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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEAR

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALRGICA E DE MATERIAIS

CURSO DE ENGENHARIA METALRGICA

THIAGO OLIVEIRA PONTES

CARACTERIZAO DA MICROESTRUTURA E MICRODUREZA DE UM AO

SAE 1010 LAMINADO A QUENTE EM PLANTA INDUSTRIAL

FORTALEZA

2013

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I


CARACTERIZAO DA MICROESTRUTURA E MICRODUREZA DE UM AO

SAE 1010 LAMINADO A QUENTE EM PLANTA INDUSTRIAL

Monografia submetida Coordenao doCurso de Engenharia Metalrgica, daUniversidade Federal do Cear, comorequisito para obteno do grau deBacharel em Engenharia Metalrgica.

Orientador: Dr. Hamilton Ferreira Gomes

de Abreu

Coorientador: Dr Luis Flvio GasparHerculano

FORTALEZA

2013

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II


CARACTERIZAO DA MICROESTRUTURA E MICRODUREZA DE UM AOSAE 1010 LAMINADO A QUENTE EM PLANTA INDUSTRIAL

Monografia submetida Coordenao do

Curso de Engenharia Metalrgica, daUniversidade Federal do Cear, comorequisito para obteno do grau deBacharel em Engenharia Metalrgica.

Aprovada em ___/___/______

BANCA EXAMINADORA

___________________________________________

Dr. Luis Flvio Gaspar Herculano.

Universidade Federal do Cear

___________________________________________

Prof. Dr. Jeferson Leandro Klug


___________________________________________

Prof. Dr. Marcelo Jos Gomes da Silva


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III

A minha me, Agostinha Oliveira teles,

que sempre me apoiou muito na

realizao deste sonho.

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IV

AGRADECIMENTOS

A minha me, Agostinha ao meu pai Jos Osvaldo.

A meu filho, Pedro Hendreo, pela motivao de seguir em frente.

A meu orientador Hamilton Ferreira Gomes de Abreu e coorientador Luis

Flvio Gaspar Herculano.

As meus amigos de faculdade Abrao Danilo, merson Mendona, Cleber

Iury, Necy Alves, Nathalia Figueiredo, Thiago Ivo, Fernando Emerson, Emanuel

Seixas, Mateus Segundo, Romulo Arajo, Arthur Cesar, Eduvnio Machado, Mozart

Queiroz, Alfredo Leo, Ed Menezes, Gilberto Pereira, Anastacio Mesquita, Daniel

Lucena, Luis Fernando e todos os outros que influenciaram de alguma forma para a

realizao deste trabalho.

A todos os professores do departamento, Carlos Almir, Cleiton Carvalho,

Elineudo de Moura, Enio Pontes, Francisco Marcondes, Hlio Cordeiro, Igor Frota,

Jeferson Klug, Jesualdo Pereira, Lindberg Gonalves, Marcelo Jos Gomes,

Raimundo Leite, Ricardo Emlio, Walney Arajo, aos ex professores Walmick Vieira

e Alex Maia.

Ao Secretrio Francisco Jos de Souza Junior pelo auxilio nas horas de

necessidades.

Aos meus amigos, Sheila Pereira, Francisco Osvaldo, Anderson Pontes

Gennilson Fernandes, Yasmin Freire, Tatiana Freitas, Rafaelle Giro, Jssica

Santos, Thiago Reis.

Aos meus imos e irms Thiara Pontes, Thiala Pontes, Fabiana Oliveira,

Fernanda Oliveira, Fabio Oliveira e Olivio Oliveira.

A minha ex-esposa Ana Kerollayne pela pacincia ao longo desse

trabalho.

Aos membros do Instituto Social Para Motivar, Apoiar e Reconhecer

Talentos, em especial pessoa da Ins Boaventura Frana.

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V

RESUMO

Aos de baixo carbono e que passam pelo processo de refinamento de gros so

grandemente utilizados nas indstrias automobilsticas, principalmente, na produo

de rodas automotivas e estruturas externas e internas dos veculos. Durante a

produo desses aos, atravs da laminao a quente, importante garantir-se que

as propriedades mecnicas e metalrgicas dos mesmos estejam condizentes para o

processo posterior que a estampagem do material. Para isso, estas propriedades

devem possuir as mesmas caractersticas durante a produo de bobinas a quente,

ao longo de toda a largura do laminado. No final do processo de conformao a

quente, especificamente dentro do trem acabador (tandem mill), a tira laminada aquente (ou chapa fina a quente) tem a temperatura nas duas bordas laterais menor

devido a no existncia de massa externa que proteja as bordas como, por exemplo,

no meio da largura do laminado que possui massas laterais de ao que protegem do

contato da gua que utilizada no processo, alm da radiao e fluxo de ar. Este

fato negativo para as propriedades do material laminado quando se requer

posteriormente um processo de estampagem profunda no caso de produo de

rodas automotivas, pois nas bordas da chapa fina a quente, dentro do tandem mill,haver no somente austenita, mas tambm ferrita-, j que o material encontra-se

no campo bifsico inter-crtico nas bordas, pois estas regies esto com

temperaturas abaixo de Ar3. Deste modo, nas bordas da tira, haver gros mistos

de ferrita (poligonal, acircular, circular, alongada) devido a mesma ter sido laminada

