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Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Conteúdo Programático da AulaConteúdo Programático da Aula 2. Fundamentos da Transformação Mecânica 2.1 – Laminação (continuação) - Carga, torque e potência de laminação; Fib t â i- Fibramento mecânico; - Defeitos nos produtos laminados. Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Carga, torque e potência de laminação A d l i ã é f ãA carga de laminação é função: • do diâmetro dos cilindros;do diâmetro dos cilindros; • da resistência do material à deformação (aspectos metalúrgicos, temperatura do processo e taxa de deformação); • do atrito entre material e cilindro. Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Carga, torque e potência de laminação A Eq (5) apresentada na aula 4 define a carga de laminação comoA Eq. (5), apresentada na aula 4, define a carga de laminação como sendo pressão de laminação versus a área de contato. Desconsiderando inicialmente o atrito, tal equação pode ser reescrita como:q ç p (12)( ) l ’ é li it d t d t i l t d i i lna qual σo’ é o limite de escoamento do material no estado uniaxial ou triaxial de tensões, respectivamente, em laminações com e sem alargamento.alargamento. Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Carga, torque e potência de laminação Sob condições da atrito a pressão média de laminação ( ) é definida como: ( )(12) onde:onde: - Q = µ Lp / ; - = média de espessuras entre entrada e saída do laminado;- = média de espessuras entre entrada e saída do laminado; - = média dos valores do escoamento entre entrada e saída do laminado. Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Carga, torque e potência de laminação Então, a Eq. (5) fica reescrita como: (13) (14) ( ) l t t ã édi d t d t i l ( édina qual representa a tensão média de escoamento do material (média entre os limites de escoamento e resistência mecânica). O fator deve ser adotado no caso de um estado triaxial com o correspondentedeve ser adotado no caso de um estado triaxial, com o correspondente . Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Carga, torque e potência de laminação Calcule a carga de laminação necessária para umaCalcule a carga de laminação necessária para uma redução a quente de 30% em uma placa com 40 mm de l i d d ili d d 900espessura, num laminador duo com cilindros de 900 mm (diâmetro). A placa possui 760 mm de largura e considere µ = 0,3, que a tensão de escoamento do material varia de 140 MPa (entrada) a 200 MPa (saída), no estado uniaxial de tensão e de 190 MPa (entrada) a 250 MPa (saída) no estado triaxial. Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Carga, torque e potência de laminação Comentários: • a Eq. (14) indica que a carga de laminação aumenta com o aumento q ( ) q g ç do diâmetro dos cilindros e com a redução de espessura desejada; • quando a resistência do material à deformação é maior do que a f d l i ã h d ã d ã é i í lforça de laminação, nenhuma redução de seção é mais possível; • isto ocorre quando o rolo se encontra sob condições severas de deformação elástica causadas pela flexão do rolo e achatamento dodeformação elástica causadas pela flexão do rolo e achatamento do raio de contato; • como o limite de escoamento e de resistência aumentam de maneira contínua com o processamento do material, devido ao encruamento, costuma-se adotar a tensão de escoamento nos cálculos da carga de laminação, com o objetivo de se minimizar a necessidade do t d t d t ãaumento desta durante a operação; Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Carga, torque e potência de laminação • o atrito é de grande importância na laminação uma vez que é• o atrito é de grande importância na laminação, uma vez que é necessário para que o material seja puxado pelo cilindro, dando início a deformação. A partir do ponto neutro o atrito se torna contrário ao sentido da laminação e a Figura 9 da aula 4 indica quecontrário ao sentido da laminação e a Figura 9 da aula 4 indica que boa parte da pressão de laminação é usada para superar o atrito da ferramenta com o material. • a influência do atrito na carga de laminação fica evidenciada nas Eqs. (12) e (14), onde se observa que um maior coeficiente de atrito t l d â t Q taumenta o valor do parâmetro Q e este, por sua vez, provoca aumentos na carga de laminação. Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Carga, torque e potência de laminação Uma crítica a Eq. (14) é que o coeficiente de atrito é influenciado l t t d ã S d i lt tipela temperatura da operação. Sendo assim, uma alternativa para o cálculo da carga de laminação em processamentos a quente é a equação de Ekelund:a quente é a equação de Ekelund: Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Carga, torque e potência de laminação Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Carga, torque e potência de laminação fv = onde: k = tensão de escoamento do material V = velocidade do cilindroVcil = velocidade do cilindro Φ = diâmetro do cilindro Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Carga, torque e potência de laminação P××2 (22)Pa××= 2 onde: M = momento ou torque (22) Lp onde: M momento ou torque 2 = quantidade de cilindros P = carga de laminação 5.0×= Lpa P carga de laminação M = Lp x P (23) Figura 1 – Representação esquemática da laminação. Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Carga, torque e potência de laminação W = M / t = (Lp x P) / t (24)( p ) ( ) onde: W = potência M = momentoM = momento t = tempo (25)( ) onde: v / R = ω = 1 / t Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Fibramento mecânico C lt d d t b lh â i tí l d d fComo resultado do trabalho mecânico, as partículas de segunda fase, inclusões, vazios e segregações tendem a assumir um formato análogo à deformação da peça como um todo Se as partículasanálogo à deformação da peça como um todo. Se as partículas e inclusões são dúcteis e mais macias do que a matriz, assumem forma alongada, como esquematizado na Figura 2 (por exemplo, sulfeto de manganês vide Figura 3); se são frágeis, se fragmentam com orientação paralela à direção i i l d t b lh ( l Al O ) ã i dprincipal de trabalho (por exemplo, Al2O3); se são mais duras e mais resistentes do que a matriz, não se deformam (por exemplo, SiO2).(por exemplo, SiO2). Departamento de Ciência dos Materiaise MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Fibramento mecânico Figura 2 – Representação esquemática de alongamento de inclusões.g p ç q g Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Fibramento mecânico Figura 3 – Inclusões alongadas de MnS observadas em aços l i d t (MEV)laminados a quente (MEV). Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Fibramento mecânico Tal alinhamento durante o trabalho a frio ou a quente, bem como a distorção preferencial da forma dos grãos no trabalho a frio, são responsáveis pela estrutura fibrosa típica (Figuras 4 5 e 6) e bandeada (Figura 7)típica (Figuras 4, 5 e 6) e bandeada (Figura 7) dos produtos conformados. Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Fibramento mecânico Figura 4 – Presença de estrutura fibrosa em seção longitudinal g ç ç g de barra laminada a quente. Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Fibramento mecânico Fi 5 S ã l it di l d f j f d idFigura 5 – Seção longitudinal de parafusos cujas roscas foram produzidas por usinagem (acima) e por laminação (abaixo). Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Fibramento mecânico Figura 6 – Parafuso com cabeça estampada. A região de segregação t t fib t i f dapresenta aspecto fibroso e na parte superior conformada de maneira análoga a deformação. Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Fibramento mecânico Fi 7 B d t l it di l d édiFigura 7 – Bandeamento longitudinal em aço de médio carbono laminado a quente. Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Fibramento mecânico O fibramento mecânico não deve ser confundido com a textura cristalográfica do material O primeiro provoca umatextura cristalográfica do material. O primeiro provoca uma anisotropia que afeta principalmente as propriedades de ductilidade, tenacidade à fratura e resistência à fadiga nas direções transversais do material praticamente não influidireções transversais do material , praticamente não influi no limite de escoamento. Já o segundo se refere a orientação dos planos cristalográficos. Departamento de Ciência dos Materiais e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 Defeitos nos produtos laminados Fi 8 D f it d id üê i d fl õ l i ãFigura 8 – Defeitos produzidos por seqüência de flexões na laminação.
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