Este trabalho inicia descrevendo as principais teorias de laminação que têm sido empregadas nos últimos anos na determinação das condições ideais para operação de laminadores a frio. Estas condições ideais estão ligadas a um conjunto de referências dos controladores do sistema, visando a máxima produtividade do laminador e a melhor qualidade da chapa laminada. As principais contribuições desta tese são: (i) proposta de um novo procedimento não iterativo para a determinação inicial de referências para redução em cada cadeira de um laminador de tiras a frio, originado do algoritmo iterativo do fator beta, introduzido por R. M. Guo; (ii) em seguida, é feito uso do modelo de Bland e Ford para cálculo de força e torque de laminação, utilizando o esquema de reduções sugerido pelo algoritmo de inicialização. A partir deste ponto, emprega-se o algoritmo de otimização de Nelder e Mead. A contribuição da tese para esta fase de otimização consiste na proposta da função objetivo a ser minimizada. Esta função objetivo leva em conta os principais atributos de qualidade e produtividade do laminador, ou seja, espessura, planicidade e utilização de toda a potência disponível, igualmente distribuída por todas as cadeiras; (iii) finalmente, visando garantir máxima precisão para as previsões do modelo, é proposto um algoritmo de otimização para ser utilizado em um esquema de adaptação, tendo em vista as dificuldades de se estimar duas importantes variáveis do processo de laminação: o coeficiente de atrito e o limite de escoamento. São também apresentados resultados obtidos à partir de um laminador tandem de 4 cadeiras, industrial, no qual foram implantados alguns dos métodos propostos. / This work begins describing the main rolling theories which have been employed during the recent years, in order to achieve the ideal conditions for the operation of tandem cold rolling mills. These optimum conditions are connected to a set of references used by the main systems regulators, aiming at getting the best quality of the strip and the maximum productivity of the mill. The main contributions of this thesis are: (i) proposal of a new non-iterative procedure to initial reduction calculation for each stand of a tandem cold mill, based on the iterative beta factor algorithm introduced by R.M. Guo; (ii) Use of Bland and Ford model for roll force and roll torque calculation, starting from the initial reduction schedule proposed by the non-iterative initialization algorithm and optimized by the Nelder and Mead method. The contribution of this thesis for this optimization phase consists in its proposal for an objective function to be minimized. This objective function takes into consideration the main product quality and process productivity attributes, i.e., thickness, flatness and the use of maximum available power, evenly distributed among all stands; (iii) finally, aiming at ensuring maximum precision for the model predictions, it is proposed an optimization algorithm to be used by an adaptation strategy, considering the difficulties to estimates two main rolling mill process variables: friction and yield stress coeficientes. Results extracted from an industrial four stand tandem cold mill, on which some of the proposal theories were implemented, are presented and discussed.

Este trabalho faz uma introdução à evolução dos processos de laminação a frio, acionamento e controle dos mesmos, com foco na laminação de encruamento. O principal objetivo é estabelecer um modelo linear dos sistemas de acionamento, que permita o projeto de um controle multivariável. Pretende-se que a robustez do controle multivariável contribua para a eliminação de defeitos associados aos processos de bobinamento e desbobinamento. A eliminação destes defeitos traz um grande retorno econômico em função do grande volume de produção destas instalações. Para isto é desenvolvido um modelo matemático do sistema completo. No modelo são evidenciadas não linearidades associadas à variação dos diâmetros e inércias das bobinas na desenroladeira e enroladeira. Para solucionar esse problema as parcelas contendo as não linearidades são removidas do modelo. Posteriormente essas parcelas são repostas através de malhas feedforward no controle. Para validar o modelo são projetados controladores PID semelhantes aos utilizados no laminador real. Com os resultados obtidos através de simulação, discute-se a validade do modelo comparando-os com os dados do processo real. A partir desse modelo é desenvolvido o modelo linear em espaço de estados, a ser utilizado no projeto do controlador robusto multivariável. Em seguida é desenvolvido o projeto deste controlador multivariável utilizando a técnica LQG/LTR. Finalmente, são discutidos os resultados das simulações, comparando-os com os dados reais da planta. De um modo geral, os resultados apontam para uma boa aproximação entre a planta real e o modelo proposto. / This work is an introduction to the evolution of the processes of cold rolling, drive and control, focusing on skinpass rolling. The main objective is to establish a model of linear drive systems, allowing the design of a multivariable control. It is intended that the robustness of multivariable control contributes to the elimination of defects associated with processes of coiling and uncoiling. The elimination of these defects poses a great economic return due to the large volume of production of these facilities. To achieve this deal it was developed a mathematical model of the complete system. Nonlinearities associated with variation in diameters and inertia reels in desenroladeira and reel are evidenced in the model. To solve this problem the terms containing nonlinearities were removed from the model and, subsequently reintroduced by feedforward control loops. To validate the model, PID controllers were designed in a similar way to those used in real mill. With the results obtained by simulation, we discuss the validity of the model by comparing them with the actual process data. From this model it was developed a linear state space model to be used in the design of robust multivariable controller. After that it was developed the design of this multivariable controller using the technique LQG / LTR. Finally, it was discussed the simulation results, comparing them with actual data of the plant. Overall, the results point to a good approximation of the real plant and the proposed model.

