Evolução da Rugosidade na deformação de Chapas de Aço Intersticial Free if



Baixar 50.93 Kb.
Encontro29.11.2017
Tamanho50.93 Kb.

ESTUDOS DOS PARÂMETROS DE RUGOSIDADE E ONDULAÇÃO NA

TRAÇÃO UNIAXIAL DE CHAPA DE AÇO IF
R. K. Unfer 1*, J. D. Bressan2

1 e 2 Universidade do Estado de Santa Catarina, Centro de Ciência tecnológicas, , Santa Catarina, Brazil,1 dqm2rku@joinville.udesc.br, 2dem2jdb@joinville.udesc.br
Resumo
O presente trabalho tem por objetivo avaliar a evolução dos parâmetros de rugosidade e ondulação com a deformação plástica de chapas de aço dúctil livre de interstícios – aço IF, utilizado na indústria automobilística. A rugosidade superficial excessiva e a ocorrência de estricção localizada na superfície de chapas metálicas são defeitos indesejáveis na fabricação de peças por conformação de chapas metálicas. Avaliou-se vários parâmetros de rugosidade tais como a rugosidade média aritmética (Ra), distância máxima pico-vale (Rt) e parâmetros da ondulação da rugosidade: altura total pico-vale da ondulação (Wt), ondulação média aritmética (Wa), profundidade do vale da ondulação (Pv) e altura máxima do pico da ondulação (Pp). Foram confeccionados corpos de prova de chapa de aço IF à 0º, 45º e 90º da direção de laminação. Em seguida, foram realizados ensaios de tração simples e medidos os parâmetros de rugosidade e ondulação da chapa em incrementos sucessivos de deformação plástica. Durante os ensaios de tração simples, foram medidas as seguintes deformações: 1 deformação longitudinal e 2 deformação transversal ou na largura do corpo de prova. Por meio destes dados foi possível obter os pontos necessários para se traçar as curvas da evolução dos parâmetros de rugosidade com a deformação equivalente e a deformação principal maior 1 . Com as curvas traçadas foi possível obter uma equação que descreve a evolução da rugosidade e da ondulação, sendo possível prever a influência da deformação plástica na rugosidade e ondulação de chapas metálicas confeccionadas de aço IF. Adicionalmente, por meio do parâmetro de ondulação Wt, foi possível prever o instante do surgimento da estricção local visível na deformação de chapas metálicas confeccionadas de aço IF.

Palavras Chaves: ensaio de tração simples; rugosidade; ondulação da rugosidade, aço IF.



1 – INTRODUÇÃO
Historicamente, o diagrama limite de conformação (DLC) foi inicialmente proposto por Keeler e Backofen em 1963 [1] quando desenvolveram um estudo experimental sobre a ruptura por estiramento biaxial de chapas metálicas. Mais tarde em 1967, Marciniak e Kuczynski [3] apresentaram um modelo teórico de previsão da curva limite de conformação, CLC, assumindo como base a evolução de um defeito inicial na espessura da chapa, resultando na estricção local e ruptura do material.

Atualmente, um parâmetro que é extremamente importante para se avaliar a qualidade de superfície de chapas de aço usada na indústria automobilística é a rugosidade superficial. Considera-se neste caso, que a evolução da rugosidade da superfície ou aspereza do material é governada por diversos fatores importantes, tais como as propriedades do material da chapa, a técnica de laminação utilizada na produção em massa, nível de deformação plástica entre outros. Para chapas metálicas que se comportam essencialmente com uma única fase policristalina de microestrutura uniforme, foi observado que os limites de deformação em estiramento biaxial variam sistematicamente com a razão da espessura da chapa t0 com o tamanho médio do diâmetro de grão do , de acordo com to/do < ≈ 20 [5].

Por sua vez, os únicos modelos teóricos publicados que levam em consideração a influência da anisotropia do grão no estiramento biaxial foram os trabalhos desenvolvidos por Yamaguchi e Mellor [4] e Parmar et. al. [6] (P-M-C). Nestes trabalhos foi assumido que até a fase do estiramento a instabilidade de Swift é desenvolvida, a rugosidade média da superfície Ra aumenta de acordo com as relações propostas por Fukuda e colaboradores [7],
Ra = Rao + kdo (A)
onde Rao é a rugosidade média aritmética inicial da superfície, k é a constante do material dependendo da combinação das características, do é o diâmetro médio do grão e da deformação equivalente .

