Evolution of artificial defects during shape rolling

Very often defects are present in rolled products. For wire rods, defects are very deleterious since the wire rods are generally used directly in various applications. For this reason, the market nowadays requires wire rods to be completely defect-free. Any wire with defects must be rejected as scrap which is very costly for the production mill. Thus, it is very important to study the formation and evolution of defects during wire rod rolling in order to better understand and minimize the problem, at the same time improving quality of the wire rods and reducing production costs. The present work is focused on the evolution of artificial defects during rolling. Longitudinal surface defects are studied during shape rolling of an AISI M2 high speed steel and a longitudinal central inner defect is studied in an AISI 304L austenitic stainless steel during ultra-high-speed wire rod rolling. Experimental studies are carried out by rolling short rods prepared with arteficial defects. The evolution of the defects is characterised and compared to numerical analyses. The comparison shows that surface defects generally reduce quicker in the experiments than predicted by the simulations whereas a good agreement is generally obtained for the central defect.

Experimental and computational investigation of the roll forming process

One of the first questions to consider when designing a new roll forming line is the number of forming steps required to produce a profile. The number depends on material properties, the cross-section geometry and tolerance requirements, but the tool designer also wants to minimize the number of forming steps in order to reduce the investment costs for the customer. There are several computer aided engineering systems on the market that can assist the tool designing process. These include more or less simple formulas to predict deformation during forming as well as the number of forming steps. In recent years it has also become possible to use finite element analysis for the design of roll forming processes. The objective of the work presented in this thesis was to answer the following question: How should the roll forming process be designed for complex geometries and/or high strength steels? The work approach included both literature studies as well as experimental and modelling work. The experimental part gave direct insight into the process and was also used to develop and validate models of the process. Starting with simple geometries and standard steels the work progressed to more complex profiles of variable depth and width, made of high strength steels. The results obtained are published in seven papers appended to this thesis. In the first study (see paper 1) a finite element model for investigating the roll forming of a U-profile was built. It was used to investigate the effect on longitudinal peak membrane strain and deformation length when yield strength increases, see paper 2 and 3. The simulations showed that the peak strain decreases whereas the deformation length increases when the yield strength increases. The studies described in paper 4 and 5 measured roll load, roll torque, springback and strain history during the U-profile forming process. The measurement results were used to validate the finite element model in paper 1. The results presented in paper 6 shows that the formability of stainless steel (e.g. AISI 301), that in the cold rolled condition has a large martensite fraction, can be substantially increased by heating the bending zone. The heated area will then become austenitic and ductile before the roll forming. Thanks to the phenomenon of strain induced martensite formation, the steel will regain the martensite content and its strength during the subsequent plastic straining. Finally, a new tooling concept for profiles with variable cross-sections is presented in paper 7. The overall conclusions of the present work are that today, it is possible to successfully develop profiles of complex geometries (3D roll forming) in high strength steels and that finite element simulation can be a useful tool in the design of the roll forming process.

Estudo da corrosao do aco ABNT 1010 em alcool etilico adicionado de inibidores

Estudou-se o comportamento do aço AISI 1010 em AISI 1010 em àlcool etílico puro com 3,5% H20 e diferentes aditivos (acetato de sódio, um aditivo comercial e trietanolamina) em meio arejado e desarejado, com e sem agitação. Os resultados experimentais mostram que os aditivos usados exercem efeito inibidor da corrosão no aço. A água (3,5%) origina um período de incubação até o aparecimento de pite. A reação de redução catódica do oxigênio apresenta duas ondas, o que permite dizer que a presença de algum filme modifica a mesma. Os ensaios em etanol carburante, a longo prazo, apresentaram corrosão localizada em meio arejado (a qual é evitada com adição de 10-² M de acetato de sódio), e corrosão generalizada em meio desarejado.

