EQUACIONAMENTO E AUTOMATIZAÇÃO DA NORMA SAE J 1397 PARA AÇOS CARBONO

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1 EQUACIONAMENTO E AUTOMATIZAÇÃO DA NORMA SAE J 1397 PARA AÇOS CARBONO

2 AUTORES Alunos de Graduação em Eng a 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

3 Sumário Assuntos 1. Objetivo 2. Fundamentação 3. Visão Geral das Normas 1. SAE J SAE J DIN ISO (ex DIN 50150) 4. Procedimento Analítico 5. Resultados Obtidos 6. Conclusões

4 O B J E T I V O

5 Introdução Objetivo Empregar conhecimentos básicos da relação estruturapropriedades, disponíveis na bibliografia, conjuntamente com as normas: SAE J403 Chemical compositions of SAE carbon steel DIN EN ISO Metallic Materials - Conversion of hardness values. (substituiu a DIN 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

6 F U N D A M E N T A Ç Ã O

7 Introdução Fundamentação 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). Aços Carbono Manganês Normalizados

8 Introdução Fundamentação 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: LE = 91,7 + 40,7(%Mn)+70,4(%Si)+1,5(%Perlita)+521,776(1/ d) LR = 223,2 + 56,7(%Mn)+102(%Si)+4,3(%Perlita)+373(1/ d) Eq. Exemplo devido à Irvine e Pickering: LE = 91,7 + 32,4(%Mn)+84,1(%Si)+ 84,1(%Cu)+13,7(%Mo) -31(%Cr)+4,345(%N free )1,5(%Perlita)+521,776(1/ d) Eq. (1)

9 Introdução Fundamentação É possível relacionar vários dados disponíveis em normas, utilizando-se o conhecimento teórico, disponível em bilbiografia para obter relações matemáticas entre:

10 V I S Ã O G E R A L D A S N O R M A S S A E J Chemical Compositions of SAE Carbon Steels

11 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:

12 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:

13 V I S Ã O G E R A L D A S N O R M A S S A E J Estimated Mechanical Properties and Machinability of Steel Bars

14 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:

15 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:

16 V I S Ã O G E R A L D A S N O R M A S D I N E N I S O Conversion of hardness values

17 Introdução Visão Geral da norma DIN EN ISO Conversion of hardness values. Substituiu a DIN Utilizada para converter valores de dureza em escalas diferentes. Também relaciona LR com dureza. Exemplo:

18 Introdução Visão Geral da norma DIN EN ISO Conversion of hardness values. Substituiu a DIN Utilizada para converter valores de dureza em escalas diferentes. Também relaciona LR com dureza. Exemplo:

19 P R O C E D I M E N T O A N A L Í T I C O

20 Procedimento Analítico Descrição Geral OBTEVE-SE DADOS DAS NORMAS: SAE J403 SAE J1397 DIN EN (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

21 Procedimento Analítico Descrição Geral OBTEVE-SE DADOS DAS NORMAS: SAE J403 SAE J1397 DIN EN (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

22 Procedimento Analítico Descrição Geral OBTEVE-SE DADOS DAS NORMAS: SAE J403 SAE J1397 DIN EN (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

23 Procedimento Analítico Fluxograma das Atividades Normas SAE J403 SAE J1397 DIN ISO Tamanho de Grão AC 3 AC 1 Bibliografia % PERLITA REGRA DAS MISTURAS (PROP. MEC.) % Perlita Comp. Química TAMANHO DE GRÃO X C Equivalente Desenvolvimento Equacionamento COMPOSIÇÃO QUÍMICA PROPRIEDADES MECÂNICAS RESULTADO

24 Procedimento Analítico %C %Si %Mn %Ceq %C Perlita %Perlita SAE J403 CALCULADO (I.I.W.*) LR (MPa) LE (MPa) d efetivo modelado (mícrons) Determinação da T AR3 E T AR1 SAE J1397 CALCULADO ( * ) International Institute of Welding

25 Procedimento Analítico %C %Si %Mn %Ceq %C Perlita %Perlita SAE J403 CALCULADO (I.I.W.*) LR (MPa) LE (MPa) d efetivo modelado (mícrons) Determinação da T AC1 E T AC3 SAE J1397 CALCULADO

26 Procedimento Analítico %C %Si %Mn %Ceq %C Perlita %Perlita SAE J403 CALCULADO (I.I.W.*) LR (MPa) LE (MPa) d efetivo modelado (mícrons) Determinação da T AR3 E T AR1 SAE J1397 CALCULADO LE = 91,7 + 40,7(%Mn)+70,4(%Si)+1,5(%Perlita)+522(1/ d) LR = 223,2 + 56,7(%Mn)+102(%Si)+4,3(%Perlita)+373(1/ d)

27 R E S U L T A D O S O B T I D O S

28 Temperatura C RESULTADOS Determinando as temperaturas de AC3 e AC1 Temperatura X % Carbono 880,0 860,0 840,0 820,0 800,0 780,0 760,0 740,0 720,0 700,0 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 % PERLITA

29 RESULTADOS Achando o tamanho de grão: Aço %C %Si %Mn Ceq C Perlita %Perlita LR Norma (MPa) d efetivo Teórico (mm)* ,205 0,20 0,45 0,30 0,764 0, , ,465 0,20 0,75 0,61 0,859 0, , ,815 0,30 0,75 0,97 0,859 0, ,0006 * - Tamanho de grão teórico para ajuste que considera os demais efeitos microestruturais não previstos na equação utilizada.

30 Tamanho do grão 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 RESULTADOS Exemplos de Cálculos d efetivo modelado (mícrons) TG = 49,32e -5,07(%Ceq) R² = 0,96 d (mícrons) Exponencial (d (mícrons)) Graças ao modelamento do tamanho de grão, conseguimos determinar as propriedades mecânicas. 10,0 5,0 0,0 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Carbono equivalente

31 Dureza Vickers RESULTADOS Com a determinação do LR obtivemos as escalas de dureza Brinell e Vickers, que podem ser convertidas em escalas de dureza relativas (Rockwell). Dureza Vickers y = 1,05x + 0,02 R² = 1, Dureza Brinell

32 RESULTADOS Forneça as porcentagens %C %Si %Mn Mín 0,04 0,00 0,20 AR1 ( o C) AR3 ( o C) %Ceq C Perlita %Perlita d efetivo modelado (mícrons) LR (MPa) LE (MPa) HB HV DESEJADO 0,08 0,00 0,00 723,0 852,6 0,08 0,638 0,091 33, Máx 0,82 0,30 0,85 Digita-se a composição Obtêm-se as propriedades do material

33 RESULTADOS %Mn %C Limite de Escoamento (MPa)

34 RESULTADOS %Mn %C Limite de Resistência (MPa)

35 C O N C L U S Õ E S

36 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 J Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar o trabalho prático.

37 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. %C %Si %Mn Mín 0,04 0,00 0,20 Máx 0,82 0,30 0,85 5. Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar o trabalho prático.

38 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 J Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar o trabalho prático.

39 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 J Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar o trabalho prático.

40 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 J Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar o trabalho prático.

41 Agradecimentos Os autores gostariam de expressar agradecimentos à: UNISANTA USIMINAS-Cubatão Obrigado...!