SAE J1397 - Inspebras

EQUACIONAMENTO E
AUTOMATIZAÇÃO DA NORMA
SAE J 1397
PARA AÇOS CARBONO
AUTORES
Alunos de Graduação em Enga Mecânica UNISANTA
Ger Serviços de Oficinas
• RAFAEL CINTRA MATHIAS
• TÚLIO BRAZ COMITRE
Dir Engenharia e Ampliação
• RODRIGO DONADIO BUENO
Ger Manutenção da Laminação a Frio
• RAFAEL FERNANDES BLEY
Ger Serviços de Refrigeração
• EDUARDO SORRILHA SPAGNUOLO
Professor UNISANTA
Ger Controle Integrado do Produto
• WILLY ANK DE MORAIS
Sumário
Assuntos
1. Objetivo
2. Fundamentação
3. Visão Geral das Normas
1. SAE J403
2. SAE J1397
3. DIN ISO 18265 (ex DIN 50150)
4. Procedimento Analítico
5. Resultados Obtidos
6. Conclusões
OBJETIVO
Introdução
Objetivo
Empregar conhecimentos básicos da relação estruturapropriedades, disponíveis na bibliografia, conjuntamente
com as normas:
•
SAE J403
“Chemical compositions of SAE carbon steel”
•
DIN EN ISO 18265
“Metallic Materials - Conversion of hardness values.”
(substituiu a DIN 50150 e é similar à ASTM E140)
Criar uma planilha que converte a composição química de
aços‐carbono nas propriedades estimadas pela
•
SAE J1397.
“Estimated mechanical properties and machinability”
FUNDAMENTAÇÃO
Introdução
Fundamentação
A resistência mecânica dos aços é oriunda do somatório e
interação dos seguintes principais mecanismos de
endurecimento:
1.solução sólida (Mn, Si, Cu, Cr);
2.presença de segunda fase/agregado
Aços Carbono
Manganês
(perlita, bainita, martensita);
Normalizados
3.tamanho de grão ferrítico (d);
4.encruamento;
5.tratamento térmico (têmpera, austêmpera, etc.);
6.presença de precipitação (NbCN, TiCN, VCN).
Introdução
Fundamentação
Existem alguns modelos disponíveis na literatura para
quantificar o efeito destes mecanismos em determinadas
situações e para determinados materiais.
Exemplo devido à Grozier e Bucher:
LE = 91,7 + 40,7(%Mn)+70,4(%Si)+1,5(%Perlita)+521,776(1/d)
Eq.
LR = 223,2 + 56,7(%Mn)+102(%Si)+4,3(%Perlita)+373(1/d)
Exemplo devido à Irvine e Pickering:
LE = 91,7 + 32,4(%Mn)+84,1(%Si)+ 84,1(%Cu)+13,7(%Mo)
-31(%Cr)+4,345(%Nfree)1,5(%Perlita)+521,776(1/d)
Eq. (1)
Introdução
Fundamentação
É possível relacionar vários dados disponíveis em normas,
utilizando-se o conhecimento teórico, disponível em
bilbiografia para obter relações matemáticas entre:
VISÃO GERAL DAS NORMAS
SAE J403
Chemical Compositions of SAE Carbon
Steels
Introdução
Visão Geral da norma SAE J403
•
•
•
•
“Chemical Compositions of SAE Carbon Steels”
Norma com as composições químicas dos aços SAE
É a norma mais conhecida no mundo
Exemplo:
Introdução
Visão Geral da norma SAE J403
•
•
•
•
“Chemical Compositions of SAE Carbon Steels”
Norma com as composições químicas dos aços SAE
É a norma mais conhecida no mundo
Exemplo:
VISÃO GERAL DAS NORMAS
SAE J1397
Estimated Mechanical Properties and
Machinability of Steel Bars
Introdução
Visão Geral da norma SAE J1397
•
•
•
•
“Estimated Mechanical Properties and Machinability of Steel
Bars”
Norma que apresenta um guia das características mecânicas de
alguns graus aço em barras.
As características não
devem ser utilizadas
como requisitos a não
ser sob aprovação
pelo fornecedor.
Exemplo:
Introdução
Visão Geral da norma SAE J1397
•
•
•
•
“Estimated Mechanical Properties and Machinability of Steel
Bars”
Norma que apresenta um guia das características mecânicas de
alguns graus aço em barras.
As características não
devem ser utilizadas
como requisitos a não
ser sob aprovação
pelo fornecedor.
Exemplo:
VISÃO GERAL DAS NORMAS
DIN EN ISO 18265
Conversion of hardness values
Introdução
Visão Geral da norma DIN EN ISO 18265
•
•
•
•
•
“Conversion of hardness values”.
Substituiu a DIN 50150.