Estudo da nitretação a plasma aplicada em ferramentas para fresamento

Este trabalho tem como objetivo estudar a influência do tratamento superficial, através da técnica de nitretação a plasma, no processo de fresamento com fresas de aço rápido AISI M2. Foram investigados os efeitos deste tratamento superficial no processo de corte, variando-se a forma de refrigeração/lubrificação das fresas com fluído de corte convencional (emulsão) em abundância, com minimização e sem fluído (lubrificação a seco). Na nitretação, a composição da mistura de gases utilizada nos experimentos foi de 5% N2 e 95% H2 em volume, a uma pressão de tratamento de 5 mbar (3,8 Torr). A temperatura utilizada foi de 440oC, durante um tempo de tratamento de 30 minutos, resultando em uma camada nitretada com uma zona de difusão com aproximadamente 8µm de profundidade. As ferramentas empregadas no processo de fresamento foram investigadas através de medição de forças de usinagem, medições de desgaste na superfície de incidência (flanco) e na superfície de saída (face), sendo as camadas nitretadas caracterizadas por metalografia óptica e microdureza. Foi observado um desempenho superior das fresas nitretadas apenas para as condições de corte a seco.

Estudo crítico das metodologias de cálculo para perfis dobrados a frio de vigas tipo canal sem enrijecedores de borda

Neste trabalho é realizada uma análise crítica sobre as formas de dimensionamento de estruturas de chapa dobrada, apresentando as metodologias utilizadas pelas principais normas modernas de cálculo, juntamente com metodologias não convencionais. Para realizar dita análise concentrou se a atenção num tipo de perfil simples (perfis não enrijecidos), e submetido a dois tipos de carregamento: carga axial concentrada no centro de gravidade; barra trabalhando como viga em balanço com carga aplicada no centro de corte. Foi realizado um estudo comparativo, entre as normas de cálculo NBR 14762, AISI e Eurocode 3, com outros métodos de dimensionamento, que são: o método direto desenvolvido por Schafer (1997); e duas formulações de análise por elementos finitos: uma considerando a carga de flambagem elástica; e outra empregando uma análise não linear física e geométrica, para perfis submetidos à compressão centrada e à flexão. Neste trabalho realizou-se um estudo paramétrico, registrando em gráficos e tabelas a influência de parâmetros tais como: comprimento do elemento analisado; da relação entre a alma e a mesa; da relação alma e a espessura. Através destes gráficos é possível observar as diversas formas de colapso (flambagem local, flambagem global, colapso plástico entre outras) se apresentando como críticas e interagindo entre si. Realizaram-se também dois experimentos de perfis submetidos à flexão, com o objetivo de verificar a grandeza dos valores obtidos através das diversas metodologias de cálculo. Para aplicação prática dos conceitos e métodos apresentados fez-se a verificação do dimensionamento de uma estrutura utilizada como prateleira em um almoxarifado de uma empresa metalúrgica situada na grande Porto Alegre, a qual apresentou flambagem lateral de seus elementos horizontais.

A influência das tensões sobre a difusão de nitrogênio no processo de nitretação a plasma

O objetivo deste trabalho foi verificar a influência das tensões sobre o processo de nitretação a plasma/ difusão do nitrogênio. Amostras do aço AISI M2 e DIN CK45 foram nitretadas apresentando diferentes condições superficiais prévias. Amostras foram nitretadas a plasma a 5000C, com a composição gasosa de 5% de nitrogênio com o balanço em hidrogênio, variando-se o tempo do processo entre 30 e 60, e ainda, 120 minutos para as amostras do aço AISI M2. Estas condições foram produzidas por jateamento controlado e polimento mecânico. Adicionalmente, buscando comparar diferenças entre as tensões mecânicas e residuais, foi utilizado um dispositivo de flexão para promover tensões de carregamento na superfície de uma parte das amostras. As técnicas de análise envolveram medidas de tensões residuais e análise de fases por difração de raios X, caracterização microestrutural por microscopia ótica, perfis de microdurezas e perfis de composição química via espectroscopia ótica de descarga incandescente. Para as amostras do aço AISI M2 não foi detectada a formação da camada de compostos em nenhuma das condições utilizadas. Para amostras do aço DIN CK45, a formação da camada de compostos não pôde ser evitada. Tensões residuais da ordem de 1000 MPa foram medidas nas amostras do aço AISI M2, sendo mais altas para amostras jateadas e polidas que para amostras apenas polidas Os ensaios realizados demonstraram que o nível de tensões do material influencia significantemente a difusão do nitrogênio na matriz. Amostras nitretadas com tensões compressivas apresentaram profundidade de camada da ordem de 45µm, enquanto amostras com tensões zero ou tensões de tração apresentaram camadas da ordem de 50µm. Amostras polidas apresentaram em geral zonas de difusão mais profundas que as amostras jateadas e polidas previamente, obtendo-se uma diferença em profundidade de camada nitretada de até 100%, como se observou nas amostras do aço AISI M2 tratadas por 120 minutos.