A busca contínua da melhoria da competitividade do aço frente aos sucedâneos tem levado ao desenvolvimento de materiais especiais, permitindo atender a três das principais demandas do setor automotivo: redução de peso, economia de combustível e aumento da segurança do usuário. As condições sob as quais é realizado o reprocesso ou relaminação de encruamento dos aços livres de intersticiais, chamado IF - Interstitial Free podem afetar significativamente as características destes, especialmente do ponto de vista de sua estampabilidade, que é fundamentalmente importante para este tipo de produto. Este trabalho tem por objetivo estudar os efeitos da relaminação de encruamento na estampabilidade de chapas de um aço Intersticial Free - IF microligado ao titânio. A amostra em estudo foi retirada de bobinas laminadas e relaminadas no Laminador de Encruamento Nº2 da Usiminas unidade Cubatão, simulando uma condição real de processo, eventualmente necessária, devido a correções a serem efetuadas no acabamento superficial ou ajuste de planicidade. Após o processo de relaminação, foi realizada a caracterização do material através de ensaios para avaliar as propriedades mecânicas, a microestrutura, a textura cristalográfica (ODF) e determinou-se a curva limite de conformação (CLC). Os resultados mostram que os limites de escoamento e de resistência aumentam e o coeficiente de encruamento reduz com a relaminação de encruamento. Por outro lado, a textura na superfície varia conforme o grau de redução, porém pouco afeta no centro da amostra. A anisotropia normal e planar média apresentam correlação inversa com o grau de redução na relaminação. Para as reduções de relaminação estudadas, a dispersão dos pontos em torno da CLC, não evidencia influências significativas nas propriedades de conformação mecânica. / The continuous search of the improvement of the competitiveness of the steel front to the succedanea has led to the development of special materials, allowing to take care of three of the main demands of the automotive sector: reduction of weight, fuel economy and increase of the safety of the user. The conditions under which the process of strain hardening of Interstitial Free (IF) steel is carried through can significantly affect the characteristics of this steel, especially of the point of view of its conformability. The present work studies the effect of over-rolling performed on a skin-pass mill on the drawability of a Ti-stabilized IF steel. Conventional and larger-than-usual passes (over-rolling) have been performed in order to simulate the real-life condition in which there is an eventual necessity for larger reductions, due to problems related to surface finish or due to flatness problems. Tests have been carried out with increasing skin-pass reductions (up to about 1%) and the corresponding mechanical properties, microstructures, textures (ODF) and related Forming Limit Curves (FLC) have been assessed. The results have shown that the yield strength increases, the strain-hardening coefficient decreases, with increasing skin-pass over-rolling. On the other hand, texture varied slightly at the surface but showed little effect at mid-thickness. Tensile strength, normal and planar anisotropy, however presents an inverse correlation with the over-rolling reduction. The FLC results did not show any marked effect of over-rolling on the forming properties.

