A liga de alumínio AA3104 é utilizada na manufatura de componentes obtidos via estampagem profunda e estiramento, como corpo de latas de bebidas. O presente trabalho visa relatar as principais alterações microestruturais e texturais da liga AA3104 em diferentes condições de deformação a frio. As amostras investigadas foram obtidas por meio de laminação a quente nas espessuras de 1,80 e 2,25 mm. O material A com espessura de 1,80 mm foi laminado duas vezes a frio com reduções de 64% e 59%. Já o material B com espessura de 2,25 mm foi laminado três vezes a frio com reduções de 55%, 52% e 51%. Após cada redução a frio foram retiradas amostras para as caracterizações. A espessura final nos dois materiais foi de 260 ?m. A caracterização microestrutural foi realizada por meio de microscopia ótica convencional e microscopia eletrônica de varredura. A textura de recristalização foi obtida por meio de difração de raios X. Foram realizados ensaios mecânicos para determinar a microdureza e limites de resistência e escoamento das amostras analisadas, além do ensaio de embutimento das amostras para a caracterização do orelhamento. Os melhores resultados de orelhamento foram obtidos no material A e os maiores valores de tensão de escoamento, resistência a tração e microdureza foram observadas no material B. Também foram retiradas amostras de latas de bebidas após a estampagem e após a estampagem e recozimento para a caracterização microestrutural. A ênfase desta Dissertação visa avaliar a influência da quantidade de deformação a frio aplicada em chapas recristalizadas provenientes da laminação a quente na textura cristalográfica e no comportamento das chapas durante o ensaio de orelhamento. / The aluminum alloy AA3104 is widely used in the manufacture of components obtained by deep drawing and ironing, as the body of beverage cans. The present work describes the main microstructural and textural changes of AA3104 alloy following different cold rolling schedules. The samples were obtained after hot rolling, with thicknesses of 1.80 and 2.25 mm. Material A (1.80 mm) was cold rolled in two steps with reductions of 64% and 59%, respectively. Material B (2.25 mm) was cold rolled in three steps with reductions of 55%, 52% and 51% respectively. After each cold reduction samples were removed for microstructural characterization. The final thickness of the two materials was 260 ?m. The microstructural characterization was performed using conventional light optical and scanning electron microscopy. The recrystallization texture was determined by X-ray diffraction measurements. Mechanical tests were carried out to determine the Vickers microhardness as well as yield and tensile strengths. Deep drawing tests were performed for earing characterization. The best results of earing were obtained in material B. The highest yield and tensile strengths were observed in material A. Samples of commercial beverage cans were taken after deep drawing and annealing (drying) for microstructural characterization. The emphasis of this study is to evaluate the influence of the cold deformation in hot-rolled sheets regarding crystallographic texture evolution and corresponding behavior during earing tests.

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.

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.

