Esta prova é de caráter estritamente individual. O uso de material de consulta próprio é permitido. Procure sempre justificar suas respostas.

1) No artigo “Hot working of two AISI 304 steels: a comparative study”, M. El Wahabi, J. M. Cabrera and J. M. Prado, Materials Science and Engineering A, Volume 343, Issues 1-2 , 25 February 2003, Pages 116-125, os autores apresentam os seguintes gráficos de curvas de escoamento obtidos em ensaios de compressão a quente de dois aços inoxidáveis com a composição química mostrada na tabela.

a) quais os mecanismos de amolecimento presentes durante a deformação do aço 304H a 850 oC em função da taxa de deformação? b) pode-se afirmar que esses aços apresentam comportamento distintos sob deformação a quente? c) defina uma expressão que relacione a deformação crítica para ocorrência da recristalização dinâmica em função da temperatura e da

taxa de deformação.

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA

Composição química dos aços (% de massa)

2) No artigo “Dynamic recrystallization under warm deformation of a 304 type austenitic stainless steel”, A. Belyakov, H. Miura and T. Sakai, Materials Science and Engineering A, Volume 255, Issues 1-2 , 31 October 1998, Pages 139-147, os autores apresentam as seguintes micrografias obtidas no resfriamento brusco após ensaios de compressão a quente de um aço inoxidável austenítico.

Considerando que essas micrografias representam ensaios com grau e taxa de deformação idênticos, porém realizados a temperaturas distintas, associe cada uma das microestruturas a uma das temperaturas de ensaio (700, 750, 800 e 900 ºC) e defina os possíveis mecanismos de amolecimento presentes nas diversas condições de ensaio. 3) No artigo “Anisotropic fracture behaviour of cold drawn steel: a materials science approach”, J. Toribio and F. J. Ayaso, Materials

Science and Engineering A, Volume 343, Issues 1-2 , 25 February 2003, Pages 265-272, apresentam-se as seguintes micrografias para um aço de alta resistência mecânica, com a composição química (% em peso) mostrada abaixo, submetido a diversos passes de trefilação. A tabela a seguir apresenta o diâmetro final após cada passe (D1), bem como a relação dos diâmetros inicial e final por passe (D1/D0) e os limites de escoamento (s0,2) e de resistência (UTS) sob tração de cdps retirados após cada passe de trefilação.

As micrografias da esquerda foram obtidas por microscopia óptica para visualização dos grãos cristalinos e as da direita por microscopia eletrônica de varredura para visualização da estrutura perlítica, e não se encontram ordenadas umas em relação às outras.

Passe

Coluna 1 Coluna 2

a) esboce um gráfico dos limites de escoamento e de resistência em função do redução de área

acumulada nos passes de trefilação. b) associe as micrografias das colunas 1 e 2, linhas (a) a (d), com os passes (0), (2), (4) e (6). c) a partir das respostas às questões a) e b) que análise pode ser feita sobre o comportamento desse aço

ao longo dos passes de trefilação?

(d)

(c)

(a)

(b)

Dir

eção

de

tref

ilaçã

o

Esta prova é de caráter estritamente individual. O uso de material de consulta próprio é permitido. Procure sempre justificar suas respostas.

1) No artigo “Dynamic recrystallization behavior of AISI 304 stainless steel”, Sung-Il Kim and Yeon-Chul Yoo, Materials Science and Engineering A, Volume 311, Issues 1-2 , 2001, Pages 108-113, os autores estudaram o comportamento do aço inoxidável austenítico AISI 304. Para tanto, foram realizados ensaios de torção a quente na faixa de temperaturas entre 900 e 1100 ºC e para uma faixa de taxas de deformação entre 0,05 s-1 e 5,0 s-1.

A figura a seguir apresenta as curvas de escoamento obtidas para várias taxas de deformação a 1000 ºC (a) e para várias temperaturas de ensaio com taxa constante de 0,5 s-1 (a).

E na figura abaixo apresenta-se em (a) a curva de escoamento a 1000 oC na taxa 15,0 −= sε , bem como a curva da taxa de encruamento. Em (b) a (f) são apresentadas micrografias de corpos-de-prova resfriados bruscamente após atingirem os pontos A até E respectivamente.

Observando os gráficos (desconsidere a queda final de tensão) e micrografias apresentados, responda as questões:

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA

15 −= sε

11 −= sε

15,0 −= sε105,0 −= sε

15 −= sε

σ (M

Pa)

σ (M

Pa)

ε ε

Taxa de encruamento Ta

xa d

e en

crua

men

to

σ (M

Pa)

ε

a) pode-se afirmar que ocorre recristalização dinâmica nas condições empregadas nos ensaios de torção? a) construa um gráfico do pico de deformação crítica para recristalização a partir das informações dos dois

gráficos da primeira figura. Como essa deformação crítica se comporta em relação à variação de temperatura e de taxa de deformação? Como esse comportamento afeta a recristalização dinâmica?

b) analise a segunda figura relacionando a ocorrência de recristalização dinâmica, com a taxa de encruamento e as micrografias apresentadas.