Chapas laminadas a quente com 6 mm de espessura dos aços AISI 304L e 316L apresentaram na condição inicial uma microestrutura composta por grãos recristalizados equiaxiais de austenita e ilhas de ferrita δ, em maior quantidade no centro da chapa. A austenita apresentou textura cristalográfica fraca, com um gradiente de textura ao longo da espessura. Os tratamentos térmicos de solubilização causaram a eliminação da ferrita, mas não causaram modificação substancial na textura. Os fenômenos de encruamento, recuperação e recristalização foram então estudados após solubilização, seguida de deformação por laminação em diferentes temperaturas e posterior recozimento das amostras deformadas. O endurecimento por deformação e a porcentagem de martensita α’ formada mostraram forte dependência com a composição química da austenita e com a temperatura de deformação. A textura de deformação encontrada nos aços inoxidáveis austeníticos 304L e 316L é característica dos materiais CFC com baixa e média energia de empilhamento laminados a frio. A temperatura de reversão da martensita α’ foi próxima de 550°C, praticamente não depende da quantidade presente e é praticamente idêntica nos dois aços. O aço 316L apresentou maior resistência à recristalização, pois tem maior EDE e apresenta menor endurecimento por deformação em relação ao 304L. A temperatura de recristalização situouse aproximadamente 150°C acima da temperatura de reversão da martensita α’. A temperatura de laminação não influenciou significativamente a temperatura de recristalização. A textura de recristalização nos dois aços continuou sendo semelhante à textura de deformação. As propriedades mecânicas de tração dos dois aços mostraram-se muito sensíveis à temperatura do ensaio. Tratamentos mecânicos e térmicos adequados produziram combinações interessantes de propriedades mecânicas nos dois aços, tais como limite de escoamento por volta de 1000 MPa com alongamento da ordem de 10%. Os resultados do presente trabalho sugerem que para se obter nos aços inoxidáveis austeníticos combinações atrativas de alta resistência mecânica com ductilidade razoável, por meio de tratamentos mecanotérmicos ou termomecânicos, duas diretrizes devem ser observadas: i) durante a deformação grandes quantidades de martensita devem ser produzidas e as principais variáveis neste aspecto são a EDE do aço e a quantidade e a temperatura de deformação; ii) durante o recozimento do material encruado deve ocorrer reversão da martensita, mas a recristalização completa deve ser evitada, por meio do controle rigoroso da temperatura e do tempo de recozimento, obtendo-se uma microestrutura muito fina de grãos e sub-grãos. A possibilidade de tratamentos sucessivos de deformação/recozimento é promissora e deve ser explorada em trabalhos futuros. A caracterização microestrutural foi realizada com auxílio de várias técnicas complementares de análise microestrutural, tais como microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), medidas magnéticas, difração de raios X (análise de fases e determinação de textura) e microdureza Vickers. A caracterização mecânica envolveu a realização de ensaio de tração em várias temperaturas, com a determinação de limite de escoamento, limite de resistência, alongamento total e coeficiente de encruamento n. / Hot rolled AISI 304L and 316L austenitic stainless steel sheets, 6mm thick, presented recrystallized equiaxial grains with austenite and islands of delta ferrite, in larger quantities mainly in the center of both steel sheets. The austenite had a weak texture, with a gradient through the thickness. The solution annealing eliminated delta ferrite, however it did not change the texture. Phenomena such as work hardening and strain induced α’ martensite formation showed strong dependency on the chemistry composition and rolling temperature. The rolling texture observed in AISI 304L and 316L austenitic stainless steels is characteristic of FCC materials with low and medium stacking fault energy (SFE), after cold rolling. The α’ reversion temperature was around 550°C for both steels and was independent of the volume fraction of α’ martensite. The AISI 316L showed a strong recrystallization resistance as it has higher SFE and smaller work hardening than the AISI 304L. The recrystallization start temperature is approximately 150°C higher than the α’ reversion temperature. The rolling temperature did not influence the recrystallization temperature. Recrystallization texture for both steels remained similar to the rolling texture. Proper thermal and mechanical treatments provided interesting combinations of mechanical properties for both steels, such as yield strength around 1000 MPa with 10% elongation. These results suggest that the obtained austenitic stainless steels provide attractive combinations not only with high mechanical resistance but also with reasonable toughness and ductility. Through thermo-mechanical treatments, two point must be stressed: i) during the deformation great quantities of α’ martensite are being produced due to the SFE of the steel and the degree and the temperature of deformation; ii) during the annealing treatment of the work hardened material the α’martensite reverts to austenite, but complete recrystallization must be avoided, thus strict control of temperature and annealing time must be ensured to obtain a refined microstructure (of grains and subgrains). The possibilities of employing successive deformation / annealing treatments is promising and should be explored in future research. Several microstructural characterization techniques have been employed: optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), magnetic measurements, X-ray diffraction to analyze phases and textures, and Vickers microhardness tests. Mechanical characterization involved tensile testing at different temperatures, with determination of yield strength, tensile strength, total elongation and strain hardening coefficient n.

