O comportamento do coeficiente de atrito foi analisado inicialmente através do método mais convencional para avaliação deste fenômeno em amostras de aço galvanizado que é o ensaio de desgaste realizado através de tribômetros de fricção planar, esquematizado na figura 31.
Este ensaio visa avaliar o coeficiente de atrito da peça durante processo de deformação da peça simulando condição de estampagem, o procedimento foi realizado através do deslizamento do dispositivo que se deslocou sobre as amostras com velocidade constante de 1,67 mm/s e aplicando sobre a chapa forças identificadas por FT de tração e compressão, ao mesmo tempo em que se aplicavam forças normais sobre a matriz do equipamento de ensaio, ilustrado na figura 32, identificadas como FN. As forças aplicadas nos ensaios variaram entre valores de 0 á 80 MPa. O coeficiente de atrito foi calculado pela relação identificada na equação 5 conhecida como equação de Coulomb.
Os ensaios de fricção planar foram realizados no Laboratório de Pesquisa e Desenvolvimento da Arcelormittal Maiziéres.
Equação 5 - Equação de Coulomb para determinação do coeficiente de atrito
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Figura 31 - Esquema de funcionamento do teste de fricção planar.
Fonte: Adaptação de PAYEN. et.al, 2012.
Figura 32 - Ferramenta de estampagem utilizada no equipamento tribômetro de fricção planar.
Fonte: Adaptação de PAYEN. et.al, 2012.
Com objetivo de avaliar o comportamento do coeficiente de atrito através de um ensaio de desgaste por deslizamento, foram realizados ensaios via tribômetro pino sobre disco. Neste experimento uma esfera incide perpendicularmente sobre o disco, com a carga aplicada também na posição normal, promove-se a rotação do disco, após ajuste dos parâmetros de ensaio. Através do software (RS 232-Data Logger) utilizado, foi realizado a coleta dos dados para cálculo do coeficiente de atrito médio e oscilação do mesmo ao longo do
FT
FT
77 comprimento percorrido no corpo de prova. (TAKEBAYASHI. et.al, 2008).
Para estes ensaios foram preparadas amostras de chapa com e sem a aplicação de pós-tratamento com diâmetro de 60 mm. O tribômetro utilizado é mostrado na figura 33, modelo CZ-1000 TriBom. Foi utilizado como contra-corpo, uma esfera de aço AISI 52100 com 6 mm de diâmetro.
Os parâmetros utilizados nos ensaios de deslizamento pino- disco seguem descritos no quadro 7:
Quadro 7 - Parâmetros utilizados na realização dos ensaios de desgaste via pino sobre disco.
Distância de Deslizamento (m) 50,00 Velocidade de Deslizamento (m/s) 0,20 e 0,1 m/s Raio da esfera (mm) 3,00 Diâmetro da pista (mm) 20,00 Carga do ensaio (N) 0,2 Rotação do Disco (RPM) 190,99 Voltas 795,77
Tempo de ensaio (horas) 0,07
Fonte: A autora, 2013.
Figura 33 - Tribômetro pino sobre disco.
Fonte: A autora, 2013.
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disco, foram realizados ensaios de microscopia óptica, afim de avaliar as trilhas de desgaste observadas nas amostras de GA com e sem aplicação de pré-fosfato e GI com e sem aplicação de NIT. Através desta análise foi possível observar, o potencial de que o substrato das amostras pudesse ter sido atingido, devido ao aumento do coeficiente de atrito, podendo evidenciar início da ocorrência do fenômeno de desgaste por abrasão.
A seleção das amostras para os ensaios de desgaste ,através de ambos os métodos .segue listada no quadro 8. O critério de seleção das amostras foi a variação de peso de camada de fosfato e NIT obtidos no item 4.1 e 4.3, com valores de camada de fosfato da ordem de 0 á 1,15 g/m2 e de NIT de 0 á 33 mg/m2. Todas as amostras foram retiradas nas mesmas condições de processo, considerando um revestimento base Zn 55 g/m2 ou aproximadamente 9 m de espessura.
