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Type: Tese de Doutorado
Title: Ultra-refino de grão através de deformação plástica severa por ensaios de torção: simulação do processo ARB
Authors: Welbert Ribeiro Calado
First Advisor: Ronaldo Antonio Neves Marques Barbosa
First Referee: Dagoberto Brandao Santos
Second Referee: Paulo Cesar de Matos Rodrigues
Third Referee: Cynthia Serra Batista Castro
metadata.dc.contributor.referee4: Ricardo Nolasco de Carvalho
Abstract: A presente tese teve como objetivo inicial simular o processo de produção de metais de grãos ultra-finos através da deformação plástica severa, mais especificamente o processo Acumulative Roll-Bonding (ARB). Essa simulação foi realizada através de ensaios de torção a morno, utilizando os parâmetros típicos do processamento ARB.Foram estudados dois aços carbono convencionais utilizados em aplicações gerais, o aço SAE-1010 e SAE-1045 e um aço inoxidável austenítico do tipo AISI-304. A simulação do processo ARB foi realizada na temperatura de 500ºC, aplicando uma deformação equivalente total de 4,0, com incremento de 0,8 por passe e taxa de deformação constante de 10-1s-1. Também foi analisado o efeito da temperatura dedeformação no refino de grão, para esse fim foram realizados ensaios nas temperaturas de 550, 600, 650 e 700ºC. Os ensaios de torção demonstraram ser eficientes ferramentas na simulação do processo ARB nos três aços estudados, após processamento foi alcançado um tamanho médio de grão mínimo inferior a 400nm para o aço com maior teor de carbono. Juntamente com a redução do tamanho médio de grão houve um aumento considerável da dureza, que em parte pode ser atribuído ao encruamento e em maior parte pode ser atribuída ao refino de grão. Há evidencias de que os aços carbono estudados podem apresentar ductilidade satisfatória depois de avaliados em ensaios de tração e em aplicações práticas. O refino de grão nos três aços é devido à recristalização dinâmica continua, que em parte é possível através domecanismo de recuperação dinâmica. O aumento da concentração de carbono demonstra ter um efeito benéfico no refino de grão, o aço com maior concentração apresentou menor tamanho médio de grão e maior dureza. Partículas de cementita fragmentadas são formadas durante a deformação, e atuam aumentado a densidade de deslocações geometricamente necessárias e restringem a mobilidade dos grãosrecristalizados continuamente. O tamanho médio de grão dos aços reduziu continuamente com a elevação da temperatura de deformação, essa redução foi menos acentuada no aço SAE-1045. Uma maior concentração de partículas de cementita também parece contribuir para maior estabilidade dos grãos em maiores temperaturas de processamento. Existe uma deformação crítica a partir da qual ocorrerefino de grão, essa deformação é menor no aço com maior concentração de carbono. Existe também uma deformação a partir da qual deixa de ocorrer refino de grão, deformação de saturação, onde o tamanho médio de grão atinge um valor estacionário, ou seja, não ocorre mais refino de grão. Parece haver também saturação das propriedades mecânicas quando uma determinada deformação é atingida. Os dados experimentais são razoavelmente modelados pelo modelo de Kocks-Mecking. Os ensaios de torção a morno, aplicando deformação plástica severa, além de se mostrarem eficientes na simulação do processo ARB também demonstraram ser umanova e promissora ferramenta no estudo dos metais de grãos ultra-finos. A torção severa pode ser aplicada no estudo de outros metais e ligas que apresentem dificuldade de processamento em laminadores de bancada, ela proporciona um controle preciso de temperatura, da velocidade de deformação, do intervalo interpasses bem como é relativamente acessível.
Abstract: The initial objective of this thesis was simulate the production of ultra-fine grained metals by means of severe plastic deformation processes, specifically the Accumulative Roll-Bonding process (ARB). This simulation was performed by means of warm torsion tests, using the typical parameters of the ARB process. Were studied twoplain carbon steels used in general applications, the SAE-1010 and SAE-1045, and an 304 austenitic stainless steel. The ARB process simulation was carried out at a 500°C, using a total equivalent strain of 4.0, with increment of 0.8 per pass and constant strain rate of 10-1s-1. Were also analyzed the effect of deformation temperature on grainrefining, for this purpose tests were carried out at 550, 600, 650 and 700°C. The torsion tests are shown to be effective in the ARB process simulation in the three studied steels. After processing a minimum average grain size less than 400nm was achieved for steel with higher carbon content. Significant increase in hardness was also observed, which may be in part attributed to the work hardening and in most part tograin refinement. There is evidence that carbon steels studied here can provide satisfactory ductility in tensile tests and in practical applications. The grain refinement in the three studied steels is due to continuous dynamic recrystallization, assisted in parts by dynamic recovery. The increasing in carbon concentration demonstrates a beneficial effect on the grain refinement, steel with the highest concentration had a mlower average grain size and higher hardness. Fragmented cementite particles are formed during deformation and act increasing the density of geometrically necessary dislocations and reducing the mobility of recrystallized grains. The average grain size of steels decreased continuously with the increse in deformation temperature, thisreduction was less pronounced in the SAE-1045 steel. A higher concentration of cementite particles also seems to contribute to greater stability of the grains at higher processing temperatures. There is a critical strain at which occurs grain refinement, this deformation is smaller in the steel with higher carbon concentration. There is also astrain from which grain refinement was stopped, saturation strain, where the average grain size reached a steady state value, there is no more grain refinement. It also occurs saturations of mechanical properties when a certain strain is reached. The experimental data are reasonably modeled by the Kocks-Mecking model. The warm torsion tests prove to be a effective tool in simulating the ARB process, also proved tobe a promising new tool in the study of ultra-fine grained metals by means of severe plastic deformation. The severe torsion can be applied to the study of other metals and alloys that havedifficulty to be processed in mill laboratories: it provide a better temperature control, better control of speed deformation, precision interpass time control and is a testingrelatively accessible.
Subject: Engenharia metalúrgica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8Z7MPN
Issue Date: 11-May-2012
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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