A crescente escassez de recursos energéticos renováveis bem como o aumento contínuo dos seus custos, tem requerido uma redução drástica no consumo de energia utilizada para o transporte de cargas e passageiros nas últimas décadas. Uma alternativa é a redução de peso com a utilização de ligas leves em substituição às ligas convencionais utilizadas no setor de transporte. Nesse conceito o uso de ligas de magnésio é justificado pela sua baixa densidade. Dentre as ligas de magnésio, a matriz ASTM série ZK é a que apresenta maior resistência mecânica e a adição de elementos de terras raras (RE) elevam a resistência à corrosão, a temperatura de trabalho e o limite de escoamento, devido à formação de filmes de óxidos finos e densos, além de intermetálicos de alto ponto de fusão e de maior dureza. A formação de intermetálicos do tipo MgZn de baixo ponto de fusão, torna as ligas de matriz do tipo ZK susceptíveis à formação de trinca à quente durante a soldagem, inviabilizando o uso de processos de soldagem convencionais. Uma alternativa é a solda por fricção e mistura mecânica (SFMM) realizada abaixo da temperatura de fusão. Neste trabalho, foram produzidas ligas ZK60, ZK60-1,5RE (liga ZK60 com adição de 1,5% em peso de mischmetal) por fundição convencional e ZK60-1,5RE tixofundidas com batimento mecânico no estado semissólido. Todas foram laminadas a quente em um laminador simétrico e soldadas por fricção e mistura mecânica. Os métodos de fundição e resfriamento apresentaram materiais isentos de defeitos e com homogeneidade química, além do batimento mecânico proporcionar uma microestrutura com grãos globulares homogêneos. A adição de Mischmetal deu origem a uma microestrutura com granulometria aproximadamente 22% menor. Quando comparado com o método de fundição, a liga fundida com batimento no estado semissólido apresentou uma diminuição no tamanho médio de grão de aproximadamente 26%. A laminação deu origem a uma microestrutura parcialmente recristalizada, com tamanho médio de grãos entre 3 e 4 μm. A rede de intermetálicos foi quebrada, porém, manteve-se contínua para as ligas com adição de Mm. Quanto à resistência mecânica, a liga ZK60 foi superior, devido à menor quantidade e redes intermitentes de intermetálicos, uma vez que tanto para as ligas fundidas quanto para as laminadas, as trincas foram originadas nas regiões de aglomeração de intermetálicos. As ligas com adição de Mm apresentaram melhor estabilidade térmica durante a soldagem e melhor acabamento superficial, sendo possível a soldagem com rotação de 1200 rpm e velocidade de avanço de 400 mm/min enquanto a liga ZK60 só foi possível a soldagem com 200 mm/min. As análises das tensões residuais apresentaram valores e perfis semelhantes e seguem o fluxo de material, bem como a textura dos cordões de solda. Os mapas de microdureza na secção transversal do cordão de solda revelaram maior dureza nas zonas de mistura, e valores ainda maiores e mais homogêneos para liga ZK60, pode-se afirmar que os intermetálicos do tipo MgZn tem maior dureza que os do tipo MgZnRE. / The growing scarcity of renewable energy resources, as well as the continued rise in costs has required in recent decades a dramatic reduction in energy used for transportation freight and passenger, which is increasing daily all over the world. An alternative is to weight reduction with the use of light alloys, this concept the use of magnesium alloys is justified by their low density, about 1/3 lower than that of aluminum. Among the magnesium alloy, the matrix is ZK type that has greater mechanical strength and the addition of rare earth elements (RE) to increase corrosion resistance, working temperature and yield strength due to the formation of thin films and density oxides, and intermetallic of the high melting point and higher hardness. The formation of intermetallic of the MgZn type, which has a low melting point, makes alloys with matrix of the ZK type susceptible to formation of hot crack during the welding, making impossible the use of conventional welding processes, an alternative is the friction stir welding (FSW) that the union is made below the melting point. This work shows the studies the addition of 1.5% wt. of mischmetal (Mm) in the ZK60 alloy and effects of the casting process with mechanical mixing in the semi-solid state. Were produced the alloys: ZK60, ZK60-1.5RE with conventional casting and ZK60-1.5RE Tixo with mechanical mixing in the semi-solid state, all were hot-rolled in a symmetrical laminator and welded with friction stir welding (FSW) process. The methods of casting and cooling gave resulted in materials free of defects and chemical homogeneity, and the mechanical mixing provides homogeneous microstructure with globular grains. The alloy with mischmetal addition had an average grain size of about 22% lower than ZK60 alloy, when compared to the casting method the ZK60- 1.5RE Tixo alloy had an average grain size of about 26% lower than ZK60-1.5RE alloy. The rolling process gave rise to a partially recrystallized microstructure with average grain size of between 3.3 and 4.23 μm, the intermetallic network were broken, however, kept continuous for alloys with Mm addition. As for mechanical strength was higher for ZK60 alloy, due smaller amount and intermittent network of the intermetallic. The alloys with Mm addition had better thermal stability during welding and showed better surface quality, being possible to do a welding with rotation of 1200 rpm and advancing speed of 400 mm/min while the ZK60 alloy only was possible the welding with advancing speed of 200 mm/min. The analyzes of residual stresses had similar values and profiles and follow the flow of material as well as the texture of the weld beads. The micro hardness maps in the cross section of the weld bead showed a higher hardness in the mixing zones, and higher and more homogeneous values for ZK60 alloy, and can thus affirm that the intermetallic MgZn type has higher hardness than the MgZnRE type.