Utilizada para converter valores de dureza em escalas
diferentes.
Também relaciona
LR com dureza.
Exemplo:
Introdução
Visão Geral da norma DIN EN ISO 18265
•
•
•
•
•
“Conversion of hardness values”.
Substituiu a DIN 50150.
Utilizada para converter valores de dureza em escalas
diferentes.
Também relaciona
LR com dureza.
Exemplo:
PROCEDIMENTO ANALÍTICO
Procedimento Analítico
Descrição Geral
OBTEVE-SE DADOS DAS NORMAS:
• SAE J403
• SAE J1397
• DIN EN 18265 (Ex DIN 50150)
UTILIZANDO BIBLIOGRAFIA:
• Equações de cálculo de AC1 AC3
• Composição química  %Perlita
• Equação tipo “regra das misturas”
• Composição química
• Estrutura (Tamanho de grão x % perlita)
• Propriedades mecânicas (LE, LR)
• Equação do carbono equivalente (Ceq segundo I.I.W.)
FEZ-SE O DESENVOLVIMENTO DE:
• Equação entre TGF x Ceq
• Equações entre LE, LR e HB x Composição química
Procedimento Analítico
Descrição Geral
OBTEVE-SE DADOS DAS NORMAS:
• SAE J403
• SAE J1397
• DIN EN 18265 (Ex DIN 50150)
UTILIZANDO BIBLIOGRAFIA:
• Equações de cálculo de AC1 AC3
• Composição química  %Perlita
• Equação tipo “regra das misturas”
• Composição química
• Estrutura (Tamanho de grão x % perlita)
• Propriedades mecânicas (LE, LR)
• Equação do carbono equivalente (Ceq segundo I.I.W.)
FEZ-SE O DESENVOLVIMENTO DE:
• Equação entre TGF x Ceq
• Equações entre LE, LR e HB x Composição química
Procedimento Analítico
Descrição Geral
OBTEVE-SE DADOS DAS NORMAS:
• SAE J403
• SAE J1397
• DIN EN 18265 (Ex DIN 50150)
UTILIZANDO BIBLIOGRAFIA:
• Equações de cálculo de AC1 AC3
• Composição química  %Perlita
• Equação tipo “regra das misturas”
• Composição química
• Estrutura (Tamanho de grão x % perlita)
• Propriedades mecânicas (LE, LR)
• Equação do carbono equivalente (Ceq segundo I.I.W.)
FEZ-SE O DESENVOLVIMENTO DE:
• Equação entre TGF x Ceq
• Equações entre LE, LR e HB x Composição química
Procedimento Analítico
Fluxograma das Atividades
Normas
SAE J403
SAE J1397
DIN ISO 18265
Tamanho de Grão
AC 3
AC 1
% PERLITA
REGRA DAS MISTURAS
(PROP. MEC.)
Bibliografia
% Perlita
Comp. Química
TAMANHO DE GRÃO X C Equivalente
Equacionamento
COMPOSIÇÃO QUÍMICA
Desenvolvimento
PROPRIEDADES MECÂNICAS
RESULTADO
Procedimento Analítico
%C %Si %Mn
%Ceq
%C Perlita %Perlita
SAE J403
CALCULADO
(I.I.W.*)
Determinação da
TAR3 E TAR1
(*)
LR
(MPa)
LE
(MPa)
SAE J1397
International Institute of Welding
defetivo
modelado
(mícrons)
CALCULADO
Procedimento Analítico
%C %Si %Mn
%Ceq
%C Perlita %Perlita
SAE J403
CALCULADO
(I.I.W.*)
Determinação da
TAC1 E TAC3
LR
(MPa)
LE
(MPa)
SAE J1397
defetivo
modelado
(mícrons)
CALCULADO
Procedimento Analítico
%C %Si %Mn
%Ceq
%C Perlita %Perlita
SAE J403
CALCULADO
(I.I.W.*)
Determinação da
TAR3 E TAR1
LR
(MPa)
LE
(MPa)
SAE J1397
defetivo
modelado
(mícrons)
CALCULADO
LE = 91,7 + 40,7(%Mn)+70,4(%Si)+1,5(%Perlita)+522(1/d)
LR = 223,2 + 56,7(%Mn)+102(%Si)+4,3(%Perlita)+373(1/d)
RESULTADOS OBTIDOS
RESULTADOS
Determinando as temperaturas de AC3 e AC1
Temperatura X % Carbono
880,0
860,0
Temperatura ° C
840,0
820,0
800,0
780,0
760,0
740,0
720,0
700,0
0,000
0,200
0,400
0,600
% PERLITA
0,800
1,000
1,200
RESULTADOS
Achando o tamanho de grão:
Aço
%C
%Si %Mn Ceq C Perlita
%Perlita
LR Norma
(MPa)
defetivo Teórico
(mm)*
1020 0,205 0,20 0,45 0,30
0,764
0,240
380
0,0116
1045 0,465 0,20 0,75 0,61
0,859
0,516
570
0,0018
1080 0,815 0,30 0,75 0,97
0,859
0,923
770
0,0006
* - Tamanho de grão teórico para ajuste que considera os demais
efeitos microestruturais não previstos na equação utilizada.