dentro do trem acabador. A ferrita laminada encruada e, desta forma, as

propriedades Limite de Resistncia e Limite de Resistncia Trao se encontram

maiores. Por outro lado, no meio da largura do laminado, com exceo das bordas,haver, de acordo com a literatura e a prtica (provada e aprovada no presente

projeto), gros equiaxiais e homogneos que garantem excelentes propriedades

mecnicas e metalrgicas. Assim foram feitos estudos detalhados, embasados e

prticos na caracterizao das microestruturas e microdurezas encontradas no

presente ao analisado SAE 1010 C-Mn. Neste trabalho foram feitas caracterizaes

das microestruturas encontradas nas bordas e no centro da chapa fina, e, de posse

das micrografias, foram realizados clculos dos tamanhos de gros no centro e nas

bordas da tira, de acordo com a norma ASTM. Aps o clculo do tamanho de gro

foi feito uma relao do tamanho do mesmo com a microdureza Vickers. Foi

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VI

concludo que, para garantir a qualidade do material ao longo de toda a largura da

chapa laminada, devem-se descartar as bordas dela.

Palavras-chave: Aos baixo carbono, Rodas automotivas, SAE 1010,

microdureza Vickers.

.

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VII

ABSTRACT

Low carbon steel and go through the process of refinement of grains are largely usedin automobile industries, especially in the production of automotive wheels andexternal and internal structures of vehicles. During production of these steels by hotrolling, it is important to ensure that the mechanical and metallurgical propertiesthereof are conducive to the subsequent process is stamping the material. For thisreason, these properties should have the same characteristics during the productionof coiled hot along the entire width of the rolled. At the end of the hot formingprocess, specifically within the finishing train (tandem mill), the hot rolled strip (or hotthin plate) is the temperature at the two lateral edges low due to absence of external

mass which protects the edges eg, in the middle of the width of the laminate whichhas lateral masses of steel which protects the contact of water used in the process,in addition to radiation and air flow. This fact is negative to the properties of thelaminate when it requires a subsequent deep drawing process in the case ofproduction of automotive wheel as the edges of the thin plate heat within the tandemmill, not only will austenite, but also ferrite-, since the material is in the biphase fieldinter-critical edges, since these regions are at temperatures below Ar3. Thus, theedges of the strip will mixed grains of ferrite (polygonal acircular, circular, elongated)because it has been rolled into the finishing train. The ferrite is laminated foundry

hardened and thus the properties Resistance Limit and Limit Tensile are larger.Moreover, in the middle of the width of the laminate except the edges, there will,according to the literature and practice (tested and adopted in this design), andequiaxed grains homogeneous ensuring excellent mechanical and metallurgicalproperties. Thus detailed studies were made, based on practical and characterizationof microstructures and microhardness found in this analysis SAE 1010 steel C-Mn. Inthis paper characterizations were found at the edges of the microstructures and thecenter of the thin plate, and in possession of the micrographs were performedcalculations of grain sizes in the center and the edges of the strip, according toASTM. After calculation of the grain size was made one size ratio with the same

microhardness. It was concluded that, to ensure the quality of the material along theentire width of the rolled sheet must be discarded edges of it.

Key Words: Low Carbon steels, automotive wheels, SAE 1010, Vickershardness.

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VIII

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Cilindros de Laminao.

Figura 2 Cilindros de Acabamento.

Figura 3 Mecanismo de Restaurao

Figura 4 Diagrama de fase Fe-C adaptado.

Figura 5 Tamanho de gro pela taxa de resfriamento.

Figura 6 Diagrama Ferro-Carbono Adaptado.

Figura 7 Penetrador e impresso Vickers.

Figura 8 Microscopia da ferrita (a esquerda) ampliao de 90x e da austenita (a

direita) ampliao de 325x.

Figura 9 Recolhimento amostras.Figura 10 Amostras nas Baquelites.

Figura 11 CMR -cut-off.

Figura 12 Embutidora Arotec.

Figura 13 Lixadeira e Politriz.

Figura 14 Microscopio Olympus.

Figura 15 Microdurmetro Shimadzu HMV-2.

Figura 16 1LM aumento de 500xFigura 17 1LO aumento de 500x

Figura 18 2LM aumento de 500x.

Figura 19 2LO aumento de 500x.



Figura 22 Centro da Chapa aumento de 500x.

Figura 23 Centro da Chapa aumento de 1000x.Figura 24 Sofware Tamanho de gro.

Figura 25 Grfico da Microdureza Vickers 1LO.

Figura 26 Grfico da Microdureza Vickers 1LM.

Figura 27 Grfico da Microdureza Vickers 2LO e 2LM.


Figura 29 Grfico Microdureza Vickers no centro da chapa.

Figura 30 Grfico Microdureza Vickers todas as amostras.

Figura 31 Mdia das Microdurezas.

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IX

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Composio Qumica do Ao SAE 1010.

Tabela 2 Valores de microdureza.

