FUND.S MEC.S E METALÚGICOS B 20.3

(1)

FUNDAMENTOS MECÂNICOS

E METALÚRGICO DOS METAIS B/B

Prof. M.Sc. Antonio Fernando de Carvalho Mota

(2)

VARIÁVEIS METALÚRGICAS

MECANISMOS DE ENDURECIMENTO

(Strengthening Mechanisms)

(3)

VARIÁVEIS METALÚRGICAS

1- Endurecimento por Solução Sólida

(Sólid-Solition Hardening)

(4)

VARIÁVEIS METALÚRGICAS

2- Endurecimento por Deformação Plástica a Frio

(Strain Hardening)

4

PR

(5)

VARIÁVEIS METALÚRGICAS

ENDURECIMENTO POR REFINO DE GRÃO (GRAIN REFINING)

Eq. Hall e Petch



_e

=



₀

+ k

_y

.d

-1/2

Onde, 

_e

= Limite de Escoamento



₀

e k

_y

são constantes do material

d = Diâmetro médio dos grãos em mm.

Obs.: O Refino de Grão aumenta simultaneamente a

Resistência e a Ductilidade

5 (principal variável metalúrgica)

(6)

TAMANHO DE GRÃO – PRINCIPAL VARIÁVEL METALÚRGICA

MEDIÇÃO DO TAMANHO DE GRÃO (T.G.):

OU

N = 2

n-1

onde:

N = número de grãos/ pol2 com aumento de 100 vezes

n ou G= número de Tamanho de Grão ASTM (1  n  12)

Determinação do TG através da análise de imagem

(7)

AUSTENITA

MARTENSITA

TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA COM AUMENTO DE VOLUME,

que leva à concentração de tensões

VARIÁVEIS METALÚRGICAS

4 – Endurecimento por reação Martensítica

(MARTENSITE REACTIONS)

de face centrada

(8)

5- ENVELHECIMENTO

Endurecimento devido a partículas finas ou Envelhecimento

(Precipitation Hardening)

Estágios da passagem de uma Discordância entre duas Partículas de Precipitado

Mecanismo de Orowan para a interação de discordâncias com partículas incoerentes.

(9)

(10)

AVALIAÇÃO: IDENTIFIQUE AS MICROGRAFIAS

( ) AÇO COALESCIDO ( ) AUSTENITA

( ) FERRO FUNDIDO CINZENTO

( ) FERRO FUNDIDO MALEÁVEL ( ) PERLITA ( ) MARTENSITAA_B C D E F

(11)

VARIAÇÕES MICROESTRUTURAIS

Microestrutura de um aço 1020 recozido Aços temperados e revenidos

O QUE JUSTIFICA A DIFERENÇA DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS?

Como as chapas devem ser adquiridas? Recozidas, encruadas ou temperadas?

(12)

Quanto maior temperatura, maior a

deformação para um mesmo golpe.

(13)

Processos de Conformação Plástica

Conformação Plástica a frio

Temperatura de

Recristalização

Conformação Plástica a quente

Temperatura do processo de conformação (°C)

METAL INICIO DE RECRISTALIZAÇÃO (°C) Pb, Sn 0 Zn 10 Al, Cu, Au 200 Fe 400 Ni 600 Mo 900 W 1200

(14)

LAMINAÇÃO A QUENTE:

T

_homologa

= T

_trabalho

 0,6

T

_fusão D ef . p lá st ic a R ec u p er aç ão R ec ri st al iz aç ão C re sc im en to d e g rã o

a) Trabalho a frio b) Recuperação c) Recristalização

(0,3 a 0,5Tf) (acima de 0,5Tf)

CONFORMAÇÃO PLÁSTICA A QUENTE

Q U E N T E F R I O

(15)

(16)

DEFORMAÇÃO A FRIO VERSUS RESISTÊNCIA DE AÇOS

CARBONO

(17)

APLICAÇÃO

Necessita-se de uma barra de latão 70-30 com um

diâmetro de 5,4mm, uma resistência de mais de

42kgf/mm

2

e uma elongação de mais de 20%.

A barra deve ser obtida a partir de uma outra maior, cujo

diâmetro é de 8,9mm.

Especificar as etapas de processamento necessárias

para a obtenção da barra de 5.4mm.

17 Processo de

Conformação

Plástica ?

(18)

Para atender uma resistência de mais de 42kgf/mm2 :

Deformação a frio > 15%

18

• _{Para atender uma elongação}

de mais de 20% :

• _{Deformação a frio < 23%}

(19)

Deformação a frio > 15% para a Resistência

Deformação a frio < 23% para o alongamento

Valor médio = (23 + 15)/2 = 38/2 = 19  20%

Portanto, na última etapa deve-se provocar 20% de

deformação a frio.

Fórmula da Redução de Área, RA (%) = (Ai - Af )100

Ai

19

(20)

DEFINIÇÃO DO PROCESSO DE DEFORMAÇÃO

Cálculo do diâmetro anterior a 5,4mm para obter 20% deformação

plástica a frio:

DF = Redução de Área por Deformação Plástica a Frio

DF = (di

2

– df

2

) 100 20% = (di

2

– 5,4

2

) 100 di = 6,0mm

di

2

di

2

Faz-se a redução de 8,9mm para 6,0mm ou por deformação a

quente ou por um ou mais ciclos de deformação a frio e

recozimento.

A barra deve ser recozida com um diâmetro de 6,0mm.

