ETAPA 1: CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS

3.3.1 Análise Microestrutural (Metalografia)

3.3.1.1 Microscopia Óptica

A caracterização microestrutural dos materiais investigados, utilizando microscopia óptica, foi realizada em microscópio Olympus BMX60 e software analisador de imagens LEICA QWIN V3 STANDARD, que possibilitou a identificação das diferentes microestruturas dos materiais de trabalho.

Para tanto, as amostras das seções transversais e longitudinais dos materiais de trabalho, cortadas em uma cortadora metalográfica Buehler IsoMet 4000, foram primeiramente embutidas a quente em uma embutidora automática Buehler SimpliMet 3000, seguida de preparação metalográfica em uma politriz automática Struers Tegrapol 25 segundo a rotina de polimento mostrada na Tab. 3.2.

Tabela 3.2 – Rotina de preparação metalográfica.

Lixamento úmido

Lixa Grana Duração (min)

SiC #220 4

Polimento

Pano de Polimento Suspensão de diamante Duração (min) MD Largo DiaPro Allegro/Largo (9 µm) 5

MD Mol DiaPro Mol (3 µm) 10

Polimento- Acabamento

Pano de Polimento Suspensão de Sílica Coloidal Duração (min)

MD Chem OP-S (0,04 µm) 4

A revelação das microestruturas dos aços inoxidáveis austenítico e duplex se fizeram por meio de ataque eletrolítico com solução a 10% de ácido oxálico em uma politriz eletrolítica Struers Lectrolpol 5, utilizando uma tensão de 4,5 volts durante aproximadamente 50 segundos. As amostras de aço inoxidável martensítico foram atacadas com o reagente Vilella.

3.3.1.2 Difração de raios X (DRX)

A análise de difração de raios X foi realizada no Laboratório de Caracterização Tecnológica (LCT) do Departamento de Engenharia de Minas e Petróleo da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP), em um equipamento X’Pert da PANalytical.

Esta técnica foi utilizada para identificar as estruturas cristalinas presentes nas diferentes classes de aços inoxidáveis investigadas, através de uma varredura contínua com duração de 100 min; com radiação Cu kα, 45 kV/40 mA; tamanho do passo de 0,02°; e intervalo de varredura de 20 a 10 0°.

3.3.2 Análise química por fluorescência de raios X (FRX)

Os teores dos elementos das diferentes classes de aços inoxidáveis foram determinados através de análise de elementos químicos de flúor a urânio em espectrômetro por fluorescência de raios X Axios Advanced da PANalytical, também realizada no LCT.

3.3.3 Ensaios mecânicos

Foram conduzidos ensaios mecânicos quase estáticos e dinâmicos com a finalidade de caracterizar os materiais investigados, bem como obter informações importantes para condições de deformação em diferentes taxas de deformação.

3.3.3.1 Dureza e Microdureza Vickers

Os ensaios de dureza e microdureza foram realizados amparados nas Normas ASTM E92-82 (2003) e ASTM E384 (2011).

Os ensaios de dureza foram realizados em amostras, preparadas metalograficamente, das seções longitudinais e transversais dos aços inoxidáveis, por meio de um durômetro Vickers VMT-7 da Buehler utilizando carga de penetração de 30 kgf e para cada material foram executadas cinco endentações para estimar o valor médio de dureza das amostras.

Da mesma forma, foram feitos ensaios de microdureza em um microdurômetro Micromet 2101 da Buehler, onde foram realizadas 10 penetrações nas amostras dos materiais de trabalho com uma carga aplicada de 50 gf.

3.3.3.2 Ensaio de Compressão

Foram realizados ensaios de compressão convencional, amparados na norma ASTM E9 (2009).

Os ensaios foram realizados no Laboratório do Grupo de Mecânica dos Sólidos e Impacto em Estruturas (GMSIE) do Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos da EPUSP em uma máquina de ensaio universal INSTRON 3369 (Fig. 3.3).

Figura 3.3 – Máquina de ensaio universal INSTRON 3369.

Os corpos de prova das diferentes classes de aços inoxidáveis investigadas correspondiam a uma configuração cilíndrica com dimensões especificadas conforme a Fig. 3.4.

Estes ensaios permitiram o levantamento das propriedades mecânicas dos materiais em estudo, bem como aumentaram o intervalo de taxas de deformação investigado para a comparação do comportamento mecânico entre os ensaios quase estáticos de compressão, dinâmicos da barra de Hopkinson e de usinagem.

3.3.3.3 Barra de Hopkinson

O teste da barra de Hopkinson é um método que vem sendo bastante utilizado para determinar o comportamento dos materiais em condições similares às encontradas em usinagem (JASPERS; DAUTZENBERG, 2002), por ser uma técnica experimental que permite determinar relações constitutivas em altas taxas de deformação, cobrindo uma faixa de 102 até acima de 104 s-1 (MEYERS, 1994; ASM, 2000).

O método, esquematizado na Fig. 3.5, consiste de um corpo de prova disposto entre duas barras longas, onde uma onda de compressão elástica produzida por um projétil se choca na extremidade esquerda da barra incidente. A onda compressiva se propaga na velocidade do som através da barra que se deforma somente elasticamente e ao atingir o corpo de prova, parte da onda é refletida e parte percorre o corpo de prova deformando-o plasticamente continuando seu percurso, de forma que parte da onda remanescente é transmitida para a barra de saída. As tensões incidente, transmitida e refletida são registradas por meio de extensômetros fixados nas barras incidente e de saída (MEYERS, 1994; ASM, 2000; JASPERS; DAUTZENBERG, 2002).

Figura 3.5 – Esquema do aparato experimental da Barra de Hopkinson e visualização das ondas de tensão durante o teste (adaptado de JASPERS; DAUTZENBERG, 2002).

Os testes da barra de Hopkinson foram realizados em um equipamento composto por um tanque de ar pressurizado, que tem a finalidade de disparar o projétil (barra de impacto), duas barras de aço de alta resistência, um amplificador de alta frequência (com ponte de Wheatstone regulável interna) e uma placa de aquisição de dados NI PCI 6110 com BNC 2110 (SANTOS, 2008), pertencente ao GMSIE. A Figura 3.6 mostra o equipamento utilizado.

Figura 3.6 – Barra de Hopkinson (NEVES, 2013).

Os corpos de prova para os ensaios da barra de Hopkinson consistiram em discos com diâmetro nominal de 12 mm e espessura nominal de 2,6 mm, como mostrado na Fig. 3.7. Estes corpos de prova tiveram suas faces polidas a fim de garantir paralelismo e planicidade.

A tensão, deformação e taxa de deformação de engenharia, que ocorre na amostra podem ser obtidas a partir das seguintes formulações (MEYERS, 1994; ALVES et al., 2012):
 =஺್ா್ ଶ஺బ ௜ +௧+௥ (3.1)  =௖_್ ௅బ௜ −௥−௧ (3.2)  =௖್ ௅బ ௜−௥−௧  (3.3)

onde, εi,εr e εt são os pulsos elásticos incidido, refletido e transmitido medidos nas

barras, respectivamente; cb é a velocidade da onda nas barras de pressão, dada

pela eq. (3.4); L0 e A0 são o comprimento e a área da seção transversal do corpo de

prova; e Ab é a área da seção transversal de cada barra.