Este trabalho refere-se à otimização energética na produção de fio-máquina, onde os aços estudados foram os de baixo carbono. O trabalho foi desenvolvido com o apoio de uma empresa parceira que cedeu as instalações e acesso às informações necessários ao desenvolvimento da dissertação. O objetivo geral do trabalho foi reduzir o consumo de energia de reaquecimento de tarugos para laminação de vergalhões e fio-máquina em rolos. Os objetivos específicos foram: descrever os preceitos teóricos a respeito do processo de reaquecimento; realizar um levantamento do estado da arte em relação à influência das variáveis de enfornamento nas propriedades do material e em relação ao consumo de energia em fornos de reaquecimento; melhorar o conhecimento existe na empresa parceira do estudo a respeito do processo de enfornamento e otimizar o processo de enfornamento na empresa. Para desenvolvimento da trabalho foi necessário o acompanhamento das energias envolvidas: energia de deformação e energia de reaquecimento. Quanto maior a temperatura de laminação, menor será a energia necessária para deformar o material, porém, maior será a energia de reaquecimento, ocorrendo maior consumo de combustível. Para analisar o consumo das energias, foi feito o acompanhamento da corrente elétrica das principais gaiolas para duas bitolas, depois, foi alterada a temperatura e medida novamente a corrente elétrica e o consumo do gás natural. Esta sequência de testes e medições visou identificar oportunidades para redução da temperatura de laminação e a influência na corrente elétrica das gaiolas do laminador. Uma das premissas, da realização deste trabalho, é que sejam alcançados os objetivos estabelecidos com a manutenção da qualidade do material e de suas propriedades mecânicas. Após a realização dos testes, constatou-se que é possível laminar com temperatura 20°C abaixo dos valores praticados atualmente, porém, a grande limitação é a última gaiola do trem médio de laminação, que trabalha, nestas condições, com a corrente elétrica no limite de desarme, sendo muito grande o risco de parada eminente do laminador. Recomenda-se implantar um investimento para aumentar a potência do acionamento desta gaiola. Com a redução em 20°C nas temperaturas de ajuste do forno economiza-se, nas condições do estudo, 0,36 Nm³/t. / This master dissertation refers to energy optimization in the production of wire rod from low-carbon steels. The work was supported by a partner company that gave access to the facilities and information necessary for the development of the dissertation. The general objective of this work was to reduce the energy consumption of billet reheating for rolling rebar and wire rod in coils. The specific objectives were: to describe the theoretical precepts about the reheating process; to describe the state of the art regarding the influence of variables in reheating process and its relation to energy consumption; improve knowledge exist in the partner company about the process and optimize the reheating process of the company. For development work was necessary monitoring of the energies involved, deformation energy and reheating energy. If the temperature of the process is higher, the energy required to deform the material is lower, however, the energy of rewarming is higher, causing higher fuel consumption. To analyze the deformation energy, the electrical current was monitored at two main cages for two different products, then the temperature was changed and the electric current was measured again as well as the consumption of natural gas. This sequence of tests and measurements aimed at to identify opportunities to reduce the process temperature and the influence of electrical current in rolling cages. One of the assumptions of the present study is to achieve the goals maintaining the quality of the material and its mechanical properties. After the tests, we found that it is possible laminar temperature 20°C below than the values currently practiced, however, the major limitation is the M4 cage that works, on these conditions, with the electrical current in the trip limit, being very great risk of imminent stop of the rolling mill. It is recommended to increase the power of the drive cage. With the reduction at 20°C in temperature adjustment of the oven, it saves 0.36 Nm³/t.