Para os ensaios de fricção planar, todas as amostras foram oleadas com um filme de 1,5 g/m2 de óleo protetivo Ferrocoat N6130 do fornecedor Quaker, procedimento conforme descrito por PAYEN, (2011). Para elaboração do gráfico de comportamento do coeficiente de atrito foram consideradas apenas as amostras identificadas com a posição do Centro (C). Já no caso dos ensaios via pino sobre disco foi considerado apenas o oleamento aplicado no final do processo de galvanização.
Quadro 8 - Relação de amostras utilizadas nos ensaios de desgaste
Amostras Ensaios de Desgaste
Revestimento Peso de Camada de Pós Tratamento
GI -56,2 g/m2 0 mg/m2
GI -55,5 g/m2 33 mg/m2
GI -55,0 g/m2 17 mg/m2
GI -55,1 g/m2 14 mg/m2
Amostras com NIT
GI -56,4 g/m2 4 mg/m2 GA -55,6 g/m2 0 g/m2 GA -54,8 g/m2 1,15 g/m2 GA -56,0 g/m2 0,63 g/m2 GA -54,7 g/m2 0,53 g/m2 Amostras com ZnPO4 GA -55,6 g/m2 0,46 g/m2 Fonte: A autora, 2013.
79 3.4.ENSAIOS DE AVALIAÇÃO DA CONFORMAÇÃO DO MATERIAL
Visando complementar a avaliação do potencial de conformação dos materiais em estudo, foram realizados ensaios de embutimento Erichsen segundo norma ISO 20482 Mettallic Materials e ensaios de Perda de Massa conhecidos industrialmente como ensaios
Godet Swift. Ambos os experimentos foram realizados nos laboratórios
de ensaios mecânicos e via úmida da ArcelorMittal Vega. 3.4.1 Ensaios de Avaliação da Conformação do Material
Os ensaios de Embutimento Erichsen ou Cup Test consistem em avaliar a resistência à fratura do material até o seu rompimento durante a deformação no formato de uma semi-esfera ,através da prensa ilustrada na figura 34 .
O teste é realizado em corpos de prova de 120 x 70 mm com aplicação de carga inicial de 10 kN aumentando gradativamente até o limite da possibilidade de fratura do material. O esquema da deformação da amostra encontra-se ilustrado na figura 35 onde o a representa a espessura do corpo de prova, o h representa a profundidade do embutimento até a deformação, Фd1 representa o diâmetro da semi-
esfera ao final da punção, Фd2 é o diâmetro total, R1 e R2 são os raios
laterais e externos do corpo de prova. A figura 34 ilustra a prensa de embutimento Erichsen.
Figura 34 - Máquina analógica de embutimento Erichsen.
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Figura 35 - Esquema de deformação do corpo de prova durante ensaio de embutimento Erichsen (Adaptado da norma IS0 20482, 2003).
Fonte: International Standard-ISO 20482, 2003. 3.4.2 Ensaios de Determinação de Perda de Massa
Os testes de perda de massa também conhecidos como Godet
Swift, visam mensurar a quantidade de pó de zinco removida do
revestimento galvanizado, após conformação do material via embutimento Erichsen.
A massa perdida pelo aço revestido após deformado representa a possibilidade de ocorrência de powdering no material quando submetido a processos de estampagem.
Neste ensaio foram preparadas amostras com 60 mm de diâmetro e durante a preparação as mesmas foram limpas com acetona em centrífuga ultrassônica por 10 minutos, pesadas, após foram conformadas na prensa de embutimento conforme modelo ilustrado na figura 35 e após pesadas novamente. A perda de massa foi calculada através da equação 6:
Equação 6 - Cálculo de perda de massa via método Godet Swift. Diâmetro do corpo de prova = Ø 60 mm
Área = π r²
Área = 2827,433 mm²
Perda = (Pi – Pf) x 106 ÷ (2 x 2827,433) Perda = (Pi – Pf) x 176,84
81 adaptação validada por clientes automotivos para avaliar o potencial ao
powdering do material quando estampado.
3.5 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL