4.1.3.1 Dureza e Microdureza Vickers
4.1.3.1.1 Dureza e Microdureza Vickers (Tubo e barra)
As Tabelas 4.2 e 4.3 apresentam os resultados de dureza e microdureza Vickers, utilizando cargas de 30 kgf e 50 gf, respectivamente, para as seções transversais e longitudinais das diferentes formas da peça de trabalho de aço inoxidável austenítico.
Tabela 4.2 – Dureza Vickers HV30 para as diferentes configurações da peça de trabalho de AISI 304.
AISI 304 - Tubo AISI 304 - Barra
Transversal Longitudinal Transversal Longitudinal
146,9±5,9 133,2±7,8 168,1±14,6 179,9±11,6
Tabela 4.3 – Microdureza Vickers HV0,05 para as diferentes configurações da peça de trabalho de AISI 304.
AISI 304 - Tubo AISI 304 - Barra
Transversal Longitudinal Transversal Longitudinal
191,2±7,0 176,9±12,9 197,0±11,1 207,7±16,7
Dos resultados apresentados nas tabelas acima, pode-se observar que a dureza da barra é um pouco maior que a dureza do tubo, mas estes valores estão de acordo com os valores encontrados na literatura e catálogos técnicos de propriedades de aços inoxidáveis (MÉSZÁROS, PROHÁSZKA, 2005; VILLARES METALS, 2009; LUO et al., 2011; JAFARZADEGAN et al., 2013).
Nota-se também pelos resultados uma variação de dureza nas diferentes seções transversal e longitudinal, isto é devido ao sentido de laminação dos materiais.
Os resultados de microdureza, como esperado, apresentaram valores maiores que os de dureza (ASM, 2000; MEYERS; CHAWLA, 2009), mas ainda estão dentro do esperado para este tipo de material no estado como recebido.
4.1.3.1.2 Dureza e Microdureza Vickers – Diferentes classes de aços inoxidáveis
As Tabelas 4.4 e 4.5 apresentam os resultados de dureza e microdureza Vickers para as seções transversais e longitudinais das diferentes classes de aços inoxidáveis investigadas.
Tabela 4.4 – Dureza Vickers HV30 para as diferentes classes de aços inoxidáveis.
V304UF VSM 13 N4462
Transversal Longitudinal Transversal Longitudinal Transversal Longitudinal
155,9±3,9 154,9±2,4 272,0±1,5 276,4±1,1 229,3±2,0 225,6±1,6
Tabela 4.5 – Microdureza Vickers HV0,05 para as diferentes classes de aços inoxidáveis.
V304UF VSM 13 N4462
Transversal Longitudinal Transversal Longitudinal Transversal Longitudinal
171,16±6,6 174,32±6,4 278,8±8,3 290,1±6,7 260,4±7,6 257,2±11,8
Os resultados de dureza e microdureza encontrados para as diferentes classes de aços inoxidáveis encontram-se de acordo com a literatura e catálogos de fabricantes destes materiais (LARSSON; LUNDQVIST, 1986; BILMES; SOLARI; LLORENTE, 2001; WENG; CHEN; YANG, 2004; CHIU et al., 2005; MÉSZÁROS; PROHÁSZKA, 2005; FARGAS; ANGLADA; MATEO, 2009; THIBAULT; BOCHER; THOMAS, 2009; VELASCO et al., 2009; VILLARES METALS, 2009; LUO et al., 2011; SANTA et al., 2011; JAFARZADEGAN et al., 2013; LUO et al., 2013), lembrando que, de acordo com ASM (2000) e Meyers e Chawla (2009), os valores de microdureza sempre são maiores que os valores de dureza.
4.1.3.2 Ensaio de compressão
A Figura 4.7 apresenta as curvas tensão-deformação de engenharia e verdadeira levantadas em ensaios de compressão, para duas taxas de deformação, 0,001 s-1 e 0,02 s-1. Dos gráficos pode-se observar que o aço inoxidável austenítico é o material que apresentou maior deformação, seguido pelo duplex e o martensítico foi o material que menos se deforma em condições quase estáticas. Porém, a ordem inversa é observada para os resultados de tensão de escoamento, confirmando que o VSM13 é o material com maior resistência, seguido pelo N4462 e V304UF. Além disso, nota-se um suave decaimento nas curvas de tensão-deformação para o aço
inoxidável martensítico (VSM13), mais pronunciados nas curvas vermelhas (tensão- deformação verdadeira), fato que pode estar relacionado com uma possível flambagem dos corpos de prova durante os ensaios.
Figura 4.7 – Curvas tensão-deformação para as três classes de aços inoxidáveis e duas taxas de deformação, à esquerda 0,001 s-1 e à direita 0,02 s-1. Curva azul: tensão-deformação de engenharia e
curva vermelha: tensão-deformação verdadeira.