Avaliação técnica da possibilidade de reciclo do efluente tratado de uma indústria de alimentos

Mudanças de paradigma estão acontecendo no mundo, e dentre elas o movimento ecológico vem colaborando com soluções viáveis na sustentabilidade ambiental. Experiências internacionais evidenciam a importância da cobrança pelo uso da água. Na eminência desta, as indústrias nacionais estão se adequando à prática racional de utilização de seus líquidos. O presente trabalho teve por objetivo estudar as possibilidades de reciclo do efluente tratado de uma indústria de alimentos, compilando e avaliando alguns parâmetros da água bruta, potável e do efluente tratado, comparando-os com às exigências das legislações vigentes. A concentração de cloreto no efluente tratado apresentou-se elevada, porém próprio desse segmento industrial. Dentre as hipóteses estudadas a mais adequada foi a de substituir o ácido clorídrico utilizado na extração de proteína por outra alternativa, neste caso, o ácido acético, já que este colabora sensivelmente com a redução de cloretos. Visando avaliar a corrosividade dos soros proteicos, foram realizados os ensaios de polarização potenciodinâmica, nos quais corpos de provas de aço inoxidável AISI 304 foram imersos. Observou-se que o soro procedente do ácido acético não apresenta corrosividade importante, enquanto que, o procedente do processo de ácido clorídrico apresenta corrosividade significativa. Os outros corpos de prova foram imersos, em líquidos com diversos teores de cloreto dentro das tubulações dos processos industriais. As superfícies das placas apresentaram comportamentos distintos para cada local de imersão. As placas localizadas em tubulações de maior teor de cloreto, proteína e açúcares continham na sua superfície uma camada espessa de matéria orgânica aderida, já as placas do efluente tratado observou-se presença da camada de matéria orgânica, de menor espessura e quebradiça. Em ambos os casos observou-se a presença de pites e iridiscência, confirmando a corrosividade dos líquidos liberados dos processos produtivos e pelo efluente devido, principalmente, à presença de íon cloreto, dentre outros fatores.

Caracterização de materiais para o processo de estampagem

O presente trabalho tem como objetivo avaliar as características e propriedades mecânicas das chapas metálicas empregadas na fabricação de produtos estampados. Neste trabalho são analisadas seis amostras de chapas metálicas: aço inoxidável AISI 304 e aço inoxidável AISI 430 produzidas pela ACESITA, aço NBR 5915 EP produzida pela USIMINAS alumínio ABNT liga 3104-0 produzida pela ALCAN Alumínio do Brasil Ltda, cobre liga ABNT 110 mole e latão liga ABNT 268 mole fabricados pelo Grupo PARANAPANEMA. Este trabalho tem como objetivo determinar e analisar as seguintes propriedades mecânicas: estrutura metalográfica, dureza, a tensão convencional(1 [ 0 FXUYD GH HVFRDPHQWR verdadeira ( kf [ 3 índice de encruamento (n), anisotropia média (rm), DQLVRWURSLD SODQDU ûr) e o Limite Razão de Estampagem ( Os resultados obtidos dos ensaios mecânicos são confrontados com os dados dos fabricantes da matéria prima e outras referências bibliográficas.

Obtenção e caracterização de filmes finos de (Ti,Al) do tipo multicamadas para aplicação em matrizes

Existe, por parte da comunidade industrial e científica, uma incessante procura por revestimentos protetores mais resistentes a ambientes cada vez mais agressivos, como aquele encontrado pelas ferramentas de injeção de alumínio. Uma das tendências que surge para aumentar a vida útil destas ferramentas é a de produzir filmes finos compostos por diversas camadas, cada qual tendo sua função especifica; um exemplo deste tipo de revestimento é aquele composto por camada de adesão, camada intermediária e camada de trabalho. Neste trabalho, foi proposto estudar a utilização do nitreto de titânio e alumínio (Ti,Al)N, tanto como camada intermediária quanto de trabalho, uma vez que este apresenta alta dureza, grande resistência ao desgaste e superior resistência à oxidação. Para a camada intermediária, foram depositados filmes finos tipo multicamadas (TixAl1-x)N/(TiyAly-1)N, (Ti,Al)N/TiN e (Ti,Al)N/AlN, com variação na estrutura cristalina e na espessura das camadas individuais, pois dependendo da quantidade de alumínio adicionado ao sistema, o (Ti,Al)N apresenta mudanças em algumas de suas propriedades, como estrutura cristalina, dureza e resistência mecânica. Os filmes finos monolíticos de (Ti,Al)N e suas multicamadas foram depositadas por magnetron sputtering reativo e caracterizados quanto ao crescimento cristalino, estequiometria, espessura das camadas individuais, dureza e módulo de elasticidade. Na segunda parte deste trabalho, a fim de avaliar a camada de trabalho, é apresentada uma nova técnica de caracterização in-situ, que avalia as reações químicas que ocorrem entre o alumínio e os materiais selecionados. Foram comparados entre si o aço AISI H13, os revestimentos nitreto de titânio, nitreto de cromo, e três diferentes composições de (Ti,Al)N, a fim de verificar qual material apresenta o comportamento mais inerte em contato ao alumínio a altas temperaturas. Para tanto, foram utilizadas as técnicas de calorimetria diferencial de varredura (DSC) e difração de raios X (XRD).

Obtenção de superligas NiCrAIY nanoestruturadas por moagem de alta energia e sua aplicação por aspersão térmica hipersônica (HVOF)

Esta dissertação tem como objetivos o estudo da produção de uma liga metálica nanoestruturada através do processo de moagem de alta energia, determinar a evolução microestrutural desta liga metálica durante o seu processamento e sua utilização na forma de revestimento protetor, depositado por aspersão térmica HVOF. O material escolhido foi a superliga NiCrAlY devido a sua grande importância tecnológica e pela pequena quantidade de trabalhos publicados até o momento sobre a produção e o emprego desta liga na forma nanoestruturada. A superliga NiCrAlY foi processada através de um moinho de alta energia do tipo Szegvari, empregando-se esferas de aço AISI 52100 como meio de moagem, em 3 diferentes condições de agitação e 3 relações entre meio de moagem/material. O material processado foi caracterizado através de diferentes métodos de análise, segundo critérios como: i) morfologia, caracterizada através de microscopia eletrônica de varredura e granulometria por difração de laser, ii) tamanho de cristalito, através da análise do alargamento dos picos de difração de raios X pelo método single-line, iii) nível de contaminação por Fe, determinado através da análise por fluorescência de raios X. Revestimentos protetores foram depositados através do processo de aspersão térmica HVOF sobre substratos de aço inox AISI 304 para o estudo dos parâmetros de deposição e controle microestrutural dos revestimentos, com o objetivo de manter o tamanho de cristalito nanométrico das partículas após a deposição Os resultados mostram que o processo de moagem de alta energia provoca uma profunda alteração na morfologia das partículas, originando partículas achatadas e pequenos fragmentos, além de uma rápida redução do tamanho de cristalito, atingindo valores menores do que 20 nm nas primeiras horas de processamento. A microestrutura dos revestimentos depositados apresenta-se com um caráter lamelar acentuado, devido ao formato pré-aspersão das partículas, e uma microestrutura densa com uma quantidade relativamente grande de óxidos interlamelares. Também foi constatado que o processo de deposição dos revestimentos por aspersão térmica HVOF leva a um crescimento no tamanho dos cristalitos das partículas, mas é capaz de manter o tamanho dos cristalitos inferior a 100 nm após a deposição, levando a um revestimento com microdureza Vickers 35% superior com relação ao revestimento depositado com o material convencional.