Tabela 3 Tamanho de Gro ASTM x Microdureza mdia

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X

ABREVIAES

Fe- - Ferro austenita

D - Tamanho de gro Ferrtico

A3 - Temperatura de austenitizao

HRB- Dureza Rockwell

HV - Dureza Vickers

kgf - Quilogramas ForaN - Fora Newton

CE - Centro da Chapa

LO - Lado Operador

LM - Lado Motor

mN - millinewtons

N - Tamanho de gro

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XI

SUMRIO

1. INTRODUO............................................................................................. 12

2. OBJETIVO.................................................................................................... 14

3. REVISO BIBLIOGRFICA....................................................................... 15

3.1- Laminao a quente................................................................................... 15

3.2 - Processo de Laminao a Quente......................................................... 16

3.3 - Recristalizao e Refino de gro na Laminao a

Quente................................................................................................................. 17

3.4 - Evoluo da microestrutura durante a recristalizao a quente........ 18

3.5 - Aumento da dureza do material............................................................ 213.6 - Microestrutura de um ao baixo carbono.............................................. 22

3.7Dureza......................................................................................................... 23

3.8Microscopia................................................................................................ 25

4. METODOLOGIA............................................................................................... 26

4.1 Materiais.......................................................................................................... 26

4.1.1- As Amo stras............................................................................................ 26

4.1.2- Lixas e pano s d e po l i r ........................................................................ 284.1.3- At aque Qum ico...................................................................................... 28

4.2 Equipamentos ............................................................................................. 28

4.2.1 Cort e.......................................................................................................... 28

4.2.2 Emb ut im ento............................................................................................... 29

4.2.3 Lixamento e pol im ento............................................................................. 29

4.2.4 Aqu is io de im agens............................................................................... 30

4.2.5 Du reza.......................................................................................................... 304.2.6 Prog ramas .................................................................................................... 31

4.3 Procedimento................................................................................................. 31

5. RESULTADOS................................................................................................. 32

5.1 Micrografias................................................................................................... 32

5.2 Microdurezas............................................................................................... 37

5.3 Relao da microdureza com o tamanho de gro ASTM....................... 43

6. CONCLUSO.................................................................................................... 45

7. SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS................................................ 46

8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................. 47

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12

1. INTRODUO

Segundo V. Chiaverini.(1988, Aos e Ferros Fundidos, p. 21)[1] , Ao a

liga ferro-carbono contendo geralmente 0,008% at aproximadamente 2,11% de

carbono, alm de certos elementos residuais, resultantes dos processos de

fabricao. Assim o Ao SAE 1010 por possuir teor de carbono de 0,08% a 0,11%

se enquadra na definio de ao.

Aos com baixo teor de carbono possuem baixa dureza e precisam de um

mecanismo de aumento de dureza, no ao SAE 1010 em anlise esse mecanismo

foi o refino de gro, fazendo com que os gros se tornem menores e melhorando adureza do material.

Os aos podem ser classificados de diversas formas: de acordo com a

sua aplicao, com a composio qumica e o teor de carbono. A classificao

utilizada nesse trabalho foi o teor de carbono, que utiliza a denominao SAE ABXX,

onde AB refere-se a elementos de ligas adicionados e XX o percentual em peso de

carbono multiplicado por cem.

O ao SAE 1010, SAE 10XX ao-carbono simples com teor de carbonoentre 0,08% a 0,11% em peso, fabricado na linha de laminao a quente na

Companhia Siderrgica Nacional utilizado em rodas automotivas por possuir boa

conformabilidade e mdia dureza.

Para o ao ser utilizado de maneira confivel devemos garantir suas

propriedades ao longo de toda a largura da chapa laminada, sendo assim esse

trabalho tem como objetivo analisar as microestruturas e microdurezas no meio e

nas bordas da chapa laminada a quente industrialmente.As propriedades dos aos so funes da composio qumica e de

processamentos posteriores a que este foi submetido, sendo assim o SAE 1010

aps passar por refinamento de gro deve possuir todas suas propriedades

idnticas ao longo de toda a chapa, mas de acordo com D. Callister (2006, p.

269)[2], a microestrutura de uma liga depende de variveis tais como os elementos

de liga que esto presentes, suas concentraes e o tratamento trmico a que a liga

foi submetido (isto o tempo de aquecimento, temperatura do tratamento e a taxa

de resfriamento at a temperatura ambiente).

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Sendo assim esperam-se alguns desvios de propriedades quando

comparamos o meio e as bordas da chapa laminada, pois a temperatura de

laminao ao longo do centro da chapa diferente das bordas fazendo com que os

gros se tornem diferente.

Em uma pea que ir passar pelo processo industrial de estampagem deve-

se garantir que esse desvio de propriedades seja o menor possvel. Assim a

investigao desses desvios de propriedades o primeiro passo para garantir que

no aconteam problemas futuros.

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2. OBJETIVO

Este trabalho tem como objetivo geral analisar as propriedades de um ao

SAE 1010.

Analisando as diferentes microestruturas encontradas em uma chapa de 3

mm de espessura laminada a quente em uma planta industrial.

De posse das micrografias e identificao das fases existentes, calcular o

tamanho de gro ASTM.

Relacionar o tamanho de gro ASTM com a microdureza Vickers da

chapa laminada a quente.

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3. REVISO BIBLIOGRFICA

3.1- Laminao a quente.