2) No artigo “Annealing softening mechanisms operating in cold worked oxide-bearing steels”, A. Belyakov, Y. Sakai, T. Hara, Y. Kimura and K. Tsuzaki, Scripta Materialia, Volume 48, Issue 10 , May 2003, Pages 1463-1468, os autores estudaram os mecanismos de amolecimento em aços para mancais com teores variados de oxigênio. Para tanto foram analisadas as micrografias de corpos-de-prova submetidos às seguintes condições:

a) 0,2 ou 0,6% de oxigênio em massa; b) recozimento prévio por 25 minutos a 1000 ºC, com resfriamento lento obtendo grãos com tamanho entre

12 e 15 µm e partículas dispersas de óxidos com tamanho próximo dos 20 nm; c) ensaios de compressão a frio, com reduções totais de altura de 30, 70 ou 85%; d) recozimento por uma hora a 700 ou 800 ºC.

A figura ao lado apresenta as micrografias obtidas após esses tratamentos para o aço trabalhado a frio e recozido a 700 ºC. Observe a legenda abaixo com informações sobre a quantidade de oxigênio e a redução de altura realizada a frio antes do recozimento. Também é apresentada a figura ao lado que relaciona a dureza final dos cdps após as diversas condições de ensaio, bem como as durezas iniciais dos aços com 0,2 e 0,6% de oxigênio.

Os autores afirmam que somente observaram recristalização nas condições das micrografias (b) e (c), que confirmaram no gráfico da dureza indicando as condições RCV e REX. Observando o gráfico e as micrografias respondas as questões: a) quais mecanismos de amolecimento podem estar presentes nas condições de ensaio para as micros (a) e (d)? b) por quê todos os mecanismos de amolecimento observados nesses ensaios são considerados estáticos? c) o que no material ensaiado pode impedir que ocorra a recristalização para as condições de ensaio da micrografia (a)? E para o caso da micrografia (d)?

(a) 0,2% de oxigênio e 30% de redução

(b) 0,2% de oxigênio e 70% de redução

(c) 0,2% de oxigênio e 85% de redução

(d) 0,6% de oxigênio e 85% de redução

Dur

eza

Encruado

Legenda:

dureza inicial RCV recuperação REX recristalização

3) No artigo “An investigation of serrated yielding in 5000 series aluminum alloys”, Wei Wen e J. G. Morris, Materials Science and Engineering A (a ser publicado), os autores apresentam um estudo sobre o escoamento de três ligas de alumínio da série 5000 (AA5052, AA5754 e AA5182). Essas ligas foram tratadas termicamente para solubilização a 769 K por 4 horas, posteriormente laminadas a frio com 80% de redução da espessura e posteriormente recozidas a 472 K (a), 589 K (b), 727 K (c) e 783 K (d) por 4 horas. Essas ligas apresentam a seguinte composição química (% em peso):

As micrografias ao lado representam a microestrutura desses materiais após solubilizadas, laminadas e recozidas. Também apresentam a variação de resistividade elétrica observada para os materiais ensaiadas, como mostrado a seguir.

a) considerando as micrografias apresentadas, quais os possíveis mecanismos de amolecimento presentes para cada temperatura de recozimento? Esses mecanismos são dinâmicos ou estáticos?

b) as três ligas apresentam comportamentos distintos quando recozidas após deformadas a frio. Qual delas recristaliza mais facilmente? Quais as possíveis causas para essa diferença de comportamentos?

c) o gráfico de variação de resistividade é coerente com as conclusões efetuadas a partir da análise das micrografias?

Micrografias da liga AA5052

Micrografias da liga AA5754

Micrografias da liga AA5182

Temperatura (K)

Res

istiv

idad

e (µ

Ω.c

m)