Análise por difração de raios-x da interface plasma-superfície durante a nitretação a plasma

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um equipamento utilizado para acompanhamento e monitoramento do processo de nitretação a plasma enquanto ele ocorre, ou seja, de forma in-situ. Os resultados obtidos com a utilização deste equipamento são demonstrados e confirmam a potencialidade da técnica na caracterização de mecanismos de nitretação a plasma. Ensaios de adaptação à técnica foram realizados, visando adquirir experiência no reconhecimento e detecção de fases formadas durante o processo e de possibilidades de caracterização proporcionadas pela técnica. Desta forma a influência de três composições gasosas na formação de camadas nitretadas em aço médio carbono AISI 1045 foi avaliada de forma in-situ por difração de raios-X e post-mortem por metalografia, GDOS e microdureza Vickers. A composição gasosa de 76% N2 – 24% H2 mostrou alto poder de nitretação, e formou camadas de compostos espessas e zonas de difusão profundas, com aumentos consideráveis de dureza. A composição gasosa de 5% N2 – 95% H2, formou camadas de compostos pequenas e zonas de difusão profundas, além de aumentos de dureza superficial. Em uma segunda avaliação, amostras de aço AISI 1045, foram nitretadas em duas composições gasosas: 5% N2 – 95% H2 e 25% N2 – 75% H2, nas temperaturas de 450ºC, 480ºC, 520ºC, 540ºC e 560ºC. Com o acompanhamento in-situ por difração de raios-X de trechos específicos de 2Θ correspondentes às linhas de difração das fases γ’ e ε, foi possível obter o tempo de incubação da fase γ’ para cada combinação composição gasosa - temperatura, que foram comparados com dados já existentes para nitretação a gás. Também foi possível o acompanhamento do crescimento, desenvolvimento e de mudanças na largura das linhas destas fases O tempo de incubação da fase γ’ permitiu a comparação entre os resultados das nitretações a plasma e os resultados previstos por um diagrama de Lehrer, e uma boa correlação entre as fases previstas pelo diagrama e as encontradas na prática foi encontrada. As amostras foram avaliadas ainda por difração de raios-X em ângulos rasantes, que permitiu a caracterização das camadas mais superficiais das amostras e, com base nestes resultados e nos resultados das análises in-situ, obteve-se um mapa prático de previsão de fases para a nitretação a plasma.

Avaliação do desempenho do aço D6 tratado termicamente e netretado em plasma com gaiola catódica visando aplicação industrial

In this research there was an evaluation of the best conditions of nitriding in plasma within a cathodic cage at an atmosphere of 80% N2-20%H2 in samples of tool manganese steel AISI D6, cold working, treated thermally in the following conditions: tension relief, treated thermally to temperature of maximum heat, temperate heat and temperate and temperate heat. A pressure of 2.5mbar and temperatures of 400 and 300ºC com treatment time of two and three hours were used to evaluate its performance as cutting tool (punch) of bicycle backs. Hardness, micro-structural aspects (layer thickness, interface, grain size etc), and crystal phases on the surface were appraised. When treated to tension relief, thermally treated to maximum heat temperature, temperature and temperate heat, the samples presented hardness levels of 243HV, 231HV, 832HV, and 653HV, respectively. The best nitrification conditions were: four hours and 300ºC for heat samples. A superficial hardness of 1000HV and a 108µm thickness for the nitrided layer were found in these samples

