EQUACIONAMENTO E AUTOMATIZAÇÃO DA …...2. É possível, a partir de uma análise rápida, implementar uma planilha compatível com a norma SAE J1397 para aços carbono-manganês

EQUACIONAMENTO E

AUTOMATIZAÇÃO DA NORMA SAE J 1397

PARA AÇOS CARBONO

Alunos de Graduação em Enga Mecânica UNISANTA

Ger Serviços de Oficinas • RAFAEL CINTRA MATHIAS • TÚLIO BRAZ COMITRE

Dir Engenharia e Ampliação • RODRIGO DONADIO BUENO

Ger Manutenção da Laminação a Frio • RAFAEL FERNANDES BLEY

Ger Serviços de Refrigeração • EDUARDO SORRILHA SPAGNUOLO

Professor UNISANTA

Ger Controle Integrado do Produto • WILLY ANK DE MORAIS

AUTORES

1. Objetivo

2. Fundamentação

3. Visão Geral das Normas

1. SAE J403

2. SAE J1397

3. DIN ISO 18265 (ex DIN 50150)

4. Procedimento Analítico

5. Resultados Obtidos

6. Conclusões

Sumário

Assuntos

O B J E T I V O

Empregar conhecimentos básicos da relação estrutura-propriedades, disponíveis na bibliografia, conjuntamente com as normas: • SAE J403

“Chemical compositions of SAE carbon steel”

• DIN EN ISO 18265 “Metallic Materials - Conversion of hardness values.” (substituiu a DIN 50150 e é similar à ASTM E140)

Criar uma planilha que converte a composição química de aços‐carbono nas propriedades estimadas pela • SAE J1397.

“Estimated mechanical properties and machinability”

Introdução

Objetivo

F U N D A M E N T A Ç Ã O

A resistência mecânica dos aços é oriunda do somatório e interação dos seguintes principais mecanismos de endurecimento: 1.solução sólida (Mn, Si, Cu, Cr); 2.presença de segunda fase/agregado (perlita, bainita, martensita); 3.tamanho de grão ferrítico (d); 4.encruamento; 5.tratamento térmico (têmpera, austêmpera, etc.); 6.presença de precipitação (NbCN, TiCN, VCN).

Introdução

Fundamentação

Aços Carbono Manganês

Normalizados

Existem alguns modelos disponíveis na literatura para quantificar o efeito destes mecanismos em determinadas situações e para determinados materiais. Exemplo devido à Grozier e Bucher: Exemplo devido à Irvine e Pickering:

Introdução

Fundamentação

LE = 91,7 + 40,7(%Mn)+70,4(%Si)+1,5(%Perlita)+521,776(1/d) Eq. (1)

LE = 91,7 + 32,4(%Mn)+84,1(%Si)+ 84,1(%Cu)+13,7(%Mo)

-31(%Cr)+4,345(%Nfree)1,5(%Perlita)+521,776(1/d) Eq. (1)

LR = 223,2 + 56,7(%Mn)+102(%Si)+4,3(%Perlita)+373(1/d)

É possível relacionar vários dados disponíveis em normas, utilizando-se o conhecimento teórico, disponível em bilbiografia para obter relações matemáticas entre:

Introdução

Fundamentação

V I S Ã O G E R A L D A S N O R M A S

S A E J 4 0 3

Chemical Compositions of SAE Carbon Steels

• “Chemical Compositions of SAE Carbon Steels”

• Norma com as composições químicas dos aços SAE

• É a norma mais conhecida no mundo

• Exemplo:

Introdução

Visão Geral da norma SAE J403

• “Chemical Compositions of SAE Carbon Steels”

• Norma com as composições químicas dos aços SAE

• É a norma mais conhecida no mundo

• Exemplo:

Introdução



S A E J 1 3 9 7

Estimated Mechanical Properties and Machinability of Steel Bars

• “Estimated Mechanical Properties and Machinability of Steel Bars”

• Norma que apresenta um guia das características mecânicas de alguns graus aço em barras.

• As características não devem ser utilizadas como requisitos a não ser sob aprovação pelo fornecedor.

• Exemplo:

Introdução


• “Estimated Mechanical Properties and Machinability of Steel Bars”

• Norma que apresenta um guia das características mecânicas de alguns graus aço em barras.

• As características não devem ser utilizadas como requisitos a não ser sob aprovação pelo fornecedor.

• Exemplo:

Introdução



D I N E N I S O 1 8 2 6 5

Conversion of hardness values

• “Conversion of hardness values”.

• Substituiu a DIN 50150.

• Utilizada para converter valores de dureza em escalas diferentes.

• Também relaciona LR com dureza.

• Exemplo:

Introdução

Visão Geral da norma DIN EN ISO 18265

• “Conversion of hardness values”.

• Substituiu a DIN 50150.

• Utilizada para converter valores de dureza em escalas diferentes.

• Também relaciona LR com dureza.