O presente trabalho analisou o comportamento tribológico do revestimento superficial cromo duro, aplicado em cilindros de laminação e sua influência durante o processo de laminação a frio, para ligas de aço, cobre e alumínio. Iniciou-se o processo com a análise dos mecanismos de desgaste que ocorrem em cilindros de laminação. Em função das dimensões dos cilindros de laminação, foram produzidas réplicas obtidas em vários cilindros de laminação em diferentes empresas, antes e após a campanha dos cilindros de laminação. Consideramos no processo de amostragem, 3 tipos de acabamento do cilindro: texturizado, jateado e retificado. E ainda, cilindro sem e com revestimento de cromo. A estrutura da Texturização Shot Blaster (SBT) não atende todos os requisitos relacionados ao produto acabado. A camada de cromo duro, aplicado sobre estes cilindros de laminação SBT, melhora a qualidade da superfície da chapa, sendo de interesse para aquelas siderúrgicas que não têm outra alternativa às novas estruturas de superfície, podendo ser obtidas pelos métodos: Electro Discharge Texturing (EDT), Laser Texturing (LT), Electro Beam Texturing (EBT). A função das superfícies geradas, obtidas por estes métodos diferentes vai influenciar as propriedades tribológicas durante os processos de laminação e deformação de chapa. Por outro lado, pode aumentar o custo final do produto ou exigem grandes investimentos para obtenção de tais métodos. / The present work analyzed the tribological behavior of the hard chrome surface coating applied in rolling cylinders and their influence during the cold rolling process for steel, copper and aluminum alloys. The process started by analyzing the wear mechanisms that occur in work rolls. In function on the dimensions of the work rolls, replicas were obtained from several rolls and in different companies, before and after the roll chance. We consider in the sampling process, three types of work rolls finish: texturing, shot blasted and rectified. And still, work rolls without and with chrome coating. The Texture Shot Blaster (SBT) structure is not available in all respects related to the finished product. The hard chromium layer applied to these SBT rollers improves the surface quality of the sheet and is of interest to steel parts that are not of good capacity: EDT Textures, Laser texturing (LT), electrical beam texturization (EBT). The function of the generated surfaces obtained by these different methods is going to influence the tribological properties during the subsequent forming processes. On the other hand, they can increase the product final cost or require large investments to obtain such methods.

Thesis. 1976. M.S.--Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Aeronautics and Astronautics. / Bibliography: p.R1-R5. / by Joshua D. Borah. / M.S.

O crescente aumento na demanda de sistemas miniatuarizados, a criação e desenvolvimento de métodos simples e eficazes e com menor custo de fabricação de microcomponentes desafiam projetistas e pesquisadores. Dentro deste contexto, este trabalho visa o estudo do processo de replicação por laminação, com PMMA (polimetilmetacrilato) aquecido, para geração de microestruturas. O laminador utilizado é de precisão e a distância entre rolos possui controle milimétrico garantindo sua distância, mesmo quando em operação. Foi confeccionado um cilindro molde contendo microrranhuras que serão replicadas no PMMA. Utilizaram-se, como material do cilindro molde, o alumínio e a liga de alumínio 7075. O processo de aquecimento do PMMA consistiu de duas maneiras: condução através do contato com placa térmica, e convecção através do aquecimento em estufa. Para PMMA identificou-se a temperatura ótima para replicação a 105°C. O estudo demonstrou que, para replicar uma geometria com taxa de replicação elevada, devem-se levar em consideração fatores como a velocidade de laminação e a taxa de redução (distância entre cilindros). Este trabalho vai de encontro a pensamentos inovadores, demonstrando ser uma técnica que permite obter a replicação de determinadas geometrias com eficiência de produção. / The increasing demand for miniatuature systems, the creation and development of simple, effective and low cost manufacturing mehods of microcomponents challenge designers and researchers. Within this context, this work aims to study the replication process by rolling of heated PMMA (polymethylmethacrylate) to generate microstructures. A precision mill roll is used so that the distance between rolls has millimeter adjustment ensuring the distance is kept constant, even while in operation. A cylinder mold containing microgrooves to be replicated in PMMA was fabricated. Aluminum and 7075 aluminum alloy were used for the cylinder mold. The process of heating the PMMA occurred in two manners: conduction through the contact thermal plate, and convection by heating in an oven. For PMMA, the temperature for replication of 105°C was identified as being optimum. The study showed that, to replicate a geometry with a high rate of replication, one should take into account factors such as the rolling speed and the rate (distance between cylinders). This work goes towards the innovative thinking, proving to be a technique that allows for the replication of certain geometries and production efficiency.

