UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARCENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALRGICA E DE MATERIAISPROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA E CINCIA DE
MATERIAIS
THOMAS DE OLIVEIRA PRAXEDES
SISTEMA EXPERIMENTAL PARA REALIZAO DE ENSAIOS NO-DESTRUTIVOS MAGNTICOS E SUA APLICAO NA AVALIAO DA
DEGRADAO MICROESTRUTURAL DO AO A516 GRAU 60
FORTALEZA2012
THOMAS DE OLIVEIRA PRAXEDES
SISTEMA EXPERIMENTAL PARA REALIZAO DE ENSAIOS NO-
DESTRUTIVOS MAGNTICOS E SUA APLICAO NA AVALIAO DA
DEGRADAO MICROESTRUTURAL DO AO A516 GRAU 60
Dissertao de mestrado apresentada ao Programa de Ps-graduao em Engenharia e Cincia de Materiais, do Departamento de Engenharia Metalrgica e de Materiais da Universidade Federal do Cear, como requisito parcial para a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia e Cincia de Materiais. rea de concentrao: Propriedades fsicas e mecnicas dos materiais. Linha de pesquisa: Ensaios No-Destrutivos
Orientador: Prof. Dr. Elineudo Pinho de Moura
FORTALEZA
2012
Dados Internacionais de Catalogao na Publicao
Universidade Federal do Cear
Biblioteca de Ps-Graduao em Engenharia - BPGE
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P929s Praxedes, Thomas de Oliveira.
Sistema experimental para realizao de ensaios no destrutivos magnticos e sua aplicao
na avaliao da degradao microestrutural do ao A516 grau 60 / Thomas de Oliveira Praxedes
2012.
162 f. : il. color., enc. ; 30 cm.
Dissertao (mestrado) Universidade Federal do Cear, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Metalrgica e de Materiais, Programa de Ps-Graduao em Engenharia e Cincia de Materiais, Fortaleza, 2012
rea de Concentrao: Propriedades fsicas e mecnicas dos materiais.
Orientao: Prof. Dr. Elineudo Pinho de Moura.
1. Cincia dos Materiais. 2. Deformaes e tenses. I. Ttulo.
CDD 620.11
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Aos meus pais e
Susy.
AGRADECIMENTOS
A Deus, pelas graas da vida e do intelecto.
Aos meus pais, por tudo o que fizeram por mim.
Susy, meu amor, pela pacincia, compreenso e companheirismo
nesses dois anos dos nossos mestrados simultneos.
Ao professor Elineudo Pinho de Moura, por ter me dado a oportunidade
de iniciar meus trabalhos na fascinante rea dos Ensaios No-Destrutivos.
Ao professor Lindberg Lima Gonalves, por todo o apoio ao trabalho.
A todos os professores do programa, em especial ao professor Igor
Vasconcelos, pela motivao que recebi logo que comecei o programa de mestrado.
Ao professor Srgio Daher, do Departamento de Engenharia Eltrica,
pelas valiosas informaes sobre a construo de sensores eletromagnticos.
Ao professor Linilson Rodrigues e aos pesquisadores do LADIN USP,
pela ateno dispensada e a realizao das medies de RMB.
Aos colegas do programa de Ps-Graduao em Engenharia e Cincia de
Materiais
Aos colegas do CENDE Centro de Ensaios No-Destrutivos. E aos
alunos de iniciao cientfica, Emanuel e Marcos Daniel, pelo auxlio na execuo
dos experimentos.
CAPES, pela concesso da bolsa, que foi literalmente de vital
importncia.
Universidade Federal do Cear pelo conhecimento oferecido a mim nos
anos de graduao e mestrado.
