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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
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
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
• “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
Visão Geral da norma SAE J403
V I S Ã O G E R A L D A S N O R M A S
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
Visão Geral da norma SAE J1397
• “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
Visão Geral da norma SAE J1397
• “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
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
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
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
Procedimento Analítico
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
Procedimento Analítico
%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
Procedimento Analítico
%C %Si %Mn %Ceq %C Perlita %Perlita LR
(MPa) LE
(MPa)
defetivo modelado (mícrons)
SAE J403 CALCULADO
(I.I.W.*) Determinação da
TAC1 E TAC3 SAE J1397 CALCULADO
Procedimento Analítico
%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
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)
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
defetivo modelado (mícrons)
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
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
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
Mín 0,04 0,00 0,20
Máx 0,82 0,30 0,85
%C %Si %Mn
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
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
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