O presente trabalho tem por objetivo avaliar a evolução dos parâmetros de rugosidade com a deformação plástica de chapas de aço IF. Neste caso, foram realizados diversos ensaios de tração simples com cdps provenientes de chapas de aço a 0°, 45° e 90° de direção de laminação e medições dos parâmetros de rugosidade a fim de se verificar o comportamento da evolução da rugosidade com a deformação plástica. Com estes dados foi possível obter pontos necessários para se traçar as curvas de rugosidade versus deformação equivalente e determinar sua evolução na superfície das chapas, utilizando as equações da deformação 1, 2 e . Estas curvas serviram para obter equações fenomenológicas por meio dos pontos obtidos que representam o comportamento da evolução da rugosidade em relação a deformação, considerando os parâmetros de rugosidade Ra, Rt, Wa, Wt, Pv e Pp. Estes resultados obtidos serviram como referência para se compreender na prática como ocorrem a estricção local nas operações de conformação de chapas de aço IF.



2 – MATERIAIS E MÉTODOS
Foram realizados ensaios de tração simples nos cdps de aço livre de interstícios - IF. Os corpos de prova de tração simples utilizados nos ensaios foram obtidos de chapas laminadas considerando as direções de 0, 45° e 90° em relação a direção de laminação, DL. O ensaio de tração foi realizado com velocidade de 1mm/min até o surgimento da estricção local, sendo 3 medições de rugosidade em cada cdp e mesmo local. Os ensaios de tração foram feitos em várias etapas de deformação plástica: quando o cdp atingia o regime plástico a distancia de deslocamento registrado no gráfico era cerca de 2 mm em cada etapa, porém esta distancia foi reduzida para 1 mm após o material atingir a carga máxima e até formar a região de estricção local. Após cada incremento de deformação plástica no ensaio de tração simples, foram realizadas medições num projetor de perfil com precisão de 1 µm para se obter os valores do aumento do comprimento, redução da largura e da espessura de cada cdp. Em seguida, foi realizada a medição da rugosidade da superfície sempre no mesmo local da superfície da chapa onde foram considerados os seguintes parâmetros de rugosidade: Ra, Rt e parâmetros da ondulação da rugosidade: Wt, Wa, Pv, Pp. Com base nos pontos obtidos nos ensaios foi possível traçar as curvas de rugosidade versus a deformação equivalente dos 3 cdps de chapa de aço IF para as direções de laminação de 0°, 45° e 90°.
3 – RESULTADOS E DISCUSSÔES
Concluído a etapa dos ensaios foram traçados gráficos, considerando a rugosidade versus para todos os cdps usados nos ensaios de tração simples. Vale ressaltar ainda que a equação utilizada para determinar as curvas dos gráficos de rugosidade versus foi a equação de HILL 1979, que é dada da seguinte forma.

(B)
Onde a anisotropia normal rm é dada pela expressão: rm = (r0 + 2 r45° + r90°)/4, sendo r0 = 2,09; r45° = 1,95; e r90° = 2,46. Resulta numa anisotropia normal de rm = 2,112, que substituindo na equação (B) resulta na seguinte expressão:

(C)

Os pontos usados para traçar curvas dos gráficos foram retirados sempre na mesma região determinada onde começaria a aparecer a estricção difusa e que mais tarde tem-se o surgimento da estricção local. Vale ressaltar que o objetivo dos ensaios era chegar até a estricção local, surgimento da trinca. Nas figuras 01 e 02 observou-se que os pontos finais do cdp de direção de laminação (DL) 45° apresentaram valores maiores do Ra versus em relação aos demais. Isto ocorreu em função do sentido da DL de 45° que contribuiu para aumentar o valor da deformação do material que apresentou uma estricção local mais acentuada. Foram obtidas ainda equações fenomenológicas, que descrevem o comportamento da evolução da rugosidade média Ra (µm) e distancia máxima pico-vale Rt (µm) ambas em função de :

Ra = 1,622 + 1,279 (D)
Rt = 10,15 + 9,006 (E)

Figuras 01e 02: Evolução do Ra, e Rt em função da nos corpos de prova (cdps)

de aço IF com direção de laminação de 0°, 45° e 90°.


