CONFORMAÇÃO DE CHAPAS POR LINHAS DE CALOR DO AÇO ASTM A 131 GRAU AH36 E SUA CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL. Edson F. Pereira 1, Ricardo A. Sanguinetti Ferreira 2, Tiago L. Rolim 3. 1 PE-60, Km 15, Califórnia, Ipojuca, Pernambuco, Brasil. IFPE edsonfernando@ipojuca.ifpe.edu.br 2,3 Departamento de Engenharia Mecânica, programa de pós graduação da UFPE. RESUMO A Conformação de chapas por linhas de calor do aço ASTM A131 grau AH36 foi estudada em função das modificações microestruturais produzidas pelo calor. As chapas da proa e popa dos navios com suas curvaturas complexas são préconformadas por calandras, e em seguida finalizadas por linhas de calor, geralmente por caldeireiros experientes, mas de forma empírica Neste trabalho, uma chapa deste aço foi deformada por linhas de calor e depois de uma preparação metalográfica foi realizada uma macrografia para determinação dos limites das zonas plastificada (aquecida) e intermediária com o metal de base. Aspectos microestruturais destas diferentes zonas foram caracterizadas por microscopia ótica e a composição química foi determinada por espectrometria de emissão. As propriedades mecânicas destas diferentes zonas foram avaliadas por microdureza. Os resultados mostraram os efeitos térmicos sobre a microestrutura na região plastificada (aquecida), com os grãos de ferrita subdividindo-se em sub-grãos devido à recristalização, enquanto a região intermediária perdeu parcialmente os efeitos da textura de laminação. Palavras Chaves: Conformação por Linhas de calor, Caracterização microestrutural, Aço ASTM A 131 Grau AH36. INTRODUÇÃO. O processo de conformação de chapas por linhas de calor consiste de um método que utiliza uma fonte de calor em movimento com o objetivo de provocar na 6439
região aquecida uma dilatação elástica e plástica que resulta em uma deformação permanente de chapas com curvaturas complexas, concavas, sela e reversas, etc. A mecanização do processo de conformação de chapas por linha de calor está representada na Fig. 1, e se baseia na aplicação de uma fonte de calor sobre uma superfície de uma chapa, seguido por um resfriamento. O equipamento é composto por um maçarico, que suporta um bico de chama oxiacetilênica, em movimento uniforme constante e que, à medida que esta fonte de calor se desloca a chapa se deforma, devido a um gradiente de temperatura e à expansão térmica não uniforme na chapa. Logo, em seguida, a região aquecida recebe um jato de água de resfriamento à temperatura ambiente, proveniente de uma tubulação afixada ao conjunto de maçarico que mantém a mesma velocidade da chama, produzindo esse resfriamento, uma deformação plástica na chapa (1). Figura 1 - Mecanização da linha de calor. No processo de linhas de calor com o gás acetileno necessita-se de controle das variáveis do processo, que são detalhadas na Fig. 2, onde se destaca a velocidade de deslocamento da tocha e resfriamento. O aumento da velocidade de movimentação da tocha diminui a temperatura de aquecimento da linha de calor. Uma diminuição da velocidade pode ocorrer um aumento de temperatura muito acima da temperatura de transformação gerando micro estruturas martensita na região aquecida/resfriada (2). O resfriamento da linha de calor por água pode rebaixar a temperatura de 600ºC a 100ºC num intervalo de tempo de 8 segundos (2). Em geral, no ensaio de impacto Charpy, as amostras de chapas navais, após aplicação do processo de linhas de calor, apresentam uma diminuição da energia absolvida em relação à condição da chapa como recebida. Na temperatura de 20ºC 6440