Dans un contact pneu/chaussée, le bruit de roulement résulte de l’interaction mécanique entre les aspérités de la chaussée et les pains de la bande de roulement. À l’issue de cette interaction, des forces compressives apparaissent pour repousser les deux corps en contact. Ces forces conduisent à la vibration du pneumatique. Ces vibrations sont à l’origine du bruit rayonné. Le travail de cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’évaluation du bruit de roulement. L’objectif est double. Premièrement, il s’agit de comprendre les mécanismes à l’œuvre dans un processus de roulement de deux surfaces rugueuses qui engendrent une vibration puis du bruit. Deuxièmement, on cherche à mettre en évidence l’influence des aspérités de la chaussée sur les forces dynamiques interfaciales et sur le bruit généré. Dans ce contexte, on propose un nouveau modèle 3D de contact dynamique basé sur la décomposition modale de la réponse du pneumatique. Cette nouvelle approche permet de réduire considérablement le temps CPU. Le pneumatique est modélisé par une plaque orthotrope sur fondation élastique. Le problème de contact est résolu par la méthode de pénalité. On a validé ce modèle analytiquement. Cet outil permet de prédire finement ce qui se passe dans la zone de contact. Nous pouvons prédire les forces de contact et les vitesses vibratoires. En outre, il permet de déterminer l’aire de contact et les cartes de pression. À l’échelle locale, les caractéristiques d’un choc sont connues. On est capable de déterminer la force maximale du choc, à partir de l’évolution temporelle de la force de contact, et sa durée mais aussi le pourcentage de temps du choc. / In a tire road contact, the rolling noise results from the mechanical interaction between the asperities of the roadway and the tread pattern. Following this interaction, compressive forces appear to push the two bodies in contact. These forces lead to the vibration of the tyre. These vibrations are the origin of the radiated noise. The work of this thesis falls within the evaluation of rolling noise. The objective is twofold. First, we seek to understanding the mechanisms involved in a rolling process of two rough surfaces that generate vibration and then noise. Second, we aim to show the influence of the road asperities on the interfacial dynamic forces and on the noise generated. In this context, we propose a new 3D model of the dynamic contact based on a modal decomposition of the tyre response. This new approach significantly reduces CPU time. The tyre is modeled by an orthotropic plate on a elastic foundation. The contact problem is solved by the penalty method. This model was validated analytically. This tool allows us to finely predict what happens in the contact area. We can predict contact forces and vibratory velocities. Moreover, it makes it possible to determine the contact area and the pressure maps. At the local scale, the characteristics of a shock are known. We are able not only to determine the maximum force of impact, using time evolution of the contact force, and its duration but also the percentage of shock time.

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.

O presente trabalho analisou o comportamento tribológico do revestimento superficial cromo duro, aplicado em cilindros de laminação e sua influência durante o processo de laminação a frio, para ligas de aço, cobre e alumínio. Iniciou-se o processo com a análise dos mecanismos de desgaste que ocorrem em cilindros de laminação. Em função das dimensões dos cilindros de laminação, foram produzidas réplicas obtidas em vários cilindros de laminação em diferentes empresas, antes e após a campanha dos cilindros de laminação. Consideramos no processo de amostragem, 3 tipos de acabamento do cilindro: texturizado, jateado e retificado. E ainda, cilindro sem e com revestimento de cromo. A estrutura da Texturização Shot Blaster (SBT) não atende todos os requisitos relacionados ao produto acabado. A camada de cromo duro, aplicado sobre estes cilindros de laminação SBT, melhora a qualidade da superfície da chapa, sendo de interesse para aquelas siderúrgicas que não têm outra alternativa às novas estruturas de superfície, podendo ser obtidas pelos métodos: Electro Discharge Texturing (EDT), Laser Texturing (LT), Electro Beam Texturing (EBT). A função das superfícies geradas, obtidas por estes métodos diferentes vai influenciar as propriedades tribológicas durante os processos de laminação e deformação de chapa. Por outro lado, pode aumentar o custo final do produto ou exigem grandes investimentos para obtenção de tais métodos. / The present work analyzed the tribological behavior of the hard chrome surface coating applied in rolling cylinders and their influence during the cold rolling process for steel, copper and aluminum alloys. The process started by analyzing the wear mechanisms that occur in work rolls. In function on the dimensions of the work rolls, replicas were obtained from several rolls and in different companies, before and after the roll chance. We consider in the sampling process, three types of work rolls finish: texturing, shot blasted and rectified. And still, work rolls without and with chrome coating. The Texture Shot Blaster (SBT) structure is not available in all respects related to the finished product. The hard chromium layer applied to these SBT rollers improves the surface quality of the sheet and is of interest to steel parts that are not of good capacity: EDT Textures, Laser texturing (LT), electrical beam texturization (EBT). The function of the generated surfaces obtained by these different methods is going to influence the tribological properties during the subsequent forming processes. On the other hand, they can increase the product final cost or require large investments to obtain such methods.