O parâmetro Ra da figura 01 apresentou valores iniciais para os cdps de 0° e 90° em torno de 1,2 µm e no final do ensaio atingiu valores em torno de 3 µm. Com relação ao parâmetro Rt na figura 02, teve valores iniciais de rugosidade da superficie da chapa dos cdps 0°, 45° e 90° em torno de 10 µm, chegando a atingir valores de 20 a 22 µm para cdps de DL 0° e 90° nos pontos finais do ensaio. Já o cdp de DL 45° atingiu valor de 26 µm no final do ensaio de tração simples, sendo que esta pequena diferença em relação aos demais esta relacionado com a DL e a influencia das heterogenidades do material.

Figuras 03 e 04: Curva do Wa, e Wt, em função da , nos corpos de prova (cdps)

de aço IF com direção de laminação de 0°, 45° e 90°.
De acordo com a figuras 03 e 04, foi possível obter uma equação fenomenológica de um polinômio de 4° grau que descrevem o comportamento da evolução do Wa (µm) e Wt (µm) em função da :

Wa = 47,33 ()4 - 66,38 ()3 + 29,99 ()2 - 3,44() + 1,17 (F)


Wt = 83,57 ()4 - 68,78()3 + 2,624()2 + 12,48() + 4,40 (G)
Os pontos finais, dos cdps com DL de 90° e 45° apresentaram valores de rugosidade maiores devido a DL, e a estricção local ocorreu de forma diferenciada em relação ao cdp de 0°. Isto significa que a estricção local nos cdps com DL de 45° e 90° apresentou uma trinca de forma mais intensa no aspecto visual dos cdps.

Figuras 05 e 06: Curva do Pp e Pv, em função da , nos corpos de prova (cdps) de

aço IF com direção de laminação de 0°, 45° e 90°.

Nas figuras 05 e 06, foi possível obter equações fenomenológicas de um polinômio de 3° grau, que descreve o comportamento da evolução do Pp (µm) e Pv (µm) em função da :

Pp = 23,04()3 – 14,94()2 + 6,06() + 5,0 (I)
Pv = 67,83()3 – 71,25()2 + 23,49()+ 5,94 (J)
A medida que a deformação foi aumentando a profundidade do vale da ondulação (Pv) para os 3 cdps aumentou de forma significativa, chegando a 31 µm para o cdp de DL 45° e das heterogeneidades do material. Já a altura máxima do pico da ondulação (Pp) apresentou um aumento menor para os 3 cdps 18 µm (0° e 45°) e 23 µm (90°). Com a finalização desta etapa realizou-se então um ensaio metalográfico afim de se observar a forma da disposição dos grãos do material onde foram fotográfadas as regiões que apresentaram maior nitidez, ver Fig O5 e 06..

Figura 05: Metalografia aço IF espessura chapa Figura 06: Metalografia aço IF superf.

Direção de Lamin. DL0° 200x chapa Direção e Lamin.DL90°.200x
Conforme as figuras 05 e 06 é possível observar que os grãos referentes aos cdps de 0°e 90° estão bem visíveis e alinhados conforme a direção de laminação. Na figura 05 observa-se que os grãos estão mais próximos com um tamanho de grão maior, já a figura 06 é possível ver que estes estão mais distantes uns dos outros com tamanhos de grãos menores.
Tabela 1.Tamanhos de grãos médio medidos na superfície plana e na espessura de

amostras de cdps de 0° e 90 com 100x de aumento (ASTM E112-10).




Corpo de Prova

Tamanho de Grão na superfície plana do cdp (µm)

Tamanho de Grão na espessura do cdp (µm)

CDP 0°

67

59

CDP 90°

43

38

Tabela 2. Constante do material (k) na superficie plana e na espessura dos cdps

de 0° e 90° calculados usando a equação de Fukuda Ra = Rao+ kdo [6,7].