IM465 – CONFORMAÇÃO PLÁSTICA DOS METAIS – 1A. PROVA

OBS.: PROVA DE CARÁTER ESTRITAMENTE INDIVIDUAL, CONSULTA PERMITIDA AO MATERIAL PARTICULAR 1) As tabelas e figuras apresentadas na página seguinte referem-se ao artigo “A comparative study of microstructures and mechanical properties obtained by bar and plate rolling” de Sangwoo Choi Youngseog Lee and Peter D. Hodgson, Journal of Materials Processing Technology Volume 124, 3, 20 June 2002, Pages 329-336. Nesse trabalho os autores estudaram a influência da laminação de barras (“bar rolling”) e chapas (“plate rolling”) sobre a microestrutura de um aço baixo carbono com composição química em peso aproximada: Fe– 0,1 C – 0,45 Mn –0,25 Si. Cada passe de laminação mostrado nas tabelas 1 e 2 foi realizado em três temperaturas diferentes: 450, 550 e 650 ºC (sempre com um aquecimento prévio a cada passe). Após o quarto passe, os produtos foram resfriados ao ar calmo. A figura 1 apresenta o perfil dos cilindros para a laminação das barras. A figura 2 apresenta as curvas de tensão-deformação de engenharia obtidas em ensaios de tração com corpos-de-prova retirados de cada produto final de laminação para as três temperaturas empregadas. Também é mostrada a curva para o material de partida no estado bruto de solidificação (“as casted”). Na coluna da esquerda das figuras 3 e 4 são mostradas micrografias das placas laminadas nessas temperaturas, enquanto na coluna da direita são mostradas micrografias das barras laminadas, também para as três temperaturas de laminação. Na figura 3 observam-se os grãos cristalinos e na figura 4 são mostrados os sub-grãos contidos nesses grãos. Todas as micrografias representam seções dos produtos laminados normais à direção de laminação.

Questões: Procure sempre justificar suas respostas a) considerando todas essas informações, em quais condições o encruamento prevaleceu sobre os mecanismos de amolecimento? b) relacione as micrografias das figuras 3 e 4 com as temperaturas de laminação e justifique essa relação considerando a morfologia dos grãos e dos sub-grãos. c) construa uma tabela em que sejam associada cada condição de laminação (barra/placa e temperatura) com possíveis mecanismos de amolecimento (recuperação estática, recuperação dinâmica, recristalização estática, recristalização dinâmica) d) as curvas de escoamento da figura 2 comprovam os resultados apresentados na tabela da questão (c)? e) em alguma das condições ensaiadas (barra/placa e temperatura) ocorreu recristalização? Em caso afirmativo, como isso pode ser constatado e qual seria a temperatura de recristalização para esse material? f) por quê as colunas direita e esquerda da figura 3 apresentam grãos cristalinos com morfologias bem distintas? g) quais condições de laminação oferecem os produtos mais tenazes?

Tabela 1 - Seqüência de passes na laminação de placas

Passe no. Distância entre os

cilindros (mm) Deformação

média ε

Taxa média de deformação

ε 1 19,51 0,42 5,50 2 14,03 0,38 6,24 3 10,12 0,38 7,32 4 7,41 0,36 8,39

Tabela 2 -Seqüência de passes na laminação de barras

Passe no. e tipo

Distância entre os cilindros (mm)

Deformação média

ε

Taxa média de deformação

ε 1 – oval 4,0 0,42 6,52

2 – circular 4,0 0,38 5,53 3 – oval 4,0 0,38 6,87

4 – circular 4,0 0,36 5,94

FIGURA 1

FIGURA 2

FIGURA 3

FIGURA 4

2) As figuras a seguir foram retiradas do artigo High-speed deformation of aluminum by cold rolling de S. Kojima, A. Yokoyama, M. Komatsu and M. Kiritani, Materials Science and Engineering A Volume 350, Issues 1-2 , 15 June 2003, Pages 81-85 Symposium on High-Speed Plastic Deformation. Nesse trabalho os autores estudaram a influência da taxa de deformação na microestrutura do alumínio puro (99,999%) laminado a velocidades elevadas. Após laminado até espessuras de 0,05 mm as lâminas foram recozidas a 600 ºC por 2 horas (a temperatura de fusão do alumínio é de cerca de 670 ºC). A figura 5 apresenta micrografias para uma taxa de deformação igual a 1×102 s-1 e diferentes reduções de seção indicadas por ε . Na figura 6 apresentam-se as micrografias para a taxa de deformação igual a 2×104 s-1, também para diferentes reduções. Na figura 7 é mostrada a variação da densidade de discordâncias

(“number density of loops”) em função da taxa de deformação ( ε )e do grau de redução (“Strain”). Questões: Procure sempre justificar suas respostas a) considere a e.d.e do alumínio puro e responda se as micrografias são coerentes com o que seria esperado para esse material que foi deformado a frio e posteriormente recozido. b) considere o processamento empregado e discuta a variação verificada para a densidade de discordâncias mostrada nas micrografias e na figura 7. c) quais mecanismos de endurecimento e amolecimento podem ter ocorrido devido à deformação a frio seguida do recozimento? Como esses mecanismos podem ser verificados nas figuras?

Figura 5

Figura 6

Figura 7

IM465 – CONFORMAÇÃO PLÁSTICA DOS METAIS – TERCEIRA PROVA – 26/06/2003

Essa prova é de caráter estritamente individual, bem como o material de consulta utilizado. Procure sempre associar suas respostas aos textos, figuras e tabelas das questões. Justifique suas respostas.