O processo de laminao a quente consiste em diminuir a espessura de

uma placa de metal pela passagem entre dois cilindros, deixando entre os cilindros

uma espessura menor que a inicial. Esta passagem ocorre devido fora de atritoentre a placa e os cilindros que origina uma fora de contato entre a placa e os

cilindros. Na passagem da placa entre os cilindros, o material estendido no sentido

longitudinal, o que implica em um forte alongamento dos gros no sentido de

laminao da placa. No sentido paralelo a laminao, tambm ocorre um

alongamento do material, mas em pequena escala. [3]

A figura 1 mostra como ocorre a laminao. Reduzindo a espessura da

placa at chegar a espessura desejada em na chapa.

Figura 1 Cilindros de Laminao.

Fonte: Mechanical Metallurgy, SI Metric Edition. [3]

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3.2 - Processo de Laminao a Quente.

O produto inicial da laminao a quente um lingote ou placa, isto ,

simplesmente um bloco de metal solidificado vindo da aciaria que posteriormente

ser deformado por conformao dando origem a uma chapa. Durante o processo

de conformao mecnica a forma da placa constantemente modificada. [3]

Para que o processo de laminao ocorra de maneira correta a placa

deve esta acima da temperatura de austenitizao e as tenses aplicadas devem

ser superiores ao limite de escoamento do material. [4]Assim no processo de laminao a quente a temperatura de trabalho

sempre maior que a temperatura de recristalizao do material. Cada vez que a

placa passa entre os cilindros, o tamanho de gros reduzido e logo aps a retirada

da presso dos cilindros esses gros crescem novamente. O tamanho final do gro

est relacionado com a temperatura final do processo e a quantidade de reduo da

espessura aps a ltima passagem nos cilindros. [4]

Figura 2 Cilindros de Acabamento.

Fonte: Book treinamento engenheiro Companhia Siderrgica Nacional. [4]

Os cilindros de acabamento, tambm conhecidos como trem acabador,

possuem vrios cilindros de laminao acoplados para que no ocorra ocrescimento de gro e perda de temperatura at chegar ao prximo passe.

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3.3 - Recristalizao e Refino de gro na Laminao a Quente.Os processos de laminao a quente industriais atuais geram na maioria

dos metais e ligas um encruamento e restaurao da estrutura, isto , uma

recuperao + recristalizao [5].Para o processo de conformao, podemos dizer que a restaurao

ocorre de forma dinmica, havendo uma tenso mxima, chamada de tenso

estacionria, onde, para um aumento de deformao, no ocorre um aumento na

tenso de deformao. [5]

Em algumas ligas metlicas que possuem baixa energia de

empilhamento, (por exemplo: Fe- ), ocorre o processo de deformao dinmica

desde que a tenso de deformao seja maior que a deformao de pico. [5]Aps os passes nos cilindros as microestruturas obtidas so

metaestveis. Se aps a sada da deformao, este material for mantido em altas

temperaturas podemos observar os mecanismos estticos de recuperao,

recristalizao e crescimento de gro. [5]

Na figura abaixo podemos observar a baixa e elevada deformaes, A e B

respectivamente.

Fonte: Encruamento, recristalizao, crescimento de gro e textura. [5]

Figura 3 Mecanismo de Restaurao

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Na figura 3 pode-se observar que em materiais laminados quente ocorre

recuperao dinmica e logo em seguida ocorre recristalizao esttica. A

velocidade no qual essa recuperao ocorre lenta e com isso aumenta a

quantidade de defeitos cristalinos com a deformao.

3.4 - Evoluo da microestrutura durante a recristalizao a quente.

Os principais fatores que influenciam na evoluo da microestrutura daaustenita, na laminao a quente, so a cintica da recristalizao, o tamanho do

gro recristalizado e o crescimento normal do gro aps a recristalizao. Se a

recristalizao no for completada entre passes, podemos tambm considerar que a

recuperao esttica modifica o potencial termodinmico retido (densidade de

discordncias). Para que ocorra recristalizao dinmica aps a deformao

mxima temos que ter redues suficientemente grandes e altas temperaturas nos

primeiros passes de laminao. Assim, a microestrutura recristalizadadinamicamente modificada como resultado dos processos metadinmicos (quase

estticos) [6]. A recristalizao e crescimento de gro dependem do projeto de

esquema de passes e este est ligado a:

1. Taxa de deformao

2. Temperatura de passes

3. Redues de passe

4. Tempo entre os passes.

5. Parmetro de resfriamento entre as temperaturas A3e a temperatura

de laminao de acabamento.

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Normalmente deseja-se encontrar uma influncia da laminao a quente

no tamanho de gro ferrtico (D). Alm disso, os prprios parmetros do material

influenciam a recristalizao dinmica, esttica e o crescimento de gro da

austenita. Sendo assim necessrio que exista uma especificao do tamanho de

gro da austenita e da ferrita para varias condies de resfriamento.

Figura 4 Diagrama de fase Fe-C adaptado.


Como podemos observar na figura acima a temperatura de laminao

de grande importncia para o processo, pois materiais laminados abaixo da

temperatura A3sofrem influencia do aumento do nvel de tenses.

Pode-se tambm analisar a temperatura de laminao nas bordas da

chapa laminada. Sendo as bordas laminadas em temperaturas inferiores a do centro

da chapa esto mais propicias a encontrar a baixo da linha A3 e sendo assimlaminadas na fase ferrita, ocorrendo uma heterogeneidade do tamanho de gro do

meio da chapa laminada para as bordas.

