1 VALIDAÇÃO DO PARÂMETRO B
Linhas de Pesquisa: Metalurgia Física; Textura Cristalográfica; Comportamento Mecânico dos Metais; Propriedades Mecânicas.
Justificativa: Em linhas de produção industrial do tipo estampagem profunda, ainda não é possível calcular os valores do coeficiente de anisotropia normal (𝑟), valor esse que indica a qualidade de embutimento em aços utilizados nos processos de estampagem, de maneira rápida e automatizada. A obtenção desses valores só é possível com a utilização dos tradicionais ensaios de tração uniaxial, cujos resultados possuem grande dispersão sendo necessário ensaiar muitos corpos de prova para que o erro final no cálculo de 𝑟 seja aceitável estatisticamente. Isto torna este processo lento e muito dispendioso. Porém, sabendo da existência de um parâmetro global, denominado Parâmetro A, no qual é possível investigar as propriedades magnéticas em aços elétricos a partir de difração de raios-x, percebeu-se que também era factível prever os valores de 𝑟 por meio da criação de um novo parâmetro global. Kestens (2008) mostrou que o Parâmetro A é capaz de caracterizar e relacionar ambas as variáveis, dependentes (propriedades magnéticas) e independentes (textura cristalográfica), de forma confiável. Baseado nesse estudo, Santos (2015) desenvolveu um novo parâmetro, agora sendo denominado Parâmetro B, que objetivou estabelecer uma relação entre a textura cristalográfica (Parâmetro B) e as propriedades de embutibilidade (𝑟) para aços livres de intersticiais ao titânio e nióbio (IF Ti-Nb). Considerando que esse último estudo foi realizado em apenas um tipo de material e visto que existe uma correlação confiável (r2 = 0,84) entre 𝑟 e Parâmetro B, busca esse estudo validar o programa criado, visando estabelecer assim uma norma técnica e uma patente para a utilização do programa em linhas industriais, que necessitam prever a qualidade de embutimento de seus materiais.
Objetivos:
Encontrar uma correlação entre 𝑟 e Parâmetro B que seja satisfatória (r2>0,95), visto que a atual correlação existente é de r2 = 0,84;
Validar o novo parâmetro global, fazendo uso de diversos materiais, comumente utilizados em processos de estampagem;
Elaborar uma norma técnica para a utilização do Parâmetro B.
Estratégia Experimental: Num primeiro momento, utilizaria se a mesma família de material empregado no estudo inicial para se obter uma correlação mais efetiva, ou seja, r2>0,95, entre os valores de 𝑟 e Parâmetro B. Para que o programa seja considerado satisfatório é necessário que suas previsões também valham para diversos outros materiais. Nesse caso, é importante que a previsão dos valores do coeficiente de anisotropia normal a partir do novo parâmetro global desenvolvido seja calculada em metais que normalmente são utilizados em processos de estampagem, como por exemplo, os aços inoxidáveis e as ligas de alumínio. Após as etapas de cálculo e toda as análises cabíveis, é necessário estabelecer uma norma técnica e, possivelmente, uma patente para uso industrial.
Principais Referências:
KESTENS, L.; JACOBS, S. Texture Control During the Manufacturing of Nonoriented Electrical Steels. Texture, Stress and Microstructure, v. 2008, article ID: 173083, p1-9, fev. 2008.
SANTOS, IGOR C. Modelo Computacional de Previsão de Embutibilidade em um Aço Livre
de Intersticiais. Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, 2015. 128p. (Dissertação,
2 1. Introdução
O processo de estampagem é amplamente utilizado no campo industrial brasileiro, destacando-se nas indústrias automobilísticas e na chamada "indústria de linha branca", responsável pela fabricação de eletrodomésticos, como geladeiras, fogões e máquinas de lavar. Os materiais comumente utilizados nessas operações são as ligas de alumínio, os aços inoxidáveis e, principalmente, os aços de baixo carbono.
De acordo com Ray et al. (1994), a estampabilidade de determinado material é sua capacidade de alcançar um alto grau de escoamento plástico no plano da chapa, enquanto oferece uma resistência ao escoamento na direção da espessura da mesma. Essa propriedade é conhecida como anisotropia normal (𝑟) e esse valor serve de referência para qualificar a embutibilidade de determinado material. De acordo com Mishra e Darmann (1982), para 𝑟 = 1, há uma indicação de resistência ao escoamento igual tanto na superfície quanto na espessura da chapa (isotrópico). Valores de 𝑟 > 1 indicam que a resistência ao escoamento na superfície da placa é menor do que ao longo da sua espessura e o contrário é obtido para valores de 𝑟 < 1, ou seja, valores de 𝑟 maiores do que uma unidade indicam uma maior tendência ao escoamento plástico. O cálculo do coeficiente de anisotropia normal pode ser expresso pela Equação 1, sendo 𝑟0, 𝑟45 e 𝑟90 os índices de anisotropia para corpos de prova retirados a 0, 45 e 90º da Direção de Laminação (DL).
