4. Supply Chain Management in the Crisis
4.3. Improving Supply Chain Stability
A Figura 5.15 mostra as fotografias da matéria prima, e das tiras obtidas com as suas respectivas rugosidades médias superficiais (Ra). E compara a micrografia da matéria prima, com as micrografias das secções transversais das tiras, nas seguintes condições de fabricações: tixolaminadas, solidificadas rapidamente (tiras semi-sólidas fundidas) e laminadas a quente.
A liga 70%Pb-30%Sn na temperatura de 294 °C foi inoculada com enxofre através de um sino de imersão e vazada na calha de resfriamento (cooling slope), para a tixolaminação a uma velocidade de 0,47 m/s. A tira assim processada, apresentou trincas transversais, e também, porosidade que são formadas preferencialmente nas bordas, Figura 5.15 (d).
Dessa forma, pressupõe-se que a solidificação da tira não se completou totalmente antes de ser conformada pelo cilindro superior, gerando trincas a quente. Por outro lado, o enxofre (0,4% em peso da liga fundida) como agente nucleante, não foi eficiente para produzir uma pasta metálica plástica para ser conformada. Assim, o ângulo de contato do material pastoso no bocal deve ser maior, para aumentar a camada solidificada da tira, antes de entrar na zona de conformação dos cilindros. Um contato sólido-sólido é fundamental neste caso, em
vez do contato líquido-sólido para a conformação mecânica. A tira tixolaminada tem uma espessura de 1 mm aproximadamente.
A liga vazada a 325 °C e processada por cilindro único (single roll), a uma velocidade do cilindro de 0,25 m/s, não apresentou trincas superficiais e teve sua largura variando de 25 mm a 31 mm, próximo da largura do bocal (23 mm), Figura 5.15 (b). Porém, a face voltada para atmosfera, apresentou uma elevada rugosidade superficial (0,38-7,72 μm), aparentemente devido ao mecanismo de crescimento dendrítico preferencial, orientados na direção de extração de calor, vide Figura 5.14. O tempo de contato com o cilindro foi de 0,1 s.
Figura 5.14. Representação esquemática do surgimento de grãos colunares a partir de grãos coquilhados com orientação favorável, no processamento por cilindro único (single roll).
O contato na interface tira/cilindro possibilitou uma boa troca de calor. Além disso, após sair pela cadeira de laminação, a tira metálica sofreu também um resfriamento rápido através de um chuveiro posicionado na saída do laminador até a temperatura ambiente (Figura 5.4 (b)). Assim, uma microestrutura muito fina foi obtida para todas as tiras quanto comparada com a matéria prima, Figura 5.15 (a).
A pequena variação na espessura da tira semi-sólida fundida (1,1 a 1,3 mm) não é um problema para a posterior laminação, para obter uma tira de melhor acabamento superficial e de microestrutura mais refinada, Figura 5.15 (c). A liga 70%Pb-30%Sn apresenta uma temperatura homóloga em torno de 0,5 e a laminação posterior à temperatura ambiente (laminação à quente), reduziu a rugosidade média (Ra) da tira. A tira semi-sólida laminada teve uma espessura de 1 mm, Figura 5.15 (c). Assim, tiras de ligas metálicas de elevado intervalo de solidificação devem ser obtidas através do resfriamento rápido pelo cilindro inferior (processo single roll) e conformada a quente em linha numa outra cadeira de laminação.
(a) Matéria prima liga 70%Pb – 30%Sn. Estrutura granular e alinhada. Fases D (escura) e E (branca) ricas em chumbo e estanho respectivamente.
(b) Tira resfriada rapidamente (Tv = 325 °C; Vc = 0,25
m/s). Estrutura dendrítica fina.
(c) Laminação a quente da tira resfriada rapidamente. Furos e trincas ao longo da borda. Formação de estrutura granular D e E finamente dispersa.
(d) Tira tixoconformada (Tv = 294 °C; Vc = 0,46 m/s).
Trincas na borda e transversais na direção de laminação. Estrutura granular (fase D - escura) centralizada e fase E (branca) preferencialmente localizada nas superfícies da tira.
Figura 5.15. Matéria prima e tiras obtidas em diferentes situações como indicada. Amostras metalográficas analisadas ao longo da espessura da tira.
A simulação da laminação a quente (Th>0,5) diminui a rugosidade superficial, e a estrutura dendrítica foi substituída por uma estrutura mais refinada e uniformemente distribuída ao longo da espessura como mostrada na Figura 5.15 (c). Como resultado, um aumento da resistência mecânica e menor grau de anisotropia da tira metálica devem ocorrer.
Nas ligas tixoconformadas, a microssegregação por ação mecânica é evidente, Figura 5.15 (d). Com a predominância da fase branca (fase E rica em Sn) na superfície de ambos os lados da tira, ao longo da largura, e o eutético fino posicionado na região central. Esta microssegregação foi devido à ação mecânica de compressão fornecida pelos cilindros do laminador. A falta de distribuição uniforme dos microconstituintes pode alterar as propriedades mecânicas/químicas das tiras assim obtidas.
Assim, a segregação na linha central e superficial, e falta de uniformidade do tamanho dos grãos ao longo da espessura da tira, são problemas que devem ser controlados na produção para as tiras tixoconformadas, Figura 5.15 (d).
A Figura 5.16 mostra a tira laminada à quente com furos de geometria triangular, em diferentes tamanhos ao longo da borda, indicando a preferência de localização das inclusões na fabricação da tira resfriada rapidamente. Estes defeitos podem ser atribuídos às inclusões, provavelmente óxido de chumbo, obtidas durante a fabricação da tira e posicionada preferencialmente nesta região.
Em geral, óxidos e escórias se aglomeram na superfície do bocal, que mantém uma poça metálica junto ao cilindro inferior, e alimenta a cadeira de laminação de material no estado de lama/pasta, para obter a tira metálica, seja pelo processo de cilindro único (single roll) ou cilindros duplos (two-high mill).
Naturalmente, maior a temperatura de vazamento, maior a tendência em se formar óxidos na superfície da poça metálica. O controle da inclusão (óxido/escória) antes da obtenção da tira fundida é fundamental, para posterior conformação mecânica da tira. Assim, óxidos e escórias devem ser eliminados, antes da produção da tira metálica fundida, através de uma filtragem eficiente. Nos experimentos posteriores, uma barreira foi projetada e construída para esta finalidade.
Figura 5.16. Furos de geometria triangular de diversos tamanhos dispostos ao longo da borda da tira após a simulação da laminação a quente.