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Na figura acima se pode notar a chapa laminada a quente sendo que nas

suas borda e pontas a presena de gros heterogneos com nveis de dureza

diferentes. Este gradiente na dureza do material utilizado para inferir o tamanho de

gro do material.


Figura 5 Tamanho de gro pela taxa de resfriamento.

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3.5 - Aumento da dureza do material.

Podemos aumentar a dureza de um material de diversas formas, tais

como pela diminuio do tamanho do gro, pelo encruamento ou pela formao de

ligas por soluo slida [2].

Analisando a microestrutura de um material pode-se dizer que as

propriedades mecnicas e a microestrutura do material esto diretamente

relacionadas, pois quanto menor o tamanho de gro, maior a rea da superfcie do

gro e sendo assim maior a densidade de discordncia e menor ser o movimentodas discordncias durante uma deformao [7].

Em virtude disso pode-se dizer que materiais laminados a quente mudam

de um tamanho de gro grande (quando esto na forma de placa) para um tamanho

de gro pequeno (chapa), tendo como consequncia um aumento da resistncia

mecnica pelo refino de gro.

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3.6 - Microestrutura de um ao baixo carbono.

Para ligas de baixo carbono com composio qumica abaixo:

Tabela 1 Composio Qumica do Ao SAE 1010

C_MIN C_MAX Mn_MIN Mn_MAX Si_MIN Si_MAX Al_MIN Al_MAX

0,08 0,11 0,35 0,5 0 0,02 0,015 0,045

A microestrutura dos aos SAE 1010 rica em ferrita com pouca

presena de perlita. No diagrama adaptado abaixo se pode observar a evoluodessas microestruturas.

Fonte: Site estudo Engenharia Mecnica. [8]

Figura 6 Diagrama Ferro-Carbono Adaptado.

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Analisando a figura 6 deve-se esperar que o SAE 1010 seja um material

mais dctil em virtude da maior quantidade de ferrtica, com maior ductilidade. A

melhoria das propriedades mecnicas ocorre pelo refino de gro.

3.7Dureza.

Podemos definir a dureza do material como sendo a capacidade que este

tem de resistir penetrao de outro material. Assim podemos definir a dureza

Vickers como sendo a capacidade de um material resistir penetrao de umaponta de diamante com forma piramidal com ngulo de 136 [9].

Figura 7 Penetrador e impresso Vickers.

Fonte: Ensaios Mecnicos em Materiais Metlicos Fundamentos Tericos e Prticos. [9]

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O clculo da dureza feito a partir da geometria do trapzio deixada pelo

penetrador na superfcie da chapa. De posse dos valores das diagonais do retngulo

impresso na pea feito o seguinte calculo:

Ou seja:

Onde Q dado em kgf ou N, a dimenso da dureza Vickers N/mm2ou

kgf/mm2, com isso este tipo de ensaio fornece uma dureza de HV=5 at HV=

1000kgf/mm2

[9].

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3.8Microscopia.

Temos como principal objetivo do microscpio a obteno de umaimagem ampliada de um objeto, permitindo assim distinguir detalhes que no podem

ser visto a olho nu. [10]

Utiliza-se das tcnicas de microscopia tica para conseguir medir o

tamanho de gro, fases ou precipitados existentes em um material. [10]

Figura 8 Microscopia da ferrita (a esquerda) ampliao de 90x e da austenita (a direita)ampliao de 325x.

Fonte: Fundamentos da Cincia e Engenharia dos Materiais. [2]

Como podemos notar nas microscopias acima, cada estrutura possui uma

ordenao e um tamanho de gro caracterstico. Assim um material que possua

gros diferentes em pontos diferentes, por definio possuir dureza diferentenesses pontos.

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4. METODOLOGIA

Foram utilizados materiais, procedimentos e equipamentos que foram de

extrema importncia para que o trabalho alcanasse seu objetivo.

4.1 Materiais.

4.1.1- As Am ostras.

Foram utilizadas amostras retiradas de uma chapa laminada a quente em

planta industrial com 3 mm de espessura. A configurao da retirada dessas

amostras segue abaixo:

Fonte: Elaborada pelo autor.

Figura 9 Recolhimento amostras.

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Foi-se retiradas amostras do ao SAE 1010 laminado a quente com 3 mm

de espessura na seguinte configurao: 1LO iniciando em 0 mm da borda 10 mm

da borda, 2LO iniciando em 12 mm da borda 20 mm da borda e 3LO iniciando em

22 mm da borda 30 mm da borda da chapa, mesma retirada de amostra segue

para o lado motor LM.

As distancias possuem um intervalo de 2 mm que a espessura do disco

de corte utilizado.

Pode-se entender a disposio das amostras embutidas em Baquelites na

figura 10.

Figura 10 Amostras nas Baquelites.

Fonte: Elaborada pelo autor.

Na figura 10, acima, pode perceber que na primeira baquelite existem 3

amostras LM (Lado Motor) 1LM, 2LM e 3LM, na figura central foi-se utilizada apenas

a amostra da superfcie da chapa e a direita pode-se notar as 3 amostras LO (Lada

Operador) 1LO, 2LO e 3LO.

