperatura durante os ensaios, foram realizados dois procedimentos distintos descritos a seguir.
2 1 3 4 5 Punção Dispositivo de fixação
Procedimento de ensaio 1:
Nesse procedimento, o travamento do ferramental, apresentado na Figura 58 (b), era feito pelo rosqueamento da peça (1) na peça (2), comprimindo o corpo de prova contra a matriz (3).
Para realizar cada ensaio, o corpo de prova era colocado dentro de uma mufla a 400⁰ C e aquecido por cinco minutos, enquanto a matriz era aquecida até 250⁰ C por cartuchos de resistência elétrica colocados em seu interior. Passados os cinco minutos de aquecimento, o corpo de prova aquecido era introduzido no ferramental e posicionado sobre a matriz. O ferramental era rosqueado para travar o corpo de prova.
Então, o punção (4) que havia sido previamente lubrificado com uma graxa de MoS2 e água era movimentado a 5mm/s para deformar o corpo de prova até ocorrer a ruptura ou atingir-se o deslocamento máximo permitido. O corpo de prova era removido do ferramental e resfriado até a temperatura ambiente.
Procedimento de ensaio 2:
Como no procedimento 1 observou-se que não ocorria o rompimento do corpo de prova para a maioria dos raios adotados, pois o corpo de prova escoava para dentro da matriz devido à baixa pressão de sujeição, optou-se por um novo método de travamento, modificando-se a peça (1) para utilizar-se quatro porcas que eram rosqueadas em quatro parafusos prisioneiros (5).
O corpo de prova ainda frio era introduzido no ferramental e posicionado sobre a matriz. As porcas eram rosqueadas nos quatro parafusos do ferramental para travar o corpo de prova. O ferramental com o corpo de prova era levado à mufla a 400⁰ C e aquecidos até que o corpo de prova atingisse a temperatura de 250⁰ C, monitorada por um termopar tipo K posicionado sobre o corpo de prova.
Atingida a temperatura de 250⁰ C, ferramental e corpo de prova eram posicionados na mesa da prensa hidráulica, o punção (4) que havia sido previamente lubrificado com uma graxa de MoS2 e água era movimentado a 5mm/s para deformar o corpo de prova até ocorrer a ruptura ou atingir-se o deslocamento máximo permitido. O corpo de prova corpo de prova era removido do ferramental e resfriado até a temperatura ambiente.
Com esse novo procedimento, conseguiu-se evitar o deslizamento do corpo de prova e deformá-los até seu rompimento.
Antes dos corpos de prova serem estampados foi aplicado em sua superfície uma malha composta por círculos de 2,5mm de diâmetro, de forma a se medir as deformações maiores e menores após a estampagem a quente.
Utilizando o equipamento Tecnigrav Compact 100 apresentado na Figura 60, a superfície do corpo de prova era lixada com lixa 400, limpa com pano e apoiada sobre a placa com polo negativo do equipamento de gravação. Sobre o corpo de prova era colocada a matriz de gravação com círculos de 2,5mm de diâmetro, apresentada na Figura 61.
Na
Figura 61 O líquido corrosivo vermelho era aplicado sobre a matriz pelo carimbo ligado ao polo positivo do equipamento de gravação. Após a impressão, o corpo de prova era limpo utilizando o líquido neutralizador azul, e secado, obtendo-se a malha apresentada na Figura 62.
Figura 60 - Equipamento de gravação eletroquímica Tecnigrav Compact 100.
Figura 62 - Malha aplicada sobre a superfície de um corpo de prova.
Para o cálculo da curva de conformação limite CLC medem-se as dimensões dos círculos e das elipses nos corpos de prova deformados e determinam-se as deformações convencionais ou verdadeiras, calculadas com as seguintes expressões:
Deformação maior: Convencional: 𝑒1
=
𝑙1−𝑙0 𝑙0 Verdadeira:𝜀
1=(1+𝑒1) (1) Deformação menor: Convencional:𝑒
2=
𝑙2−𝑙0 𝑙0 Verdadeira:𝜀
2=(1+𝑒2) (2)Com relação à determinação de curvas teóricas com base nos ensaios de tração realizados na seção 3.4, foi usado o método proposto por Keeler e Brazier onde CLC0 é definido por (PAUL et al., 2013):
Onde a curva teórica completa pode ser calculada pela equação apreentada abaixo baseada no critério de von Mises:
𝜀2 < 0, 𝜀1 = 𝐶𝐿𝐶0− 𝜀2 (2)
𝜀2 = 0, 𝐶𝐿𝐶0 = ln [1 + (13,3+14,13𝑡100 ) ∗0,21𝑛 ] (3)
𝜀2 > 0, 𝜀1 = (1 + 𝐶𝐿𝐶0) ∗ (1 + 𝜀2)0,5− 1 (4)
O valor de n é obtido pela equação:
𝜎𝑒𝑞 = 𝐾 ∗ 𝜀𝑡𝑒𝑞𝑛 (5)
Tal equação deve ser aplicada para cada curva Tensão Verdadeira x Deformação Verdadeira obtida nos ensaios de tração da seção 3.4.