1) No artigo “Ferritic steels: Optimization of hot-rolled

textures through cold rolling and annealing”, de J. Asensio, G. Romano, J.I. Verdeja e J.A. Pero-Sanz, Mat. Char., v. 46, 2001, pp. 119-127, os autores apresentam os estudos realizados com três aços normalmente empregados na estampagem de peças metálicas, cujas denominações e composições químicas (% em massa) são apresentadas a seguir:

Nesses estudos eles avaliaram como os processos termo-mecânicos empregados para a fabricação de chapas desses aços afetam sua textura e conseqüentemente sua anisotropia e estampabilidade. Esses aços são industrialmente processados por etapas sucessivas de aquecimento, laminação a quente, laminação a frio e recozimento.

As figuras de pólo a seguir representam respectivamente, esses três aços após a laminação a quente:

Nas próximas figuras de pólo são representados respectivamente esses três aços após serem laminados a frio e recozidos.

Identificação do aço Folha-de-flandres Para carroçarias IF (livre de intersticiais)

Outros

Na tabela a seguir são apresentados os valores característicos de R e R∆ em função da textura, para aços comumente empregados para a estampagem profunda.

a) para quais condições de tratamento termo-mecânico pode-se afirmar que cada aço está texturizado? b) qual dos três aços (e em que condição) apresenta maior intensidade de texturização? c) o que pode ter causado a mudança de componentes predominantes (planos e direções) de textura da condição laminado a quente para a condição laminado a frio e recozido? d) quais os materiais (e condições) que apresentam a melhor e a pior estampabilidade para a obtenção de copos profundos sem orelhas.

2) No artigo “Improvement of the forgability of 17-4 precipitation hardening stainless steel by ausforming”, Sachihiro Isogawaa, Hiroaki Yoshidaa, Yuzo Hosoib and Yasuhisa Tozawab, Journal of Materials Processing Technology, Volume 74, Issues 1-3, February 1998, pp. 298-306, os autores comparam a conformabilidade de um aço inoxidável para a obtenção de produtos extrudados por dois processos: o forjamento a morno e o processo denominado ausforming. A figura 1 apresenta um esquema do processo.. Na figura 2 está apresentado o gráfico da variação da temperatura ao longo de cada processo empregado.

Na figura 3, tem-se a variação da pressão de extrusão em função da temperatura de processo e na figura 4, fotos de peças obtidas pelos dois processos, para a redução de área de 55%. ..

Orientação cristalina R∆R

Deformação

Ausforming Foirjamento a morno

Tarugo

Matriz

Extrator

Punção

Figura 1 Figura 2

Ausforming

Forjamento a morno

Redução de área

Rompimento do punção

Forjamento a morno

Ausforming

Temperatura (ºC)

Pressão de extrusão

(MPa)

Figura 4 Figura 3

a) o processo ausforming realmente elevou a conformabilidade do aço inox estudado no trabalho? b) caso a resposta (a) seja positiva, quais as possíveis causas para essa elevação?

3) No artigo “Microstructural analysis of hot-rolled, low-carbon steel strips”, P. C. Zambranoa, M. P. Guerreroa, R. Colás and L. A. Leducb, Materials Characterization, Vol. 47, Issues 3-4 , 2001, pp. 275-282, os autores analisam a influência de um novo processo de laminação a quente que denominam de laminação compacta. Na laminação a quente convencional, obtém-se um lingote que é reaquecido e posteriormente laminado. Já na laminação compacta, o aço é lingotado continuamente em placas e reaquecido num forno túnel contínuo, seguindo-se a laminação. Ensaios de tração foram realizados corpos-de-prova retirados de chapas laminadas nesses dois processos, a 0, 45 e 90o em relação à direção de laminação (A, B e C). A figura 5 apresenta gráficos com os resultados dos ensaios de tração realizados.

Laminação convencional Laminação compacta

σ (MPa)

ε

σ (MPa)

ε

Figura 5

Na figura 6 têm-se as figuras de pólo obtidas para os produtos dos dois processos e na tabela abaixo, as propriedades obtidas nos ensaios de tração. a) o que se pode afirmar sobre o efeito dos processos sobre a texturização do material? b) os produtos obtidos são anisotrópicos? c) qual processo fornece a matéria-prima mais adequada para a estampagem profunda?

Laminação convencional Laminação compacta

Figura 6

Processo de laminação Convencional Compacta

Limite de escoamento (MPa) Limite de resistência (MPa) Deformação uniforme n k (MPa) R

Obs.: k e n são as constantes da curva de escoamento (vide p. 5 da apostila)