O presente trabalho visa entender as relações entre as propriedades mecânicas e a composição química de fio-máquinas produzidos com aços SAE 1005 e SAE 1405 modificados e os parâmetros de controle de um laminador a fim de se obter, após a laminação a quente, as propriedades mecânicas semelhantes para os dois tipos de aço. A metodologia adotada envolveu as etapas de revisão da literatura e procedimento experimental D.O.E (Design of Experiments), com coleta de amostras de fio-máquina 5,50 mm produzido com o aço SAE 1005 modificado e outras de fio-máquina 5,50 mm produzido com o aço SAE 1405 modificado, nas condições normais de operação para avaliação das propriedades mecânicas através de ensaios de tração e análise metalográfica. Esse resultado visa criar uma alternativa para a fabricação de arames recozidos com o uso do fio-máquina produzido com o aço SAE 1005 modificado, com um menor custo do produto final. / The present work aims to understand the relationships between the mechanical properties and chemical composition of wire rod produced with SAE 1005 and SAE 1405 modified steels and the parameters of a rolling mill in order to obtain, after hot rolling, mechanical properties similar for both types of steel. The methodology involved the steps of literature review and experimental procedure DOE (Design of Experiments), with sampling of 5.50 mm wire rod produced with the SAE 1005 modified and other samples of 5.50 mm wire rod made from steel SAE 1405 modified under normal conditions of operation for evaluation of mechanical properties through tensile testing and metallographic analysis. This result created an alternative for the fabrication of annealed wire using the wire rod produced with the SAE 1005 modified, with a lower total cost of the final product.

Orientador: Paulo Roberto Mei / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T10:29:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cambiucci_AntonioFernando_M.pdf: 22676343 bytes, checksum: 219931524e5121689e62bc3bc4c13298 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Este trabalho estudou o comportamento do aço rápido M2 durante a laminação a quente. Para tanto foi efetuada a caracterização qualitativa e quantitativa dos carbonetos existentes antes e imediatamente após as deformações verdadeiras sofridas pelo material através da laminação a quente. Nesta caracterização foram empregadas técnicas de microscopia ótica e eletrônica de varredura, difração de raio-X e metalografia quantitativa. Também foram medidas as cargas de laminação correspondentes a cada ensaio e as tensões de escoamento foram calculadas usando o modelo de Sims. Foram, então determinadas as equações das curvas das tensões de escoamento versus deformação verdadeira para cada temperatura de ensaio, visando assim, facilitar o dimensionamento de equipamentos industriais e melhorar o desempenho do processo de laminação do aço rápido M2. Foram também correlacionados os aspectos dessas curvas com as microestruturas. Cada amostra laminada foi examinada procurando-se correlacionar os fenômenos de encruamento e amolecimento (representados pela curva tensão de escoamento versus deformação verdadeira) com a microestrutura da mesma / Abstract: In this work, the behaviour of M2 high speed steel during hot rolling, was studied. Both qualitative and quantitative characterization was undertaken of the carbides present before and immediatelyafter true strains sufferedby the material due to hot rolling. For this characterization the techniques of optical and scanning electron microscopy, X-ray diffraction and quantitative metallography were used. The loads corresponding to each test and the flow stresses were calculated using Sims model. Equations were derived from plots of flow stress versus true strain for each test temperature, with the aim of allowing projection of the dimensions of industrial equipment and to improve the design of the rolling of M2 high speed steel. The shapes of these curves were also correlated with the microstructure of the steel. Each sample was examined to allow correlation of the hardening and softening phenomena (represented by the curves offlow stress versus true strain) with its microstructure / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Roseana da Exaltação Trevisan / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T18:26:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fraga_FranciscoEdsonNogueira_D.pdf: 3779686 bytes, checksum: b907dc0886225032e946b10c70a7169c (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O interesse da indústria em se ter um maior controle das distorções provocadas pela soldagem de chapas de alumínio, em função da crescente demanda por esse material, incentivaram o desenvolvimento do presente trabalho. Neste trabalho são estudadas as deformações causadas pela soldagem TIG em chapas de alumínio, liga Al 5052, em função do grau de encruamento das chapas e em função da direção de soldagem em relação ao sentido de laminação. Foram utilizadas chapas com três graus de laminação a frio e as soldas realizadas no sentido paralelo e perpendicular ao sentido de laminação das chapas. As distorções provocadas pela soldagem foram avaliadas através de uma metodologia desenvolvida nesse trabalho. Essa metodologia possibilitou a quantificação dos resultados através de coeficientes de distorção longitudinal e transversal. Complementarmente, para