temos as energias absorvidas de 16,0 Kgm; 11,0 Kgm; 14,0 Kgm, para as condições: como recebida, com resfriamento a 700 C e com resfriamento a 500 C respectivamente (2). Figura 2 - Variáveis dos Processos A deformação angular de chapas navais por linhas de calor dependem diretamente das espessuras, do aporte térmico absorvido, da temperatura, da velocidade de movimentação da tocha, entre outras condições, mas em geral a temperatura máxima de inicio de resfriamento influencia. Por exemplo, uma chapa naval com espessura de 12,7 mm, a deformação angular máxima é atingida numa temperatura de 600 C, atingindo um valor de 0,020 rad., enquanto que, na temperatura de 500 C e 800 C atinge 0,014 rad. e 0,08 rad. respectivamente (2). A dureza em Vickeres, analisadas com carga de 10,0 Kg, numa chapa naval é influenciada pelas condições de aplicação da linha de calor quanto ao aquecimento e resfriamento. Em geral, a dureza nas regiões das superfícies aquecida são maiores que as mais afastadas, em torno de 5,0mm de profundidade. Quanto mais elevada for a temperatura do inicio do resfriamento maiores serão as diferenças de valores de dureza entre a superfície aquecida a as mais afastadas (2). MATERIAIS E MÉTODOS. Materiais 6441
As amostras do aço naval foram com espessuras de 12,7 e 16,0 mm, norma ASTM A131 gr. AH-36 (2007), laminadas pelo processo de laminação controlada (TMCP), onde apresentou uma tensão de escoamento 412,2 Mpa; tensão de ruptura 514,4 alongamento 26,5% emitidos pelo certificado de qualidade. Foi realizado um ensaio em microscopia ótica de uma amostra de chapa, para caracterização microestrutural na condição como recebida. A tabela 1 apresenta a composição química do aço, levantada pelo ensaio da espectrometria de emissão para o aço naval norma (ASTM-A131-grau-AH36, 2007). Tabela 1 Composição química da amostra do aço ASTM-A131-gra-AH36 (2007) Na Fig. 3 apresenta um detalhe do ensaio de microscopia ótica, com ataque na solução Nital a 2%, onde confirma que as amostras foram originadas de um processo termomecânico controlado (TMCP). (A) (B) Figura 3 - Ensaio de espectrometria (A) Aumento de 100x, (B) aumento de 400x. Método Os experimentos foram elaborados em três etapas básicas: Primeira etapa: Compreendeu a análise da fonte de calor para se determinar a quantidade de calor liberada pela fonte oxiacetilênica utilizada. Abrangeu a 6442
calibração da fonte de calor, a regulagem da vazão dos gases e intensidade da chama, ajuste da velocidade do deslocamento da fonte de calor e análise da distribuição de calor na amostra. Segunda etapa: Foi aplicada a linha de calor nas amostras, utilizando o protótipo de máquina de aplicação de linha de calor, para controle dos parâmetros e acompanhamento das evidências durante o experimento. Nesta etapa, registraramse os valores transmitidos dos termopares para levantamento de dados da temperatura em função do tempo, e também observar as variações dimensionais, em tempo real, pela indicação relógio comparador. Terceira etapa: Foram realizadas em dois momentos; uma analise das deformações dimensionais e outros realizados ensaios de macrografia, micrografia e microdureza, nas amostras, conforme procedimentos internos. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Fig. 4, apresenta um esquema das áreas observadas na macrografia e micrografia, a área aquecida região próxima da aplicação da linha de calor, uma área intermediária e o metal base. A solução Nital 5% foi utilizada para o ataque para melhoar a visulização. Figura 4 Áreas observavadas no ensaio macrografico e micrográfico. Macrografia A região aquecida (zona de deformação residual) não atingiu a temperatura de transformação de fase por ser inferior à mínima na zona crítica 996K [723 C]. A região em destaque, do ensaio de macrografia, mostrada na Fig. 5, correponde à zona de deformação residual, onde se observa a geometria dos efeitos da plastificação em áreas distintas produzido pela linha de calor. 6443