RESULTADOS
Exemplos de Cálculos
defetivo modelado (mícrons)
Graças ao
modelamento do
tamanho de grão,
conseguimos
determinar as
propriedades
mecânicas.
40,0
TG = 49,32e-5,07(%Ceq)
R² = 0,96
Tamanho do grão
35,0
30,0
25,0
d (mícrons)
Exponencial (d (mícrons))
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
Carbono equivalente
1,00
1,20
RESULTADOS
Com a determinação do LR obtivemos as escalas de dureza Brinell e Vickers, que podem
ser convertidas em escalas de dureza relativas (Rockwell).
Dureza Vickers
1000
y = 1,05x + 0,02
R² = 1,00
900
800
Dureza Vickers
700
600
500
400
300
200
100
0
0
100
200
300
400
500
Dureza Brinell
600
700
800
900
1000
RESULTADOS
Forneça as porcentagens
%C
Mín
%Si %Mn
0,04 0,00 0,20
AR1
(oC)
DESEJADO 0,08 0,00 0,00 723,0
Máx
o
AR3 ( C) %Ceq C Perlita %Perlita
852,6
0,08
0,638
0,091
defetivo
modelado
(mícrons)
33,2
0,82 0,30 0,85
Digita-se a
composição
Obtêm-se as propriedades do
material
LR (MPa) LE (MPa) HB HV
288
95
85 89
RESULTADOS
%Mn
%C
Limite de Escoamento (MPa)
RESULTADOS
%Mn
%C
Limite de Resistência (MPa)
CONCLUSÕES
CONCLUSÕES
1. Parâmetros importantes do aço podem ser utilizados
para analisar o seu desempenho mecânico.
2. É possível, a partir de uma análise rápida, implementar
uma planilha compatível com a norma SAE J1397 para
aços carbono-manganês.
3. Os dados se restringem a barras de aço (formas não
planas), já que a norma abrange este tipo de geometria.
4. O procedimento pode ser difundido como forma de
substituir a tabela da norma SAE J1397.
5. Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar
o trabalho prático.
CONCLUSÕES
1. Parâmetros importantes do aço podem ser utilizados
para analisar o seu desempenho mecânico.
2. É possível, a partir de uma análise rápida, implementar
uma planilha compatível com a norma SAE J1397 para
aços carbono-manganês.
3. Os dados se restringem a barras de aço (formas não
%C
%Si %Mn
planas), já que a norma abrange este tipo de geometria.
Mín
0,04 0,00 0,20
4. O procedimento pode ser difundido como forma de
Máx
substituir a tabela da norma SAE J1397.
0,82 0,30 0,85
5. Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar
o trabalho prático.
CONCLUSÕES
1. Parâmetros importantes do aço podem ser utilizados
para analisar o seu desempenho mecânico.
2. É possível, a partir de uma análise rápida, implementar
uma planilha compatível com a norma SAE J1397 para
aços carbono-manganês.
3. Os dados se restringem a barras de aço (formas não
planas), já que a norma abrange este tipo de geometria.
4. O procedimento pode ser difundido como forma de
substituir a tabela da norma SAE J1397.
5. Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar
o trabalho prático.
CONCLUSÕES
1. Parâmetros importantes do aço podem ser utilizados
para analisar o seu desempenho mecânico.
2. É possível, a partir de uma análise rápida, implementar
uma planilha compatível com a norma SAE J1397 para
aços carbono-manganês.
3. Os dados se restringem a barras de aço (formas não
planas), já que a norma abrange este tipo de geometria.
4. O procedimento pode ser difundido como forma de
substituir a tabela da norma SAE J1397.
5. Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar
o trabalho prático.
CONCLUSÕES
1. Parâmetros importantes do aço podem ser utilizados
para analisar o seu desempenho mecânico.
2. É possível, a partir de uma análise rápida, implementar
uma planilha compatível com a norma SAE J1397 para
aços carbono-manganês.
3. Os dados se restringem a barras de aço (formas não
planas), já que a norma abrange este tipo de geometria.
4. O procedimento pode ser difundido como forma de
substituir a tabela da norma SAE J1397.
5. Atividades desenvolvidas em sala da aula podem auxiliar
o trabalho prático.
Agradecimentos
Os autores gostariam de expressar agradecimentos à:
UNISANTA
USIMINAS-Cubatão
Obrigado...!