melhor compreensão dos resultados, procedeu-se uma análise microestrutural por microscopia ótica e por EBSD (Eletron Backscatter Diffraction) no metal base e na zona afetada pelo calor (ZAC). Com o EBSD obteve-se resultados de textura cristalográfica no metal base, que foram avaliados por meio de ODF (Orientation Distribution Function). As distorções provocadas pela soldagem foram avaliadas com um nível de significância dos resultados de 10%. Os resultados de distorção mostraram ocorrências de deformações longitudinais e transversais em todas as condições avaliadas. Foi descoberto que a direção de soldagem paralela ao sentido de laminação do material gera maior distorção, em comparação com a solda perpendicular à laminação. Essa influência da direção de soldagem foi significativamente relevante por consequência da presença da textura tipo Brass no material encruado. A influência do grau de encruamento do material sobre a quantidade de distorções foi tão relevante quando a direção de soldagem em relação à laminação. O coeficiente de distorção aumentou com o aumento do grau de encruamento das chapas. Foi caracterizado também um aumento da largura da ZAC em função do grau de laminação do material, concomitante com o aumento das distorções devido à soldagem. / Abstract: The industry interest on having a better control in the distortions provoked by welding of aluminum plates, caused by the crescent demand of this material, motivated the development of this work. In this work, it is studied the deformation caused by TIG welding in aluminum plates, alloy Al 5052, in function of the cold working degree (tempers) on the plates and in function of the welding direction in relation to the rolling direction. Were used plates with three different tempers (O, H32 and H34) and the welds were made parallel and perpendicular to the rolling direction. The welding distortions were evaluated by means of a methodology developed in this work. With this methodology was possible to quantify the results through the longitudinal and transversal distortion coefficients. Additionally, for a better understanding of the results, it was carried out a micrographic analysis by means of optical microscopy and Eletron Backscatter Diffraction (EBSD) over the base metal and the heat affected zone (HAZ). With the EBSD analysis it was obtained results about the crystallographic texture on the base metal, which were evaluated by means of Orientation Distribution Function (ODF). The distortions caused by welding were evaluated with a significance level of the results of 10%. The results of the distortions showed the occurrence of longitudinal and transversal deformations in all conditions evaluated. It was discovered that the welding direction parallel to the rolling direction of the material cause the largest distortion compared to the direction welding perpendicular to the rolling direction. This influence of the welding direction was relevant in consequence of the presence of Brass texture in the rolling material. The influence of the cold working degree of the material over the quantity of distortions was as much relevant as the welding direction in relation to the rolling direction. The distortion coefficient increased with the increase of the cold working degree of the plates. It was also verified an increase in the width of the HAF in function of the cold working degree of the material, as well as an increase of the distortions caused by the welding. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Os aços microligados ao vanádio são usados em peças automotivas forjadas, tais como virabrequins e bielas. Através de equações matemáticas que descrevem a cinética de recristalização e de crescimento de grão, foi desenvolvida uma rotina em planilha para simular a evolução dos tamanhos de grão austeníticos durante os passes de laminação em função da temperatura, taxa de deformação, tempo entre passes e características do material. O resultado do tamanho de grão ferrítico calculado final, foi comparado com os tamanhos de grãos de amostras retiradas da laminação e de amostras realizadas por simulação física (ensaio de torção a quente). Esta comparação entre modelamento matemático e simulação física com o processo de laminação, demonstra que é possível calcular e descrever a evolução microestrutural e mostra que o principal mecanismo de controle do refino de grão envolvido em uma laminação de não planos com trens abertos é o de recristalização estática, para as condições existentes na usina onde foi efetuado o presente estudo. / Microalloyed steels are used as forging stock for many automotive parts such as crankshafts and connecting rods. Using mathematical equations describing the recrystallization kinetics and grain growth, a spreadsheet has been developed to simulate the austenitic grain size evolution during bar rolling mill schedules as a function of temperature, strain rate and time between passes. The calculated ferritic grain size was compared with samples taken from the process and physical simulation (torsion testing). Comparison between mathematical modeling and physical simulation with the plant bar rolling mill process shows that it is possible to predict the microstructural evolution and confirm the main grain refinement control mechanism as being static recrystallization, under the conditions prevailing in the plant where this study has been carried out.