Corpo de Prova

Constante (k) do Material na superfície plana do cdp

Constante (k) do Material na espessura do cdp

CDP 0°

0,032

0,036

CDP 90°

0,046

0,051



4 – CONCLUSÕES
O diâmetro médio do tamanho de grão medido nas espessuras dos cdps apresentaram valores maiores que os medidos na superfície plana, para os cdps a 0° e 90°. Quanto aos ensaios de medição de rugosidade versus deformação equivalente calculada usando as equações do Hill 1979, observou-se que o parâmetro Ra evoluiu do valor médio de 1,2 µm para valor em torno de 3 µm nos pontos finais medidos, mas a evolução não foi linear como proposto por Fukuda et al. [7]. Com relação ao parâmetro Rt os valores medidos inicialmente foi de 10 µm e nos pontos finais do ensaio foi em torno de 20 µm. Para os parâmetros Wa e Wt observou-se que os cdps a 0°, 45° e 90° apresentaram pontos semelhantes até os últimos medidos. Foi possível obter uma equação fenomenológica de um polinômio de 4° grau que descrevem o comportamento da evolução do Wa (µm) e Wt (µm) em função da deformação equivalente. Vale ressaltar ainda que a anisotropia plástica que ocorre nos grãos cristalinos na microestrutura é uma fonte inevitável de uma fina escala de irregularidades no crescimento da deformação. Durante a instabilidade, um sulco contínuo perpendicular teve início através dos vales (Pv) e dos picos (Pp) onde foi medida a rugosidade da superfície. Foi possível obter equações fenomenológicas de um polinômio de 3° grau que descreve a evolução do Pp (µm) e Pv (µm) em função da deformação equivalente. É importante salientar ainda que as equações que descrevem a evolução da rugosidade mostram que os parâmetros de ondulação Wt e Pv podem ser utilizados na previsão da estricção local. Esses tiveram crescimento exponencial a partir da deformação equivalente de = 0,70.
5 – AGRADECIMENTOS
Os autores gostariam de agradecer ao apoio da empresa Usiminas pelo fornecimento de amostras para os ensaios realizados, o CNPq e a Universidade do Estado de Santa Catarina pela utilização dos laboratórios.

6 – REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Keeler S. P. e Backofen W.A. Plastic Instability and Fracture in Sheets

Stretched Over Rigid Punches: ASM, vol. 56, p. 25-48, 1963.

[2] Keeler, S. P. Understanding Sheet Metal Formability: Part 5 – Die Design and

Lubrication, New York, 1968.

[3] Marciniak, Z. e Kuczynski, K. Limits Strains in the Processes of Stretch- Forming

Sheet Metal: Int. J. Mech. Sci., vol. 9, p. 609-620, 1967.

[4] Swift H.W., Plastic instability under plane stress, J. Mech. Phys. Solid, 1, 1952.K.

Yamagushi and P.B. Mellor, Thickness and grain size dependence of limit strains in

sheet metal stretching, Int. J. Mech. Sci., vol. 18, p. 85-90, 1976.

[5] Hutchinson, J.W. and Neale, K.W.; Mechanics of Sheet Metal Forming. Plenum

Press, New York, p. 127-149, 1978.

[6] Parmar A., Mellor P.B. and Chakrabarty J., Int. J. Mech. Sci., vol. 19, p. 389, 1977.

[7] Fukuda M., Yamaguchi K., Takakwa N. and Sakano Y., J. Japan Soc. Technol.

Plasticity, vol. 15, p. 994, 1974.



STUDIES OF ROUGHNESS AND WAVINESS IN PARAMETERS THE UNIAXIAL TENSILE TEST OF STEEL IF
Abstract
This study aims to assess the evolution of roughness and waviness parameters on deformation of ductile steel sheet Interstitial Free–IF, used in the automotive industry. Surface roughness and excessive of localized necking in sheet metal surface are undesirable defects in manufacturing parts for sheet metal forming. In this study, it was considered several roughness parameters such as: arithmetic average waviness parameters (Ra), maximum peak-valley (Rt) and waviness waviness parameters: total height of the peak-valley waviness (Wt), waviness arithmetic (Wa), the valley of the waviness depth (Pv) and maximum height of peak waviness (Pp). Specimens were fabricated from sheet steel IF to 0°, 45° and 90° from the rolling direction. Then, simple tensile tests were performed and measured the roughness and waviness parameters of the sheet in successive increments of plastic deformation. During de simple tensile tests, it was measured the following strains: 1 and longitudinal strain 2 or transverse deformation in the width of the specimen. By these data it was possible to get points needed to trace the curves of the evolution of roughness parameters with the equivalent deformation and deformation larger main . With the curves it was possible to obtain an equation that describes the evolution of roughness and waviness of sheet metal made of steel IF. Additionally, by waviness parameter Wt it was possible to predict the instant of onset of a visible necking in the deformation of IF steel sheets.

Keywords: tensile test, sheet forming, roughness, waviness the parameters, IF steel.

Compartilhe com seus amigos:


©ensaio.org 2017
enviar mensagem

    Página principal