r =(𝑟0+ 2𝑟45+ 𝑟90) 4
⁄ EQ 1
É sabido também que a estampabilidade das chapas depende da anisotropia, causada pela orientação preferencial de certo volume de grãos (textura) (RAY e GHOSH, 2013). Em relação aos aços baixo-carbono, Bunge (1969) apresenta as principais orientações cristalográficas desse material, com estrutura cristalina CCC. Essas orientações preferenciais estão localizadas em duas fibras parciais: {hkl}<110> e {111}<uvw>.A primeira é denominada fibra α ou fibra DL por ter várias orientações com direções <110> paralelas à Direção de Laminação (DL). Já a segunda componente é conhecida como fibra γ ou fibra DN por ter diversas componentes com as normais dos planos {111} paralelas à Direção Normal (DN).Tem sido demonstrado que altos valores de anisotropia normal são encontrados em materiais que possuem uma grande quantidade de grãos com orientação {111} paralelos ao plano da chapa, isto é, para materiais que possuam uma forte intensidade da fibra γ, favorecendo assim a estampabilidade. A baixa capacidade do material em se conformar está associada à grande incidência de planos {100} paralelos à superfície da chapa (PADILHA et al., 2001).
O cálculo de 𝑟 é de suma importância, pois indica se o material é capaz de ser aplicado a sua destinação final de conformação plástica sem sofrer maiores danos como trincas e até fraturas. Industrialmente, o cálculo do coeficiente de anisotropia normal demanda tempo e custo. A criação de um modelo que seja capaz de prever os valores de 𝑟 por difração de raios-x de forma automática e simultânea, geraria uma análise rápida, reduzindo também erros e custos. Santos (2015) utilizando como exemplo um programa computacional desenvolvido por Felix et al. (2012) gerou um novo parâmetro global para análise dos valores de coeficiente de anisotropia normal apenas utilizando como dados de entrada resultados de textura cristalográfica obtidos por difração de raios-x.O programa desenvolvido por Felix et al. (2012) teve como base o trabalho de Kestens (2008) que mostrou ser possível investigar o efeito da textura nas propriedades magnéticas de um aço elétrico, utilizando um parâmetro computacional quantitativo de confiança, que, para os aços ao silício, se denominou Parâmetro A. Esse Parâmetro é capaz de caracterizar e relacionar ambas as propriedades magnéticas e a textura cristalográfica de forma confiável. Baseado nesse estudo e nos programas computacionais de Felix et al. (2012), foi desenvolvido o novo parâmetro global, denominado então de Parâmetro B, com o objetivo de fornecer uma relação entre a textura cristalográfica e
3 as propriedades de embutibilidade para os aços IF. Nesse trabalho, Santos (2015) pôde concluir que o novo Parâmetro B possui uma tendência satisfatória em prever a qualidade de embutimento naquele tipo de aço.
Assim, é de se esperar que seja observada uma propensão para prever os valores de 𝑟 também para outros materiais utilizados em operações de estampagem. Visando validar o novo parâmetro global criado, essa tese firma-se como uma importante ferramenta de análise industrial, por meio do estudo da evolução da textura cristalográfica e sua respectiva relação com as propriedades mecânicas de amostras de aços utilizados em operações de estampagem.
2. Materiais e Métodos
Para a validação do novo parâmetro global, é necessário comparar se os valores do Parâmetro B estão de acordo com os valores do coeficiente de anisotropia normal (𝑟) obtidos por meio de ensaios de tração uniaxial. Inicialmente, intenciona-se trabalhar com o mesmo material utilizado no estudo do desenvolvimento do Parâmetro B, o qual segue a composição química (Tabela 1), em % massa, do material utilizado.
Tabela 1: Composição Química típica de aços IF.
C N Si Mn P Al Nb Ti S
0,002-0,008 0,001-0,005 0,01-0,03 0,10-0,34 0,01-0,02 0,03-0,07 0,005-0,040 0,01-0,11 0,004-0,01
Objetivando alcançar a correlação desejada, seria necessário realizar laminação a frio e recozimento. Esses tratamentos termomecânicos tendem a modificar a microestrutura do material, provocando, por exemplo, uma mudança nas orientações preferenciais, medida que alteraria as propriedades mecânicas do material, nos valores de 𝑟 e Parâmetro B.
