GABARITO DA PRIMEIRA PROVA DE IM465 – PRIMEIRO SEMESTRE DE 2009

QUESTÃO 1

a) Sim, as curvas são coerentes, pois se observa que as tensões de escoamento são maiores quanto maior é a taxa de deformação e menor é a temperatura.

O encruamento foi preponderante em todas as condições de ensaio nas quais se observa que a curva de escoamento apresenta tensões sempre crescentes. b) Para a curva 6 observa-se que existe um patamar em que

a tensão de escoamento é constante, consequência do equilíbrio entre encruamento e amaciamento.

Como não se observa um pico de tensão em nenhuma das curvas, e como as fotos mostram micrografias de células, pode-se supor que o amaciamento foi causado por recuperação dinâmica.

Sim, pode-se assumir que nas condições do ensaio 6 a microestrutura seria semelhante à da foto (b) da primeira figura pois a microestrutura apresentaria grãos alongados com células possivelmente maiores e mais limpas pois a temperatura foi a mais alta e a taxa de deformação a mais baixa, o que poderia permitir que a recuperação dinâmica fosse mais eficaz, como se observa por exemplo para as micrografias (d) e (f) que representam ensaios realizados a 300 ºC e que apresentam células (sub-grãos) maiores. c) Porque as conseqüências da recuperação (modificação da tensão de escoamento durante o ensaio) podem ser observadas nas curvas de escoamento, ou seja, simultaneamente à deformação. Também o fato dos autores terem resfriado bruscamente as amostras pode indicar que os mecanismos atuantes foram só dinâmicos.

d) Como se afirmou que nos ensaios analisados ocorreu apenas recuperação dinâmica e não houve recristalização dinâmica, nada se pode afirmar sobre a temperatura de recristalização dessa liga metálica.

QUESTÃO 2

a) Em todos os ensaios nas regiões em que ocorreu um aumento significativo da tensão de escoamento pode-se afirmar que o mecanismo de endurecimento foi o encruamento pois segundo o enunciado, trata-se de um titânio puro, o que permite descartar o endurecimento

causado por precipitação de partículas duras, por exemplo.

Quanto aos mecanismos de amaciamento, tem-se que para a taxa de 0,001/s nas temperaturas de 673 a 773 K observa-se que as tensões aumentam até atingir um patamar constante de tensão sem apresentar um pico de tensão, o

que pode ser associado ao amaciamento por recuperação dinâmica.

Nessa taxa, a partir dos ensaios com temperaturas de 823 a 973 percebe-se a presença de um pico de tensão, o que pode ser associado à recristalização dinâmica.

Por serem picos pouco pronunciados, a afirmação da ocorrência de recristalização não é absoluta. Os autores também têm essa dúvida, e acabam definindo o que chamam de recristalização geométrica que é associada, por exemplo, ao alumínio puro que dinamicamente se recupera

mais facilmente do que recristaliza.

Raciocínio semelhante poderia ser feito para as outras taxas, sempre tentando observar a presença de um pico de tensão.

b) Se for assumido que os picos observados são realmente de recristalização dinâmica, teríamos que as temperaturas de recristalização são 823, 873 e 973 K para as taxas de 0,001; 0,01 e 0,1/s, respectivamente, sendo que para a taxa de 1/s não se observou pico de tensão. c) nas curvas de escoamento a deformação de pico

corresponde à deformação associada ao pico de tensão. Por exemplo, para a taxa de 0,001/s na temperatura de 823 K a deformação de pico está próxima de 0,15 e diminui com o aumento da temperatura de ensaio. Ao analisar-se a deformação de pico para a temperatura de

973 K nas taxas de 0,001; 0,01 e 0,1/s observa-se que quanto maior a taxa, maior é a deformação de pico. d) O comportamento na temperatura de 673 K nas taxas de 0,1 e 1/s é realmente estranha pelo aspecto diferente em que inicialmente ocorre um aumento significativo de tensão o que pode ser explicado pela baixa temperatura relativa no ensaio e após deformações por volta de 0,5 tem-se uma modificação do comportamento com aparente estabilização da tensão.

Aparentemente, a deformação a baixa temperatura a taxas de deformação relativamente altas não permitiu que ocorresse o amaciamento por recuperação dinâmica, o que só foi possível após um acúmulo significativo de energia interna e provavelmente de redução e emaranhamento da

estrutura celular.