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4.1.2- Lix as e panos d e polir .

Foram utilizadas lixas de diferente granulao, variando de 200 mesh a

1200 mesh, para a preparao das amostras.

Panos de polir e pastas de diamantes com granulao variando de 6

mcron 1 mcron.

4.1.3- At aque Qum ico .

O ataque qumico para revelao de fases foi utilizado o Nital 4% (cido

ntrico + lcool) com o tempo de ataque de 20 segundos. [11]

4.2 Equipamentos

4.2.1 Cor te.

Foi-se utilizado maquina de corte CMR-cut-off, com disco de corte de2mm de espessura refrigerada para a realizao dos cortes das amostras..

Fonte: catalogo Axitom-5. [12]

Figura 11 CMR -cut-off.

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4.2.2 Embut im ento.

Foi-se utilizado uma embutidora modelo Arotec Pre-30Mi para embutir asamostras em Baquelites.

Figura 12 Embutidora Arotec.

Fonte: Foto do autor.

4.2.3 Lixamento e pol im ento.

Na preparao da amostra foi utilizadas lixadeiras e politriz modelo arotec

aropol.

Fonte: Catalogo Arotec. [13]

Figura 13 Lixadeira e Politriz.

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4.2.4 Aqu is io de imagens .

Para a aquisio das micrografias foi utilizado o microscpio Olympus debase invertida.

Fonte: Catalogo Microscpio CKX41. [14]

4.2.5 Du reza.

Na medio da microdureza Vickers foi utilizado o microdurmetro modeloShimadzu HMV-2.

Figura 15 Microdurmetro Shimadzu HMV-2.

Fonte: Foto do autor.

Figura 14 Microscopio Olympus.

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4.2.6 Program as.

Ao longo do trabalho foram utilizado 3 programas:

1- Image Pro Plus para a aquisio e melhoramento das imagens nomicroscpio optico.

2- Tamanho de gro. (software criado por alunos do curso de engenhariametalrgica na Universidade Federal do Ceara)

3- Minitab para a realizao dos grficos de microdureza Vickers etamanho de gro ASTM.

4.3 Procedimento.

Inicialmente as amostras foram retiradas conforme mostrado na figura 9.As amostras foram cortadas de modo a caber na disposio desejada nasbaquelites.

Foi realizado o embutimento das baquelites conforme mostrado na figura10. E marcado na parte de trs da baquelite para que no houvesse trocas deamostras.

A preparao para a aquisio das imagens foi feito com o lixamento dasamostras com lixas de diferentes granulaes, partindo da lixa 200 mesh at a lixade 1200 mesh.

Aps o lixamento as amostras foram polidas utilizando panos depolimentos e pastas de diamantes partindo de 6 mcron at 1 mcron.

De posse das amostras devidamente polidas foi feito um ataque utilizandocido ntrico + lcool. (Nital 4%) [11].

Com as fases devidamente reveladas as amostras foram levadas aomicroscpio tico para a aquisio das micrografias.

Aps as micrografias foram realizados ensaios de microdureza de acordocom a norma ASTM E92. Onde esta dita a carga utilizada e o tempo necessrio paracara tipo de ao.

Para o ao SAE 1010 foi utilizado uma carga de 245,2mN durante 15segundos.

Foram realizados 16 ensaios em cada amostra com um espaamento de0,5mm.

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5. RESULTADOS

5.1 Micrografias.

A figura 16 ao ladomostra a micrografia daborda lado motor, podemobservar gros

heterogneos ecalculando o tamanho degro ASTM com o auxiliodo programa Tamanhode Gro tem-seN=10.451 que foiaproximado para N=10.

A figura 17, aolado, tem-se amicrografia da borda

mais externa do ladooperador onde podemobservar gro de vriostamanhos e semorganizao, grostotalmente heterogneos.Com o auxilio doprograma Tamanho de

gro tem-se o tamanho

de gro calculado emN=10.502 aproximado

Figura 16 1LM aumento de 500x

Figura 17 1LO aumento de 500x

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para N =10.

Na figura 18, ao lado,pode-se notar grosheterogneos e quandoutilizado o programa paracalcular o tamanho degro ASTM 2LM

N=10.794 aproximadopara N=10. Assim, asamostras 1LM e 2LM,iniciando em 0 mm daborda da chapa at 20mm contm grosheterogneos e comtamanho muito prximos.

Ao lado tem-se a figura 19onde se notam grosheterogneos, mas commenor tamanho de gro.Assim, utilizando amesma norma paracalculo do tamanho de

gro norma ASTM E112.O lado operador 2LOcalcula N=11.438aproximado para N=11.

Pode-se notar claramenteque na figura 18 os grosso maiores.



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Na figura 20, ao lado,pode-se perceber que o

tamanho dos gros estomenores quandocomparado as amostras1LM e 2LM, calculando otamanho de gro ASTMpara 3LM tem-seN=13.514 ou N=13.


A figura 21 ao lado mostraa micrografia do ladooperador iniciando em 22mm at 30 mm podem-senotar gros heterogneos,mas com menor tamanhoquando comparados samostras 1LO e 2LO.Quando calculado o

tamanho de gro tem-seN=12.350 ou N=12.