Estudaram-se os efeitos da fração volumétrica de carboneto eutético e da dureza da matriz sobre a resistência à fadiga térmica de ferros fundidos brancos multicomponentes. Utilizaram-se ligas do sistema Fe-4Cr-V-2Mo-2W-2C, V variando entre 5 e 8% e Fe-4Cr-8V-Mo-2W-2C, Mo variando entre 2 e 5%. Corpos-de-prova com a geometria de discos com seção variável foram temperados e revenidos para obtenção de dois valores de microdureza da matriz: 450 HV e 650 HV. Conduziram-se ensaios de fadiga térmica por 100 e 500 ciclos. Cada ciclo envolveu aquecimento por indução da superfície até a temperatura de 600°C em 10 segundos e subseqüente resfriamento em água por 45 segundos (equalização das temperaturas do núcleo e da superfície). Os corpos-de-prova foram caracterizados antes e após os ensaios de fadiga térmica. Antes dos ensaios, caracterizaram-se os carbonetos eutéticos (tipos, morfologia, fração volumétrica, tamanho, forma e distribuição dos carbonetos) e a microdureza da matriz. Após os ensaios, caracterizaram-se as trincas de fadiga térmica macroscópicas e microscópicas (número e profundidade) e a microdureza da matriz. A nucleação de trincas de fadiga térmica ocorre predominantemente na superfície do corpo-de-prova, induzidas por concentradores de tensão mecânicos e metalúrgicos. As trincas nucleiam na matriz (a rugosidade age como concentrador de tensão mecânico) e em carbonetos (interface carboneto/matriz ou no próprio carboneto). A taxa de nucleação sofre influência da fração volumétrica de carboneto eutético (seu aumento promove aumento da taxa de nucleação) e da dureza da matriz (seu aumento promove diminuição da taxa de nucleação). A propagação de trincas ocorre predominantemente pela interface carboneto/matriz ou através do carboneto. A taxa de propagação sofre influência da distribuição de carboneto eutético. Quanto maior a relação “continuidade de carbonetos/distância livre média entre carbonetos”, maior a taxa de propagação de trincas. A taxa de propagação de trinca diminui com o aumento do tempo de ensaio, independentemente da fração volumétrica de carboneto eutético e da dureza da matriz. O regime de propagação durante os primeiros 100 ciclos é caracterizado pela propagação instável da trinca controlada pela tenacidade à fratura do material; de 100 a 500 ciclos, a propagação é controlada pela magnitude da tensão. O tamanho do corpo-de-prova também influenciou os resultados dos ensaios: o aumento do tamanho promove aumento das taxas de nucleação e propagação. Este resultado é atribuído ao aumento do gradiente térmico ao longo do corpo-de-prova com o aumento do seu diâmetro. / The effects of the volume fraction of eutectic carbides and of the matrix hardness on the thermal fatigue resistance of multicomponent white cast iron were investigated. Alloys Fe-4Cr-V-2Mo-2W-2C, V ranging from 5 to 8 wt% and Fe-4Cr-8V-Mo-2W-2C, Mo ranging from 2 to 5 wt % were used. Disc shaped samples were quench and tempered for obtaining two matrix microhardness levels: 450 HV and 650 HV. Thermal fatigue tests were carried out for 100 and 500 cycles. Each cycle involved high frequency induction heating of the surface to 600°C and subsequent cooling in water during 45 seconds (equalization of the bulk and surface temperature). The test specimens were characterized before and after the thermal fatigue tests. Before the tests, eutectic carbide (type, morphology, volume fraction, syze, shape and distribution of carbides) and matrix microhardness were characterized. After the tests, the macroscopic and microscopic thermal fatigue cracks (number and depth) and matrix microhardness were characterized. The nucleation of the thermal fatigue cracks takes place mostly at the specimen surface, induced by mechanical and metallurgical stress risers. The crack nucleates at the matrix (roughness as mechanical stress risers as well as at carbides (at the carbide/matrix interface or at the carbide itself). The nucleation rate is influenced by the volume fraction of eutectic carbide (the higher the volume fraction, the higher the nucleation rate) and by the matrix microhardness (the higher the microhardness, the lower the nucleation rate). The crack propagation mostly takes place at the carbide/matrix interface or through the carbide. The propagation rate is affected by the carbide distribution. The higher the “carbide continuity/carbide free path” ratio, the higher the propagation rate. The propagation rate decreases with increasing test time, regardless the eutectic carbide volume fraction and the matrix microhardness. The propagation behaviour during the first 100 cycles is characterized by instable crack propagation controlled by the fracture toughness of the material; from 100 to 500 cycles, the propagation is controlled by the stress magnitude. The syze of the test specimen also influenced the tests results: the larger the specimen syze, the higher the nucleation and propagation rates. This is attributed to the effect of increasing thermal gradient across the specimen with increasing specimen diameter.