IM465 – 1º. Semestre de 2009 – Primeira Prova – 08/05/2009

Prova de caráter estritamente individual.

Justifique todas suas respostas e procure empregar todas as informações apresentadas.

Consulta permitida apenas à folha de anotações, que deverá ser identificada e entregue juntamente com a folha de questões e as folhas de respostas.

1) No artigo Plane strain deformation microstructure of warm-worked

aluminum, C.M. Chen, S.X. Ding, C.P. Chang, P.W. Kao, Materials

Science and Engineering A 512 (2009) 126–131, os autores estudaram

a deformação a morno de corpos-de-prova da liga de alumínio 1050

(99,5%Al) em ensaios de compressão plana. Nesses ensaios os cdps

tiveram sua espessura reduzida de 65%, foram empregadas duas

taxas de deformação (5 x 10-2 s-1 e 5 x 10-4 s-1) com a temperatura de

ensaio constante e na faixa entre 150 e 300 ºC. Todos os cdps

deformados foram resfriados em água 3s após o ensaio de

compressão.

As figuras ao lado apresentam o aspecto do corpo-de-prova após a

compressão e uma micrografia da região deformada obtida no

ensaio realizado a 150 ºC e a 5x10-4 s-1

Os gráficos abaixo apresentam as curvas de escoamento e a variação

do tamanho de sub-grão obtidas durante os ensaios de compressão,

em função da temperatura e da taxa de deformação empregadas nos

ensaios.

As micrografias ao lado obtidas por MET também permitem

observar a variação do tamanho do sub-grão em função dessas

variáveis de processo. A seqüência de fotos (a) a (f) corresponde

diretamente às condições de ensaio (1) a (6) mostradas na legenda do

gráfico das curvas de escoamento.

a) As curvas de escoamento são coerentes com as condições de ensaio empregadas? Em quais condições o encruamento foi mais preponderante que o amaciamento?

b) em quais condições de ensaio houve um equilíbrio entre encruamento e amaciamento e qual foi o mecanismo de amaciamento presente? A microestrutura nessas condições seria semelhante à da foto (b) da primeira figura?

c) por quê esse mecanismo de amaciamento pode ser definido como dinâmico?

d) qual a temperatura de recristalização dessa liga considerando os resultados apresentados?

2) No artigo Deformation behaviour of commercially pure titanium during simple hot compression, Zhipeng Zeng, Yanshu Zhang, Stefan Jonsson, Materials and Design (2009) – a publicar, os autores estudaram o comportamento do titânio puro quando deformado a quente em ensaios isotérmicos de compressão, com temperaturas constantes entre 673 e 973 K (em intervalos de 50K), em quatro taxas de deformação (0,001 – 0,01 – 0,1 e 1s-1), com uma redução de altura de 60%. Os corpos-de-prova foram resfriados imediatamente após os ensaios de compressão A figura ao lado apresenta os gráficos das curvas de escoamento obtidas durante os ensaios para as diversas condições de temperatura e taxa de deformação empregadas. a) quais os possíveis mecanismos de endurecimento e amaciamento presentes em função da taxa de deformação e da temperatura de ensaio? b) qual temperatura de recristalização pode ser definida para esse material nas condições empregadas nos ensaios? c) nas condições em que ocorreu recristalização dinâmica, como a deformação de pico variou em função da taxa de deformação e da temperatura? d) como explicar o comportamento da tensão de escoamento para os casos em que a temperatura de ensaio era de 673 K e a taxa de deformação igual a 0,1 ou a 1/s?

GABARITO DA SEGUNDA PROVA DE IM465 – PRIMEIRO SEMESTRE DE 2009

QUESTÃO 1

a) Como mostrado no enunciado as placas passaram sucessivamente por laminação a quente e bobinamento, laminação a frio e, finalmente, recozimento.

Assim, como sabemos que a texturização pode ser causada pelo acúmulo de deformação a frio (com o alongamento e

rotação dos grãos) e também pela recristalização, pode-se supor que na laminação a quente a recristalização dinâmica tenha sido o mecanismo responsável pela texturização obtida Na laminação a frio o mecanismo foi o encruamento e no recozimento, foi a recristalização estática que gerou a

textura observada.

b) A texturização mais pronunciada pode ser associada a um nível maior de densidade de orientação (orientation density) de um ou mais pares de planos e direções cristalográficas.