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Abaixo tem-se a figura 22 representando a micrografia central da chapaonde pode-se perceber gros mais homogneos e melhores quando comparado asbordas da chapa, assim utilizando o programa para calcular o tamanho de groASTM tem-se N=14.649 ou N=14.



A figura 23, aolado, mostra amicrografia daamostra centralda chapa emdestaque comaumento de1000x para

melhorvisualizao dosgros.

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Abaixo tem-se a figura 24 destacando o programa utilizado para o clculodo tamanho de gro ASTM e tem-se o exemplo de como feito esse clculo. Oclculo feito utilizando a norma ASTM E112. Onde diz:

Faz-se um circulo com 0,5mm2 na micrografia e contam-se os grosinteiros dentro do circulo e gros cortados pelo crculos, aplicando na formula:

N=(Ndentro+ (Ncortados/2))/rea

Assim como pode ser visto o N=14.649 ou N=14.

Figura 24 Sofware Tamanho de gro.

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5.2 Microdurezas.

Figura 25 Grfico da Microdureza Vickers 1LO.

Ao lado tem-se a figura25 que representa ogrfico de microdurezaVickers na borda 1LO.Tem-se 16 pontosmedidos na amostra.

Observam-sepequenas diferenasde microdurezas.

Figura 26 Grfico da Microdureza Vickers 1LM.

Pode-se notar nafigura 26, ao lado, ogrfico demicrodureza Vickersna borda 1LM. Tem-se 16 pontos medidosna amostra.Observam-se algumasdiferenas demicrodurezas, mas

em pequena escala.

Ao calcular a mdia da dureza no lado 1LO, figura 25, tem-se 157,87HVcom tamanho de gro ASTM N=10 e faz-se as mesmas operaes para o lado 1LM,figura 26, tem-se dureza mdia igual a 156,81HV e mesmo tamanho de gro ASTMN=10. o que se devem esperar para um mesmo tamanho de gro mdio de

durezas muito prximas.

87654321

220

200

180

160

140

120

Milimetros

HV

1LO

87654321

220

200

180

160

140

120

Milimetros

HV

1LM

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A figura 27 mostra as medidas de microdureza Vickers pras as amostras2LM e 2LO, juntas em um mesmo grfico melhor visualizao.


Analisando o grfico acima, figura 27, pode-se perceber que os pontos demicrodureza esto muito prximos, tendo em vista que os nmeros de gros ASTMdo 2LO e 2LM so 11 e 10 respectivamente, era pra ser esperado que a borda 2LO

com tamanho de gro menor possusse maior mdia de dureza em relao borda2LM, mas no foi o que aconteceu. O lado operado 2LO teve mdia de dureza162,93HV e lado motor 2LM 167,25HV.

2018171615141312

220

200

180

160

140

120

Milimetros

HV

2LO

2LM

Amostras

2LO e 2LM

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A figura 28 mostra as microdurezas Vickers iniciando em 22 mm da bordaat 30 mm da borda. Assim pode-se notar que mesmo em pequena escala o ladomotor possui maior microdureza.


2928272625242322

220

200

180

160

140

120

Milimetros

HV

3LO

3LM

Amostras

3LO e 3LM

Pode-se notar o fato de o lado motor 3LM possui uma maior microdureza.

As mdias de microdureza Vickers so 3LM 179,50HV e 3LO 175,06HV. O tamanhode gro ASTM para o lado motor N=13 e N=12 para o lado operando. Como otamanho de gro do lado motor melhor faz sentido este lado possuir maiormicrodureza.

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A figura 29 representa as medidas de microdureza Vickers do centro dachapa em um nico grfico.

Figura 29 Grfico Microdureza Vickers no centro da chapa.

635636637638638637636635

220

210

200

190

180

170

160

150

Milimetros da borda

HV

Centro da chapa

A chapa em destaque tinha 1280 mm e em destaque na figura 29 tem-seos pontos indo do centro da chapa em direo a borda. Os valores no centro da

chapa esto na ordem de 200HV uma diferena de quase 40HV em relao sbordas 1LM e 1LO.

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Na figura 30 tem-se o grfico com todas as medidas pode-se notar adiferenas de microdureza Vickers do centro em relao s bordas da chapa.

Figura 30 Grfico Microdureza Vickers todas as amostras.

161412108642

240

220

200

180

160

140

120

Pontos

HV

1LO

1LM

2LO2LM

3LO

3LM

Centro

Amostras

1LO; 1LM; 2LO; 2LM; 3LO; 3LM; Centro

Nesta figura 30, pode-se notar facilmente a relao do tamanho de groASTM com a microdureza. No centro da chapa laminada que apresentou tamanhode gro ASTM N=14 tem-se pico de dureza que supera os 200HV e em contrapartida tem-se as bordas destacando a linha vermelha que equivale borda 1LMque possui tamanho de gro ASTM N=10 e sua microdureza Vickers est na ordemde 160HV.

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Abaixo temos a tabela com todos os pontos das microdurezas Vickers dasamostras.

Tabela 2 Valores de microdureza.