(A) (B) Figura 5- (A) Região da zona de deformação residual. (B) Medidas geometrica da zona aquecida. Micrografia O microscópio ótico utilizado para a observação foi o Olympus BX51M, qualificado e validado. A amostra ensaiada foi a chapa de aço naval ASTM A131 grau AH36, na espessura 12,7 mm, onde se observa áreas distintas. A microestrutura do metal base, na Fig. 6C é composta basicamente por grãos ferríticos equiaxiais, levemente enriquecidos de pelita nos contornos e ligeiramente alongados no sentido de laminação, devido ao processo termomecânico que este material é submetido durante a sua fabricação. (A). Área aquecida (B) Área intermediária (C) Metal base Figura 6 Microscopia 200x, com uma escala de 100 micros 6444
A microestrutura da área intermediária, na Fig 6B à microestrutura do metal base, porém com o efeito textura atenuado. A região da área aquecida (fig. 6A), que atingiu uma temperatura máxima, seguindo de um resfriamento rapido por água, apresentou uma microestrutura peculiar pode ser explicada pelo efeito da recristalização de subgrãos de ferrita (redução de tamanho) e dispersando melhor o teor de perlita. Microdureza A medição da microdureza da região da linha de calor foi realizada pelo microdurômetro marca Insize modelo ISH TDN 1000. Foi realizada uma sequência de três médias por cada área, a microdureza com valores de dureza Vickeres com carga de 300g por 15 segundos. Foram encontrados para o metal base uma dureza de 146,98 HV, para a região intermediária ZTA = 128,02 HV e na região aquecida = 142,50 HV, conforme indica na Fig. 7. Figura 7 Esquema das áreas observadas no ensaio micrográfico. CONCLUSÕES A aplicação da linha de calor por aquecimento e em seguida resfriamento afeta as propriedades mecânicas e da microestrutura das chapas navais, portanto são fundamentais os controles dos parâmetros de operacionalização para que a temperatura máxima não ultrapasse 650ºC. As regiões aquecida e intermediária apresentam características e comportamento diferenciados evidenciados pela macrogafia, micrografia e microdureza. 6445
AGRADECIMENTOS. Ao CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico) pelo patrocínio, chamada MEC/SETEC/CNPq nº 94/2013 e processo 487258/2013-4. REFERÊNCIAS 1. PEREIRA, E. F. Analise e Inspeção Dimensional das Deformações no Processo de Conformação de Chapas por Linhas de Calor. In: 12ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos, COTEQ, Ipojuca, PE. 2013. Anais do congresso. Disponível em http://abendieventos.org.br/coteq. Acesso em 02/09/2014. 2. KIHARA, H.; SUHARA, J.; KUROKAWA, T.; KATAOKA, S.; NAKALIMA, M; YAJIMA, H. Effect of Fabricating Processo n Notch Toughness of Shipbuilding Steel Plates (Report I)-Effect of Line Heating on Notch Toughness of 50 Kg/mm 2 Class High- tensile steel Plates. Transactions of JWRI Vol3, No. 2, 1974. FORMING LINES OF PLATES IN HEATING STEEL ASTM A 131 GRADE AH36 (2007) AND ITS CHARACTERIZATION MICROSTRUCTURAL ABSTRACT The Conformation of plates by lines of heat steel ASTM A131 Grade AH36 was studied as a function of the microstructural changes produced by heat. The plates of the bow and stern of the ship with its complex curvatures are pre-shaped for rolling, and then finalized by lines of heat, usually by experience workers skill, but empirically this work, a plate of this steel was deformed by heat lines and after a one macrography metallographic preparation was performed to determine the limits of the plasticized zone (heated) and intermediate to the base metal. Microstructural aspects of these different areas were characterized by optical microscopy and the chemical composition was determined by emission spectrometry. The mechanical properties of these different areas were evaluated for hardness. The results showed the thermal effects on the microstructure in the plasticized region (heated) with ferrite grains subdivided into sub-grains due to recrystallization, while the middle area has partially lost the effects of rolling texture. Key words: Forming Lines by heating, micro structural characterization, Steel ASTM A 131 Grade AH36. 6446