Assim, conclui-se que a laminação a frio apresentou a texturização mais significativa pois o par {112}<110> atingiu densidade próxima de 10, o mesmo ocorrendo com pares plano-direções próximos dessa orientação preferencial.

c) A única diferença entre os dois processos que pode ser

considerada significativa refere-se à temperatura de bobinamento. A laminação no. 1 partiu de um material laminado a quente que foi bobinado a 550 ºC. Pode-se supor que o laminado a quente foi resfriado até essa temperatura para ser bobinado, não dando tempo para que houvesse um

amaciamento suficiente. Já para a laminação no. 2 o material de partida foi bobinado a quente a 605 ºC e possivelmente tinha uma energia interna menor reduzida pela disponibilidade de maior calor durante o resfriamento para que ocorresse o amaciamento. Desta forma, mesmo as duas

laminações a frio apresentando graus de redução próximas, na número 1 o encruamento foi maior (por partir de um material menos amaciado) e levou a uma maior texturização.

d) As texturas após a laminação a quente e após o recozimento são semelhantes em termos de planos-direções (algo entre {114}<110> e {112}<110>, {111}<110> e {110}<110>) pois como afirmado em (a) devem ter sido

produzidas por recristalização, dinâmica na laminação a quente e estática no recozimento. A diferença de intensidades (as texturas de recozimento são mais intensas) pode ser explicada pela presença de grande energia interna proveniente da laminação anterior ao recozimento, o que favoreceu a nucleação de grãos recristalizados estaticamente num grande número de sítios favoráveis propiciados pela grande deformação causada na laminação a frio. e) Como mencionado em (b) a textura representativa da laminação e consequentemente do encruamento é a {112}<110> que chega a apresentar intensidade 10. Já para a

recristalização a textura mais representativa seria a {111}<110> que apresenta intensidade próxima de 7 no recozimento e de quase 4 após a laminação a quente.

QUESTÃO 2

a) Porque se observa nas figuras das curvas de escoamento que quando a deformação atingiu 0,5 todas as curvas já passaram pelo ponto de pico de tensão, ou seja, já se encontram numa condição de amaciamento por recristalização dinâmica, o que permite que a comparação entre os ensaios seja feita, o que não seria possível por exemplo, se a deformação adotada fosse 0,2 pois nesse caso, em algumas curvas, o material ainda não teria atingido a deformação crítica para recristalização e condições distintas seriam comparadas.

b) Sim, são confirmados. Por exemplo, a 300 ºC numa taxa de 0,1/s ocorre amaciamento, mas não se observa um pico de tensão, o que permite afirmar que deve ter ocorrido recuperação dinâmica. Como a 250 ºC há menos calor, pode-se supor que também nessa temperatura ocorrerá

recuperação dinâmica como indicado no mapa de processamento no domínio D-IV.

Já nas curvas a 500 ºC para taxas acima de 1/s percebe-se a tendência de existência de pico de tensão, o que confirmaria a ocorrência de recristalização dinâmica, justificando o D-III.

Além disso, para temperaturas acima de 500 ºC pode-se supor que nessas taxas e talvez até na de 0,1/s a recristalização dinâmica fosse o mecanismo preponderante de amaciamento, confirmando o domínio D-II. Para taxas

mais baixas, os ensaios a 500 ºC apresentam curvas com tensão de escoamento praticamente constante, o que poderia ser um bom indicativo de escorregamento fácil dos contornos de grão, o que evitaria o encruamento e garantiria elevada plasticidade.

c) A região INS-I poderia ser representada pela fratura dútil pois as temperaturas de ensaio são relativamente baixas e as taxas de deformação elevadas, de modo que não haveria amaciamento e o encruamento prevaleceria até a falha. A região INS-II pode estar associada a trincas formadas em pontos triplos assumindo-se que apesar da elevada temperatura de ensaio, não houvesse tempo suficiente para

ocorrer a recristalização dinâmica e o material falharia por excesso de deformação (acúmulo extremamente rápido da energia de deformação). Já INS-III observada para taxas e temperaturas médias pode apresentar os dois mecanismos mencionados anteriormente: para as temperatura menores e

taxas maiores ocorreria a fratura dútil, e para temperaturas mais elevadas e taxas menores a falha a partir de pontos triplos, considerando que o material teria energia térmica suficiente mas não teria tempo para promover a recristalização dinâmica.

