A Influência do grau de deformação plástica no tamanho do grão recristalizado de um aço SAE 1006 www.fei.edu.br Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais www.mangels.com.br Setor de Pesquisa & Desenvolvimento Divisão Aços P. V. M. Donato (1); L. F. M. Martins (2); J. Kolososki (3) Rua Max Mangels Sênior, 777 09895-900 – São Bernardo do Campo – SP p.donato@mangels.com.br Objetivo Observar a influência do grau de deformação no tamanho do grão recristalizado de um aço SAE 1006, objetivando determinar parâmetros de processo que permitam obter material ideal para aplicação em peças estampadas. A figura II apresenta algumas microestruturas do material apenas encruado e encruado e recristalizado. A tabela III e a figura IV apresentam os resultados das medidas de tamanho médio de grão recristalizado em função da porcentagem de deformação. (a) (e) (c) (b) (d) Introdução teórica Ao sofrer deformação a frio, ocorrem alterações nas propriedades mecânicas do material, tais como aumento da dureza e resistência mecânica e redução da ductilidade, devido ao encruamento resultante do acúmulo de discordâncias no material. Para reverter os efeitos da deformação a frio é realizado um tratamento térmico com o objetivo de recristalização do material tornando os grãos, que estavam alongados, novamente equiaxiais e retomando as propriedades mecânicas originais do material. O grau de deformação que o material sofreu (grau de encruamento) irá interferir de forma direta na posterior recristalização, alterando parâmetros deste processo, como temperatura e tempo de recristalização e modificando o tamanho de grão e as propriedades mecânicas resultantes do processo. Quando recozidos a uma mesma temperatura, o material que foi mais deformado recristaliza de forma mais rápida que o menos deformado. Isto deve-se à função existente entre o grau de deformação e a energia de ativação para a recristalização: quanto maior for a deformação, menor deve ser a energia necessária para a ativação do processo. Outro efeito do grau de deformação é a mudança no tamanho do grão recristalizado. Quanto maior for o grau de deformação aplicado, menor será o tamanho médio de grão recristalizado, conseqüência da maior quantidade de pontos para nucleação de novos grãos. Para pequenas deformações, abaixo de um valor crítico, a recristalização não ocorre. Fig II. Microestruturas. (a) Matéria-prima; (b) Material encruado, com 15,85% de deformação; (c) Material com 15,85% de deformação e recristalizado; (d) Material encruado, com 51,50% de deformação; (e) Material com 51,50% de deformação e recristalizado. Procedimento Para desenvolvimento deste trabalho foi selecionado um aço laminado a quente com espessura original de 8,223 mm. A laminação a frio foi realizada na Mangels Divisão Aços, sendo aplicado cinco passes, até a espessura 3,988 mm. Foram retiradas amostras da matéria prima e do aço em estudo, em cada um dos cinco passes de laminação a frio. As amostras (material original + cinco reduções) foram colocadas em forno tipo mufla previamente aquecido a 650 ºC onde permaneceram por 1 hora e 30 minutos. A seguir o forno foi desligado e as amostras foram submetidas a um resfriamento lento no interior do mesmo. As amostras encruadas e as recristalizadas foram embutidas, lixadas, polidas e atacadas com Nital 2%. O exame metalográfico e as medidas de tamanho de grão foram realizadas em um microscópio Leica DMLM ao qual está acoplado o sistema Leica Q500IW mostrados na figura I. As medidas de tamanho médio de grão também foram realizadas utilizando o método comparativo, conforme norma ASTM E112. Também foram feitas medidas de durezas utilizando a escala Rockwell B num equipamento digital Wilson 600, também mostrado na figura I. Grau de deformação 15,85% 29.49% 38,95% 46,61% 51,50% Tamanho de Grão Recristalizado 5 – 6 7 8 – 9 9 9 – 10 Tab III. Tamanho de grão recristalizado em função do grau de deformação, conforme norma ASTM E112. Grau de deformação Dureza (HRB) Encruado Recristalizado Zero 58,0 - 15,85% 74,1 35,4 29,49% 78,0 39,6 38,95% 83,2 46,7 46,61% 83,6 47,6 51,50% 84,3 48,8 A tabela IV e a figura III apresentam os resultados das medidas de dureza, em função do grau de deformação, do material encruado e após recristalização. Tab IV. Variação da dureza do material encruado e recristalizado em relação ao grau de deformação (a) (b) (c) Fig III. Curva da dureza em função do grau de deformação Fig IV. Curva de tamanho de grão em função do grau de deformação Conclusão As experiências realizadas confirmam a grande influência que o grau de deformação exerce sobre o tamanho de grão final do material recristalizado. Os dados indicam que graus de redução acima de 46% aliados ao tratamento térmico de recozimento a 650ºC resultam em materiais com grão fino, adequado à aplicação em peças estampadas. Fig I. Equipamentos utilizados no desenvolvimento do trabalho. (a) Durômetro Digital Wilson 600; (b) Microscópio ótico com sistema de captura de imagem e (c) imagem sendo processada. Resultados e discussão A tabela I fornece a composição química do aço SAE 1006 utilizado neste trabalho. 51,50% 3,988 4,390 5º Passe 46,61% 5,020 4º Passe 38,95% 5,798 3º Passe 29,49% 6,920 2º Passe 15,85% 8,223 1º Passe Para De Grau de deformação Redução (mm) 0,014 0,055 0,010 0,390 0,050 %P %Al %Si %Mn %C Agradecimentos: À empresa Mangels, Divisão Aços e ao Centro Universitário da FEI por todo o apoio oferecido Tab I. Composição Química do material em estudo A tabela II detalha os passes de laminação realizados e os correspondentes graus de deformação. (1) FEI e Mangels Divisão Aços (2) Mangels Divisão Aços (3) Departamento de Metalurgia e Materiais da FEI Tab II. Passes de laminação e seus consecutivos graus de deformação