• Exemplo:

Introdução

Visão Geral da norma DIN EN ISO 18265

P R O C E D I M E N T O A N A L Í T I C O

OBTEVE-SE DADOS DAS NORMAS: • SAE J403 • SAE J1397 • DIN EN 18265 (Ex DIN 50150)

UTILIZANDO BIBLIOGRAFIA: • Equações de cálculo de AC1 AC3

• Composição química %Perlita • Equação tipo “regra das misturas”

• Composição química • Estrutura (Tamanho de grão x % perlita) • Propriedades mecânicas (LE, LR)

• Equação do carbono equivalente (Ceq segundo I.I.W.)

FEZ-SE O DESENVOLVIMENTO DE: • Equação entre TGF x Ceq • Equações entre LE, LR e HB x Composição química

Procedimento Analítico

Descrição Geral








Descrição Geral








Descrição Geral


Fluxograma das Atividades

SAE J403 SAE J1397

% PERLITA AC 3 AC 1 % Perlita

Tamanho de Grão

REGRA DAS MISTURAS (PROP. MEC.)

TAMANHO DE GRÃO X C Equivalente

COMPOSIÇÃO QUÍMICA

PROPRIEDADES MECÂNICAS

Equacionamento

Comp. Química

DIN ISO 18265 Normas

Bibliografia

Desenvolvimento

RESULTADO


%C %Si %Mn %Ceq %C Perlita %Perlita LR

(MPa) LE

(MPa)

defetivo modelado (mícrons)

SAE J403 CALCULADO

(I.I.W.*) Determinação da

TAR3 E TAR1 SAE J1397 CALCULADO

(*) International Institute of Welding



(MPa) LE

(MPa)


SAE J403 CALCULADO


TAC1 E TAC3 SAE J1397 CALCULADO



(MPa) LE

(MPa)


SAE J403 CALCULADO


TAR3 E TAR1 SAE J1397 CALCULADO

LR = 223,2 + 56,7(%Mn)+102(%Si)+4,3(%Perlita)+373(1/d)

LE = 91,7 + 40,7(%Mn)+70,4(%Si)+1,5(%Perlita)+522(1/d)

R E S U L T A D O S O B T I D O S

RESULTADOS

700,0

720,0

740,0

760,0

780,0

800,0

820,0

840,0

860,0

880,0

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200

Te

mp

era

tura

°

C

% PERLITA

Temperatura X % Carbono

Determinando as temperaturas de AC3 e AC1

RESULTADOS

Achando o tamanho de grão:

Aço %C %Si %Mn Ceq C Perlita %Perlita LR Norma

(MPa)

defetivo Teórico

(mm)*

1020 0,205 0,20 0,45 0,30 0,764 0,240 380 0,0116

1045 0,465 0,20 0,75 0,61 0,859 0,516 570 0,0018

1080 0,815 0,30 0,75 0,97 0,859 0,923 770 0,0006

* - Tamanho de grão teórico para ajuste que considera os demais efeitos microestruturais não previstos na equação utilizada.

RESULTADOS

Exemplos de Cálculos

Graças ao modelamento do tamanho de grão, conseguimos determinar as propriedades mecânicas.

TG = 49,32e-5,07(%Ceq) R² = 0,96

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20

Tam

anh

o d

o g

rão

Carbono equivalente


d (mícrons) Exponencial (d (mícrons))

RESULTADOS

Com a determinação do LR obtivemos as escalas de dureza Brinell e Vickers, que podem ser convertidas em escalas de dureza relativas (Rockwell).

y = 1,05x + 0,02R² = 1,00

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Du

reza

Vic

kers

Dureza Brinell

Dureza Vickers

RESULTADOS

Forneça as porcentagens

%C %Si %Mn AR1 (oC)

AR3 (oC) %Ceq C Perlita %Perlita defetivo

modelado (mícrons)

LR (MPa) LE (MPa) HB HV Mín 0,04 0,00 0,20

DESEJADO 0,08 0,00 0,00 723,0 852,6 0,08 0,638 0,091 33,2 288 95 85 89

Máx 0,82 0,30 0,85

Digita-se a

composição

Obtêm-se as propriedades do

material

RESULTADOS

%C

%Mn

Limite de Escoamento (MPa)

RESULTADOS

%C

%Mn

Limite de Resistência (MPa)

C O N C L U S Õ E S

1. Parâmetros importantes do aço podem ser utilizados

para analisar o seu desempenho mecânico.

2. É possível, a partir de uma análise rápida, implementar

uma planilha compatível com a norma SAE J1397 para

aços carbono-manganês.

3. Os dados se restringem a barras de aço (formas não

planas), já que a norma abrange este tipo de geometria.

4. O procedimento pode ser difundido como forma de

substituir a tabela da norma SAE J1397.

5. Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar

o trabalho prático.

CONCLUSÕES












CONCLUSÕES

Mín 0,04 0,00 0,20

Máx 0,82 0,30 0,85

%C %Si %Mn












CONCLUSÕES












CONCLUSÕES












CONCLUSÕES

Os autores gostariam de expressar agradecimentos à:

UNISANTA

USIMINAS-Cubatão

Agradecimentos

Obrigado...!

Documents

EQUACIONAMENTO E AUTOMATIZAÇÃO DA …...2. É possível, a partir de uma análise rápida, implementar uma planilha compatível com a norma SAE J1397 para aços carbono-manganês