d) Todas essas regiões poderiam tornar-se inseguras caso houvesse uma alteração significativa da temperatura numa região localizada. No caso de D-IV um resfriamento localizado inibiria a recuperação dinâmica e levaria à situação de fratura dútil. Em D-II a instabilidade ocorreria

caso também houvesse um resfriamento localizado que levasse o material a condições em que INS-III está definida. Já para D-III um aumento localizado de temperatura causado por aquecimento adiabático, por exemplo, poderia causar um crescimento de grão excessivo ou até mesmo a

fusão incipiente da região superaquecida.

e) As regiões mais seguras seriam as que apresentam maior eficiência de dissipação de energia interna (curvas de nível com maiores valores). Assim, observa-se que para temperaturas entre 350 e 520 ºC aproximadamente, a

deformação deve ser realizada a taxas baixas ente 0,001 e 0,01/s. Já para temperaturas elevadas o ideal seriam taxas médias, em torno de 0,1 de forma semelhante para as temperaturas mais baixas.

IM465 – 2ª. Prova – 03/07/2009 – Prova de caráter estritamente individual – Justifique suas respostas

1) No artigo Experiment investigation of deep-drawing sheet texture evolution, Journal of Materials Processing Technology Volume 140, Issues 1-3 , Pages 509-51, os autores estudaram a influência das condições de processo sobre a texturização de uma chapa para estampagem, de um aço com a seguinte composição química:

Partindo das mesmas condições iniciais de laminação a quente, duas condições finais foram estudadas (Tabela). Após a laminação as chapas foram recozidas com tempos de resfriamento diferentes (Figura)

As figuras a seguir apresentam a distribuição da orientação dos grãos para cada condição de processo:

a) Quais os mecanismos causaram a modificação da textura observada após cada uma das etapas de fabricação?

b) Após quais condições de tratamento termo-mecânico o material se apresenta mais texturizado?

c) Como pode ser explicada a diferença de texturas observada para os dois processos de laminação a frio (terceira figura)?

d) Por que as texturas após a laminação a quente e após o recozimento são semelhantes e de intensidades diferentes (quinta figura)

e) Quais as texturas que representam o encruamento e a recristalização?

2) No artigo Hot deformation behaviour of Mg–3Al alloy—A study using processing map, Mat. Science and Eng. A 476, 146–156, os autores avaliaram a conformabilidade de uma liga Mg-Al. A matéria-prima foi tratada termicamente para homogeneizar sua microestrutura e ensaios de compressão a quente foram realizados entre 250 e 550 ºC e a taxas de deformação entre 0,0003 e 0,01 s

-1.

Os dois primeiros gráficos ao lado apresentam as curvas de escoamento para duas temperaturas de ensaio O terceiro gráfico representa o mapa de processamento obtido dos ensaios

quando ε = 0,5. Os valores nesse gráfico representam a eficiência da dissipação de potência ou de energia interna (EDP) durante a deformação. No quarto gráfico apresenta-se o mesmo mapa agora com informações sobre quatro domínios (anotados com D) e três regiões de instabilidade de escoamento (anotados com INST). Os quatro domínios anotados são: D-I: GBS – deslizamento de contornos de grãos

D-II e D-III: DRX – recristalização dinâmica

D-IV – recuperação dinâmica a) Por que o mapa de processamento foi elaborado para a deformação verdadeira igual a 0,5 e não, por

exemplo, para deformação igual a 0,2? b) Os mecanismos associados pelos autores aos domínios II, III e IV são confirmados pelas curvas de

escoamento? c) Quais os possíveis mecanismos que atuam para causar a instabilidade em cada região INS? Observe

que são regiões em que a eficiência de dissipação de energia interna apresenta os menores valores. d) Em que condições as regiões dos domínios D seriam inseguras e causariam instabilidades de

escoamento? e) A partir dessas informações qual ou quais seriam as regiões mais seguras para a deformação desse

material?