Para o trabalho termomecânico, caberia a realização de laminações convencionais em escala laboratorial seguidas de tratamentos térmicos, podendo ser realizados em fornos tipo mufla. Após os tratamentos termomecânicos, os lotes de materiais deverão ser confeccionados para a execução dos ensaios mecânicos, seguindo ambos a Norma ASTM E517 (2010). No que concerne os ensaios mecânicos, é necessário utilizar uma máquina universal de ensaios, com capacidade para executar uma taxa de deformação de 0,5/min ou menos. Para a análise de textura cristalográfica, cumpre realizar a preparação metalográfica das amostras, a ser executado em laboratório de metalografia. Para prever a embutibilidade de 𝑟 por meio do parâmetro B é necessário realizar medições de textura cristalográfica por difração de raios-x em difratômetro de raios-x com câmara de textura.
Num segundo momento, para validarmos inteiramente o novo parâmetro global, faz-se necessário utilizar uma gama de aços para estampagem, de preferência processados industrialmente, e de acordo com a Norma ABNT NBR 5906 que estabelece os requisitos exigíveis para fabricação de aços baixo carbonos utilizados em operações de estampagem. Repete-se a mesma sequência de procedimentos acima para o cálculo dos valores de 𝑟 e Parâmetro B.
3. Infraestrutura e Recursos Necessários
Aços e ligas comumente utilizados em processos de estampagem;
Laboratório de processamento termomecânico, sendo necessário um laminador de bancada e um forno tipo mufla;
4 Laboratório de metalografia;
Laboratório de ensaios mecânicos contendo uma máquina de testes universal com capacidade para executar uma taxa de deformação de 0,5/min ou menos;
Laboratório de Difração de raios-x, contendo um difratômetro de raios-x, equipado com câmara de textura;
5 4. Cronograma de Execução Atividades Bimestres 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1. Revisão Bibliográfica 2. Aquisição dos Materiais 3. Confecção dos corpos de prova 4. Ensaios Mecânicos
5. Preparação Metalográfica
6. Qualificação e Defesa da Proposta 7. Análise de Textura Cristalográfica 8. Cálculo Parâmetro B
9. Análise dos resultados 10. Confecção da Tese 11. Revisão Orientador 12. Elaboração de artigos
6 5. Referências Bibliográficas
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, West Conshohocken. E517 – 00 (Reapproved 2010): Standard Test Method for Plastic Strain Ratio r for Sheet Metal. West Conshohocken, 2010. 8p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, Rio de Janeiro. ABNT NBR 5906: Bobinas e Chapas Laminadas a Quente de Aço-Carbono para Estampagem. Rio de Janeiro, 2008. 4p.
BUNGE H. Mathematische Methoden der Texturanalyse. Akademie Verlag, 1969.
FELIX, R. A. C.; BRANDÃO, L.; da CUNHA, M. A.; PAIVA, C. H. P.; AMARO, J. R. L.; TELES, L. S.; da ROSA, R. L. O.; JÚNIOR, R. P. G.; SALDANHA, T. A.; BEZERRA, V. H. G. Evaluation of the relationship between crystallographic texture and magnetic properties through the magnetocrystalline anisotropy coefficient. Anais do 20° Congresso Brasileiro de
Engenharia e Ciência dos Materiais, ref. 312-012. Joinville, SC, 2012.
KESTENS, L.; JACOBS, S. Texture Control During the Manufacturing of Nonoriented Electrical Steels. Texture, Stress and Microstructure, v. 2008, article ID: 173083, p1-9, fev. 2008.
MISHRA, S.; DARMANN, C. Role and control of texture in deep-drawing steels. International
Metals Reviews, v.27, n.6, p307-320, jan. 1982.
PADILHA, A. F.; FILHO, A. F.; LIMA, Liana M. G.; LIMA, Nelson B. Controle da microestrutura e da textura de chapas de aço baixo carbono para estampagem. Workshop sobre
textura e relações de orientação: deformação plástica, recristalização, crescimento de grão.
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP). São Paulo, SP, 14 p., 2001.
RAY, R. K., JONAS, J. J, HOOK, R. E. Cold rolling and annealing textures in low carbon and extra low carbon steels. International Materials Reviews, v.39, n.4, p129-172, jan.1994.
RAY R. K.; GHOSH P. Texture in the Design of Advanced Steels. Transactions of the Indian
Institute of Metals, v.66, n.5-6, p641-653, dez. 2013.
SANTOS, IGOR C. Modelo Computacional de Previsão de Embutibilidade em um Aço Livre
de Intersticiais. Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia, 2015. 128p. (Dissertação,