AmostraPontos

1LO/A 1LM 2LO 2LM 3LO 3LM Centro

1 159 167 153 173 174 182 1922 151 147 168 161 182 183 215

3 155 152 167 172 176 176 1894 160 162 162 168 175 178 1905 155 163 167 169 174 182 1886 157 165 164 169 172 172 1937 155 150 169 168 178 186 1898 162 155 168 165 176 180 1809 158 165 159 170 175 185 19610 155 148 162 167 175 169 19511 162 160 168 169 179 170 18912 161 152 165 165 180 176 19813 159 156 154 169 171 182 201

14 157 155 165 160 168 186 20115 159 150 161 162 164 182 19616 161 162 155 169 182 183 198Mdia 157,875 156,8125 162,9375 167,25 175,0625 179,5 194,375

Todas as durezas acima so em HV.

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5.3 Relao da microdureza com o tamanho de gro ASTM.

Relao do tamanho de gro ASTM com a microdureza mdia obtidas

nas amostras mostrado na tabela abaixo, pode-se perceber que quanto menor ogro maior ser a microdureza Vickers apresentada.

Tabela 3 Tamanho de Gro ASTM x Microdureza mdia

Amostra Mdia Dureza Tamanho de gro ASTM1LO 157,87 101LM 156,81 102LO 162,93 112LM 167,25 103LO 175,06 123LM 179,50 13Centro 194,37 14

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Figura 31 Mdia das Microdurezas.

3LM2LM3LMCentro3LO2LO1LO

200

150

50

0

IndexTamanhodegroASTM

MicrodurezaVickers Mdia Dureza

Tamanho de gro A STM

Variable

156,813

167,250

179,500

194,375

175,063

162,938157,875

10101314121110

Relao Mdia Dureza e Tamanho de gro ASTM

A figura 31, acima, mostras variao da mdia as microdureza partindo doponto 0 (centro da chapa) e os 3 pontos na borda.

Pode-se notar claramente a variao da dureza (linha preta) e a variaodo tamanho de gro ASTM (linha vermelha)

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6. CONCLUSO

Com base nas microscopias e nos ensaios realizados neste trabalho,

pode-se concluir que para esta temperatura de laminao e esta espessura da

chapa no se pode garantir uma total confiabilidade do material ao longo de todo o

sua largura.

Tendo em vista que a temperatura de laminao influencia diretamente no

tamanho de gro, deve-se est ciente que as bordas da chapa laminada a quente

iro sofrer um maior resfriamento tornando os gros mais grosseiros e

heterogneos.

Como era esperado de acordo com a literatura a microdureza est

diretamente relacionada com o tamanho de gro do material, assim pode-se notar

na figura 30 que com a variao do tamanho de gro consequentemente variou a

microdureza.

Assim para que a qualidade do material possa ser garantida devemos

descartar as bordas do material.

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7. SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS

Tomando como base este trabalho pode-se sugerir a caracterizao de

outros aos tambm laminados a quente em planta industrial e com outras taxas de

resfriamento.

Pode-se tambm sugerir que no futuro possa ser colhidas amostras ao

longo de todo a largura da chapa. Assim podemos criar um perfil de microdureza e

microestrutura com toda a garantia, no apenas no centro e nas bordas.

Aumentar a temperatura de laminao nas cadeiras de acabamento eavaliar as propriedades mecnicas.

Analisar de forma mais aprofundada o local exato para que possa ocorrer

o descarte da borda de maneira eficiente.

Analisar a existncia de fases ferritas laminadas que possam influenciar

nas propriedades da chapa.

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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] CHIAVERINI, Vicente. Aos e ferros fundidos. 6.ed. SO PAULO: ABM,1988.

[2] Callister, William D. Fundamentos da Cincia e Engenharia dos Materiais.LTC, Rio de Janeiro, 2006

[3] Geoger E. Dieter - Mechanical Metallurgy, SI Metric Edition,1988,Singapure.

[4] Book treinamento engenheiro Companhia Siderrgica Nacional- 2009

[5]Siciliano junior, F; Padilha a. F. Encruamento, recristaliazo, crescimentode gro e textura. ABM, So Paulo, 1995 p 86 -93

[6] ROBERTS,W. et al. Prediction of microstructure development duringrecrystallization hot rolling of Ti-V steels. HSLA Steels, Technology and Applications;

Philadelphia, Pa; U.S.A ; 3-6 Oct. 1983. p. 67-84[7] HILL, R. E. R. Princpios de Metalurgia Fsica. 2 ed. Rio de Janeiro 1973.

Editora Guanabara Dois.

[8] Acervo de imagens disponvel em < http://estudomec.info/ > Acesso em10/11/2012

[9] SOUZA, Srgio augusto de, Ensaios Mecnicos em Materiais Metlicos Fundamentos Tericos e Prticos, Edgard Blcher, So Paulo, 1982, 125 p.

[10] Walter Mannheimer, Microscopia dos Materiais: Uma Introduo, 1 Ed,Editora E-papers, 2002.

[11] Voort, G. F. Vander; Manilova, E. P. Hints for IMAGING PHASES INSTEELS, Advanced Materials & Processes, Volume 163, Issue 02, February, 2005(ASM International).

[12] Catalogo disponvel em < http://www.struers.com > Acesso em 11/12/2012.

[13] Catalogo disponvel em < http://www arotec com br > Acesso em 11/12/2012

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