Das curvas apresentadas na Fig. 4.7 podem ser retirados alguns dados importantes para o estudo do comportamento mecânico e levantamento das constantes de Johnson-Cook (JC). É importante notar, que para as condições de ensaio avaliadas, os resultados não exibiram diferenças relevantes, mostrando que ambas as taxas de deformação encontram-se em regime quase estático.
A Tabela 4.6 mostra as constantes de Johnson-Cook obtidas a partir das curvas do ensaio de compressão, onde σ0 é a tensão de escoamento, B o
obtidos a partir de ajuste linear de curva da região plástica da curva tensão- deformação verdadeira para os ensaios com taxa de deformação de 0,001 s-1
(DIETER, 1988; MEYERS; CHAWLA, 2009; SAMANTARAY et al., 2009; LIN; CHEN; LIU, 2010; BRZOSTEK, 2012; GUPTA et al., 2013; HE et al., 2013).
Tabela 4.6 – Constantes de Johnson-Cook do ensaio de compressão.
σ0 [MPa] B [MPa] n
V304UF 252 2285 0,65
N4462 562 1319 0,26
VSM13 678 1202 0,14
A Tabela 4.7 traz as constantes σ0, B e n para o aço inoxidável 304 obtidos da
literatura.
Tabela 4.7 – Constantes de Johnson-Cook obtidos da literatura para o aço inoxidável 304.
σ0 [MPa] B [MPa] n [Ref.]
AISI 304 310 1000 0,65 ZHANG; LU; SHI, 2011
AISI 304 520 1541 0,867 CADONI; FENU; FORNI, 2012
304L 253,32 685,1 0,3128 MAUREL-PANTEL et al., 2012
304 209,696 1383,2 0,9151 GUPTA et al., 2013
Pode-se observar que os valores de σ0 obtidos dos testes experimentais
estão coerentes com os encontrados na literatura, o valor de n está de acordo com Zhang; Lu; Shi (2011), porém B mostrou um valor mais elevado em relação aos resultados apresentados na Tab. 4.7. A variação dos resultados das constantes observada pode estar relacionada com as condições iniciais de cada material, como histórico de processamento, tamanho de grão, e condição de ensaio, este último podendo ser executado em tração com temperatura elevada ou ambiente (ZHANG; LU; SHI, 2011; CADONI; FENU; FORNI, 2012; MAUREL-PANTEL et al., 2012; GUPTA et al., 2013).
4.1.3.3 Ensaio da barra de Hopkinson
A Figura 4.8 apresenta as curvas tensão-deformação verdadeira, levantadas a partir de ensaios da barra de Hopkinson para as três classes de aços inoxidáveis
investigadas, onde as taxas de deformação, indicadas entre colchetes, foram estimadas após os ensaios, e as quais dependem da resistência de cada material.
Figura 4.8 – Curvas tensão-deformação dos ensaios da barra de Hopkinson para as três classes de aços inoxidáveis, onde os valores em colchetes representam as taxas de deformação.
A partir de ajuste de pontos das curvas da região plástica de tensão- deformação verdadeira, obtidas dos ensaios de compressão e da barra de Hopkinson para uma mesma deformação (Fig. 4.9) foram ser estimadas as constantes C e m, que representam, respectivamente, o coeficiente da taxa de encruamento e o coeficiente de sensibilidade à taxa de deformação, da equação de Johnson-Cook (Tab.4.8) conforme Dieter (1988), Meyers; Chawla (2009), Samantaray et al. (2009), Lin; Chen; Liu (2010); Gupta et al. (2013) e He et al.
(2013). Dessa forma, a determinação de m foi possível, devido ao fato de que a mudança na taxa de deformação, do ensaio de compressão para o ensaio dinâmico da barra de Hopkinson, representou uma variação na temperatura (MEYERS; CHAWLA, 2009).
Figura 4.9 – Curvas tensão-deformação verdadeiras dos ensaios da barra de Hopkinson e de compressão para as três classes de aços inoxidáveis.
Tabela 4.8 – Constantes C e m da equação de Johnson-Cook.
C m
V304UF 0,0168 0,0221
N4462 0,0134 0,0207
A Tabela 4.9 mostra as constantes C e m obtidas da literatura para o aço inoxidável 304.
Tabela 4.9 – Constantes C e m do aço inoxidável 304 obtidas da literatura.
C m [Ref.]
AISI 304 0,07 1,0 ZHANG; LU; SHI, 2011
AISI 304 0,01043 0,0136 CADONI; FENU; FORNI, 2012
304L 0,097 2,044 MAUREL-PANTEL et al., 2012
304 -0,0095 0,5147 GUPTA et al., 2013
Pelas Tabelas 4.8 e 4.9 pode-se observar que tanto os valores levantados neste trabalho quanto os valores obtidos da literatura para o aço inoxidável 304 variam muito um em relação ao outro, podendo causar discrepância nos resultados da equação JC, e segundo Özel; Zeren (2004), encontrar estes parâmetros é bastante difícil devido à não linearidade do modelo constitutivo, além das condições iniciais de cada material, como histórico de processamento, tamanho de grão, e condição de ensaio, como exposto anteriormente.