Finalmente, por trabalho a frio, reduz-se de 6,0mm para 5,4mm.

(21)

(22)

DEFORMAÇÕES DOS METAIS

(23)

A Metalurgia da Deformação

Deformação: Cisalhamento de planos de maior densidade atômica,

segundo uma direção compacta

B

t

A

Sistemas de deslizamento

CFC

{111} 110

_CCC

HC

4x3=12 sistemas

{110} 111

6x2=12 sistemas

Plano Basal

{0001} 1120

1x3=3 sistemas

(24)

DEFORMAÇÕES DOS METAIS

(a) Tração (b) Compressão

Metal Tensão máx. teórica

(N/mm2) Tensão máx. medida (N/mm2) Ferro puro 137.900 344 Alumínio puro 34.475 69 Cobre puro 68.950 172

(25)

CRITÉRIOS DE ESCOAMENTO

a- Tensão necessária para causar 0,2% de deformação plástica.

(Teoria da máxima tensão axial)



1

= Y (tração pura); Y = Limite de escoamento

b- Critério de Tresta (1865):

(Teoria da máxima tensão cisalhante)

t

máx.

= (

1

- 

3

)/2 = Y

c- Critério de Von Misses:

(Teoria da máxima energia de distorção)

Y =

2 G = E/2(1 + );



adm = LE/N

_Y

ou LR/N

_LR

Tresta  critério da máxima

(26)

26

(27)

MÁQUINA DE IMPACTO

(28)

• Exemplos de materiais sujeitos a impactos:

• Aço carbono, Fibra de vidro e Plástico.

ENSAIO DE IMPACTO HARPY – TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO

CFC

Materiais CCC de

baixa resistência

Materiais CCC de

alta resistência

(29)

TUBOS INDUSTRIAIS (STEEL PIPE)

Tubo Mannesmann (Sem costura)

Tubo soldado (com costura)

(30)

APLICAÇÃO: TUBOS SOLDADOS A ALTA FREQUÊNCIA (HF)

COMAFAL – COMERCIO E INDUSTRIA DE FERRO E AÇO LTDA

RODOVIA ESTRADA VELHA, 142 – DISTRITO INDUSTRIAL –CABO DE SANTO AGOSTINHO - PE

Os tubos com costura são produzidos na COMAFAL com a soldagem por Alta Frequência (HF)

Solda H.F. Cordão de solda Rolo de pressão Corrente Bobina de indução Mandril Cordão De solda Região de soldagem

O processo é bastante usado na fabricação

(soldagem longitudinal) de tubos e perfis de aço, com uma grande velocidade de soldagem (até cerca de 300 m/min).

(31)

Bomba De Teste Hidráulico Com Reservatório De 12 Litros - Rp50 - Rothenberger

TESTE HIDRÁULICO EM TUBULAÇÕES

PRESSÃO DE TESTE EM FUNÇÃO DA BITOLA E DA ESPESSURA DO TUBO. O OBJETIVO É VERIFICAR SE A SOLDA RESISTE SEM APRESENTAR

VAZAMENTO O ESFORÇO APLICADO; NORMA TÉCNICA APLICÁVEL: NBR 5590

(32)

(33)

ENSAIO DE ACHATAMENTO (TUBO DE SEÇÃO CIRCULAR)

Determina a qualidade da solda quanto a sua ductilidade

e resistência

(34)

Usos Industriais;

Oleodutos;

Gasotudo;

Adutoras;

Irrigação;

Emissários;

(35)

CONTROLE DE QUALIDADE DE TUBOS

Ensaios:

(36)

O QUE É UM TUBO SCHEDULE?

ASTM A.53

espessuras: 5, 10, 20, 40, 80, 120, 160

Obs.: Existe tubos com espessuras maiores

Tubos em aço inox ou em aço carbono

Tubos com e sem costura, pode ser fornecido galvanizado

Tubos recomendados para condições extremas de trabalho

Ex.s: Tubo SCH 40 e 80 - NBR 5590

Tubo Schedule é a denominação dada ao resultado arredondado a

dezena calculado pela fórmula: SCH = P / S onde P é a pressão de

trabalho do tubo e S é a tensão (pressão) correspondente a 60% do

limite de escoamento do material a 20 Graus C. ... O Schedule define,

portanto, a espessura de parede do tubo de condução

(37)

Pq o diâmetro nominal é diferente do externo para tubulações até 12" ?

De 1/8" até 12" o Diâmetro Nominal não corresponde a nenhuma

dimensão física dos tubos, de 14" até 36", o Diâmetro Nominal coincide

com o diâmetro externo dos tubos.

Para cada diâmetro nominal fabricam-se tubos com várias

espessuras de parede, denominadas "séries". Entretanto, para cada

Diâmetro Nominal, o diâmetro externo é sempre o mesmo, variando

somente o diâmetro interno, que será tanto menor quanto maior for

a espessura do tubo. Por exemplo, os tubos de aço de 8" de

(38)

(39)

SEMIÁRIOS 02 E 03 – DOIS ALUNOS INSCRITOS

1- JUSTIFICAR PORQUE O ALUMÍNIO É MUITO MAIS CONFORMAVEL DO OS AÇOS;

2- COMO PRODUZIR UMA RODA DE LIGA DE ALUMÍNIO QUE SEJA TÃO RESISTENTE QUANTO AS RODAS DE AÇO, COM A VANTAGEM DA

(40)