No podemos comandar a Natureza seno obedecendo-a. (Francis Bacon)
RESUMO
As propriedades magnticas dos materiais ferromagnticos so bastante
influenciadas pelo estado microestrutural e o estado de tenses. Dessa forma, o
monitoramento do comportamento magntico dos materiais estruturais pode ser
utilizado para a caracterizao de seu estado interno. Este trabalho desenvolve um
sistema de medio experimental para a realizao de ensaios no-destrutivos
baseados na avaliao das caractersticas magnticas do material e sua correlao
com o estado de tenses e microestrutura. O sistema foi aplicado na avaliao da
degradao microestrutural causada por deformao plstica a frio do ao A516
grau 60, provocada pelo processo de laminao. Foi projetado e construdo um
sensor para realizar simultaneamente a magnetizao e o monitoramento do
comportamento magntico do material inspecionado. Parmetros operacionais do
sensor como frequncia, corrente e espessura da camada de ar entre o sensor e a
superfcie do material foram estudados atravs da simulao com o mtodo dos
elementos finitos. Entre os ensaios realizados pelo sistema est o ensaio de
anisotropia magntica, que obtm o valor da densidade de fluxo em vrios ngulos
em relao direo de laminao. O ensaio de histerese realiza o levantamento do
ciclo de histerese do material, de onde possvel extrair os parmetros campo
coercitivo e perdas de histerese, que apresentam correlao direta com o grau de
deformao plstica. O ensaio de energia magnetocristalina fornece uma avaliao
direta da anisotropia entre os eixos paralelo e perpendicular direo de laminao.
O ensaio de anlise dos ciclos menores de histerese utiliza excitao triangular, o
que viabiliza uma avaliao direta da permeabilidade magntica diferencial, que
bastante sensvel ao estado interno do material e fornece uma visualizao de como
o processo de magnetizao influenciado pela deformao plstica e pelas
tenses residuais. Os ensaios apresentaram resultados coerentes com o estado final
provocado pelo processo de laminao a frio e com a literatura, caracterizando
satisfatoriamente o estado do material estudado.
Palavras-chave: Ensaios no-destrutivos. Propriedades magnticas. Deformao plstica a frio. Tenses residuais.
ABSTRACT
The magnetic properties of ferromagnetic materials are greatly influenced
by the microstructure and stresses. Thus, the evaluation of the magnetic behavior of
structural materials can be used for characterization of its internal state. This paper
develops a experimental measurement system for non-destructive testing based on
the evaluation of the magnetic characteristics of the material and its correlation with
the state of stress and its microstructure. The system was used to evaluate the
microstructural degradation caused by plastic deformation of A516 grade 60 steel,
through cold rolling process. A sensor was designed and built to perform both the
magnetization and the monitoring of magnetic behavior of the material tested. Sensor
operating parameters such as frequency, current and thickness of the air gap
between the sensor and the surface of the material were studied by simulation with
finite element method. Among the tests performed by the system is the testing of
magnetic anisotropy, which gets the value of the flux density at various angles
relative to the rolling direction. The hysteresis test obtains the hysteresis loop of the
material from which it is possible to extract the magnetic parameters coercive field
and hysteresis losses, which have a direct correlation with the degree of plastic
deformation. The magnetocrystalline energy testing provides a direct assessment of
anisotropy between the axes parallel and perpendicular to the rolling direction. The
testing of analysis of minor hysteresis loops uses triangular excitation, which enables
a direct assessment of the differential magnetic permeability, which is very sensitive
to the internal state of the material and provides a visualization of how the process of
magnetization is influenced by plastic deformation and residual stresses . The tests
showed results consistent with the final state caused by the process of cold rolling
and similar research on the literature, providing an satisfactory characterization of the
state of the studied material.
Keywords: Non-destructive testing. Magnetic properties. Cold rolling. Residual stresses.
LISTA DE ILUSTRAES
Figura 2.1. Linhas de campo magntico em uma barra magnetizada.......................24
Figura 2.2. Momentos magnticos nos diferentes materiais magnticos (Spaldin,
2010)............................................................................................................................26
Figura 2.3. Magnetizao de um material ferromagntico. medida que o campo
magntico aumenta, os domnios melhor alinhados com o campo crescem s custas
dos outros domnios. (Spaldin, 2010).........................................................................27
Figura 2.4. Ciclo de histerese magntica tpico de um material ferromagntico........28
Figura 2.5. Parede de domnio de 180, onde possvel observar a transio do
momento magntico entre dois domnios (Cullity, 1972)............................................30
Figura 2.6. Parede de domnio de 90 (Spaldin, 2010)...............................................30
Figura 2.7: Partes da curva de magnetizao. Na primeira parte, a movimentao de
paredes predomina, enquanto na segunda par