Avaliação de heterociclo do tipo mesoiônico solubilizado em sistema microemulsionado para aplicação em dutos

The efficiency of inhibition to corrosion of steel AISI 1018 of surfactant coconut oil saponified (SCO) and heterocyclic type mesoionics (1,3,4-triazólio-2-tiolato) in systems microemulsionados (SCO-ME and SCO-ME-MI) Of type O/A (rich in water emulsion) region with the work of Winsor IV. The systems microemulsionados (SCO-ME and SCO-ME-MI) were evaluated with a corrosion inhibitor for use in saline 10,000 ppm of chloride enriched with carbon dioxide (CO2). The assessment of corrosion inhibitors were evaluated by the techniques of linear polarization resistance (LPR) and loss of weight (MW) in a cell instrumented given the gravity and electrochemical devices. The systems were shooting speed of less than 60 minutes and efficiency of inhibition [SCO-ME (91.25%) and SCO-ME-MI (98.54%)]

Sinterização de aço inoxidável reforçado com partículas nanométricas dispersas de carbeto de nióbio - NbC

Metal powder sintering appears to be promising option to achieve new physical and mechanical properties combining raw material with new processing improvements. It interest over many years and continue to gain wide industrial application. Stainless steel is a widely accepted material because high corrosion resistance. However stainless steels have poor sinterability and poor wear resistance due to their low hardness. Metal matrix composite (MMC) combining soft metallic matrix reinforced with carbides or oxides has attracted considerable attention for researchers to improve density and hardness in the bulk material. This thesis focuses on processing 316L stainless steel by addition of 3% wt niobium carbide to control grain growth and improve densification and hardness. The starting powder were water atomized stainless steel manufactured for Höganäs (D 50 = 95.0 μm) and NbC produced in the UFRN and supplied by Aesar Alpha Johnson Matthey Company with medium crystallite size 16.39 nm and 80.35 nm respectively. Samples with addition up to 3% of each NbC were mixed and mechanically milled by 3 routes. The route1 (R1) milled in planetary by 2 hours. The routes 2 (R2) and 3 (R3) milled in a conventional mill by 24 and 48 hours. Each milled samples and pure sample were cold compacted uniaxially in a cylindrical steel die (Ø 5 .0 mm) at 700 MPa, carried out in a vacuum furnace, heated at 1290°C, heating rate 20°C stand by 30 and 60 minutes. The samples containing NbC present higher densities and hardness than those without reinforcement. The results show that nanosized NbC particles precipitate on grain boundary. Thus, promote densification eliminating pores, control grain growth and increase the hardness values

Utilização de matérias primas vegetais para aplicabilidade como inibidores de corrosão

In the search for products that act as corrosion inhibitors and do not cause environmental, impact the use of plant extracts as corrosion inhibitors is becoming a promising alternative. In this work the efficiency of polar extracts (ethanol extracts) obtained from the plants Anacardium occidentale Linn (AO) and Phyllantus amarus Schum. & Thonn (PA) as corrosion inhibitors were evaluated in different concentrations. For that AO and PA extracts were solubilized in the microemulsion systems (SME) containing saponified coconut oil as surfactant (SME -OCS and SME-OCS-1) in saline (NaCl 3,5 %) solution, which was also used as electrolyte. Both SME-OCS and SME-OCS-1 were characterized by surface tension and viscosity methods showing a Newtonian fluid behavior. The SME-OCS and SME-OCS-1 systems satisfactorily solubilized the polar extracts AO and PA with measurements carried out by ultraviolet spectroscopy. The measurements of corrosion inhibition efficiencies were performed by the electrochemical linear polarization resistance (LPR) technique as well as weight loss, on the surface of AISI 1020 carbon steel. The maximum corrosion inhibition efficiencies were determined by extrapolation of Tafel plots, showing the following values: 95,6 % for the system SME-OCS-AO, 98,9 % for the system SME-OCS-AO-1 and 93,4 % for the system SME-OCS-PA