Efeito do tratamento térmico em fios de aço trefilados a seco

Efeito do tratamento térmico em fios de aço trefilados a seco

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VOLTA REDONDA 2010

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Metalúrgica da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção do Grau de Engenheiro Metalúrgico.

Orientador: Prof.ª Dr. Marcos Flávio de Campos

Volta Redonda 2010

Brenno Ferreira de Souza

Estudo dos Efeitos do Tratamento Térmico em Fios de Aço Trefilados à Seco

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Metalúrgica da

Universidade Federal Fluminense como requisito parcial para obtenção do Grau de Engenheiro Metalúrgico.

Aprovado em Dezembro de 2010

Prof. Dr. Marcos Flávio de Campos - Orientador Universidade Federal Fluminense

Prof. Dr. Carlos Sérgio da Costa Viana Universidade Federal Fluminense

Eng. M.Sc. Priscila Goreti Magina Michelin

Volta Redonda 2010

“Dedico este trabalho aos meus pais, pois não mediram esforços para me apoiar durante esses anos de graduação. Em especial ao Ronaldo, que com carinho de pai e dentro de suas disponibilidades, permitiu que eu ingressasse nessa universidade. Sem ele eu não estaria aqui. Sou o homem que eles criaram. E ao amigo amado, Rodrigo

Ramalho (in memorian), que me deixou com saudades, mas com a lembrança de todos os bons momentos ao seu lado.”

A Deus. Aos meus pais e a toda minha família pela compreensão e apoio.

Ao meu orientador, professor Marcos Flávio, pela paciência e dedicação durante esses mais de 12 meses entre definição e conclusão deste projeto.

Aos professores pelo conhecimento transferido.

anos

Aos amigos de trabalho e de faculdade que estiveram do meu lado durante todos esses

Aos amigos e funcionários da Michelin: Euler, Waldir, Dantas, Paulo Afonso, Amarildo

Silva, Laércio, Priscila, Rocha, Manuel Dimas, Clailton, Roberto, Cláudio, José Luiz, Glória e todos os demais que me apoiaram durante todo o meu período na empresa.

Aos funcionários da Universidade Federal Fluminense. A todos os que me ajudaram durante essa importante jornada.

Todos até aqui tiveram uma grande importância na minha formação moral e profissional: Obrigado!

“Uns confiam em carros e outros em cavalos, mas nós, faremos menção do nome do Senhor nosso Deus.”

O grupo Michelin é um dos líderes no mercado mundial de pneus, além de fabricar câmaras e cabos para os reforços metálicos destes. Uma das etapas iniciais da fabricação desses reforços metálicos, é a trefilação à seco, que é responsável por produzir fios de aços de diversos diâmetros. Durante a trefilação, o fio é trabalhado em temperaturas abaixo da temperatura de recristalização, sendo o processo denominado de deformação á frio. Assim, o produto trefilado sofre grandes deformações, e conseqüentemente o encruamento de sua microestrutura. Esse efeito altera diretamente suas propriedades mecânicas, elevando sua resistência mecânica a cada passe de trefilação, e reduzindo a sua ductilidade. Logo, o fio encruado fica impossibilitado de ser trabalhado em próximas etapas do processo, pois muitas aplicações exigem alta ductilidade. Este fio então é tratado termicamente em um processo controlado chamado de patenteamento, onde tem sua microestrutura recuperada e recristalizada, e é finalmente resfriado de maneira a conferir as propriedades mecânicas e estruturais desejadas.

Palavras-chave: Michelin, Fios de Aço, Trefilação, Tratamento Térmico

The Michelin Group is a global leading on tire market, besides making cameras and cables to its metal reinforcement. One of the first stages of the metal reinforcement manufacture is the dry drawing, which is responsible for producing steel wires of various diameters. During the drawing, the wire is worked at temperatures below the recrystallization temperature, this process is knowed as cold forming. Thus, the draw product suffers large deformations, and therefore the hardening of the microstructure. This effect directly alters its mechanical properties, increasing its strength at each drawing pass, and reduces its ductility. So the work hardened wire is unable to be worked on next steps in the process, because many applications require high ductility. Then, the wire is heat treated in a controlled process called patenting, which has a recovered and recrystallized microstructure, and finally is cooled so as to give the desired mechanical and structural properties.

Key words: Michelin, Steel Wire, Drawing, Heat Treating

1. Introdução10
1.1. A Empresa10
1.2. O Processo1
1.3. Objetivos13
1.4. Justificativas13
2. Revisão Bibliográfica14
2.1. Conformação Mecânica dos Metais14
2.1.1. Deformação Elástica e Plástica14
2.1.2. Fatores Metalúrgicos na Conformação Mecânica dos Metais17
2.1.2.1. Temperatura de trabalho17
2.1.2.2. Velocidade de deformação19
2.1.2.3. Variáveis metalúrgicas21
2.1.2.4. Conformabilidade dos metais23
2.2. Trefilação23
2.2.1. Mecânica da Trefilação24
2.2.1.1. Deformação homogênea25
2.2.1.2. Método dos blocos25
2.2.1.3. Trabalho redundante27
2.2.1.4. Método do limite superior29
2.2.2. A ferramenta de Trefilação – Fieira31
2.2.2.1. Desgaste da fieira3
2.2.3. Máquinas de Trefilação3
2.2.3.1. Máquinas de trefilar sem deslizamento34
2.2.3.2. Máquinas de trefilar com deslizamento35
2.3. Encruamento, Recuperação e Recristalização36
2.3.3. Recristalização39
2.4. Diagrama de fases Fe-C42
2.4.1. Ferrita4
2.4.2. Austenita45
2.4.3. Cementita46
2.4.4. Perlita47
2.4.5. Aços Hipoeutetóides50
2.4.6. Aços Hipereutetóides52
2.5. Transformação de Fases53
2.5.1. Curvas de Transformação Isotérmica (T)54
2.5.2. Curvas de Transformação por Resfriamento Contínuo (CCT)57
2.6. Tratamentos Térmicos59
2.6.1. Recozimento Pleno61
2.6.2. Recozimento Subcrítico63
2.6.3. Normalização63
2.6.4. Patenteamento64
2.7. Análise Metalográfica - Micrografias6
2.7.1. Tipos de ataques químicos67
2.8. Efeito Joule68
3. Resultados experimentais69
3.1. Amostras69
3.1.1. Composição Química69
3.2. Trefilação70
3.2.1. Limpeza e Lubrificação71
3.2.2. Temperatura de Trabalho71
3.2.3. Encruamento72
3.3. Tratamento Térmico75
3.3.1. Austenitização75
3.3.1.1. Aquecimento75
3.3.1.2. Tempo de Encharque76
3.3.1.3. Atmosfera76
3.3.2.2. Propriedades Finais7
Considerações Finais81

1. INTRODUÇÃO

1.1. A Empresa

O Grupo Michelin é um dos líderes no mercado mundial de pneus, com cerca de 20% de participação no setor. Além de pneus, a empresa também produz câmaras de ar e cabos, além de editar os famosos guias e mapas turísticos. Os pneus Michelin são utilizados em automóveis, caminhões, motos, bicicletas, tratores, veículos de terraplenagem, aviões e ônibus espaciais da NASA.

A Michelin foi fundada em 1891 pelos irmãos André e Edouard Michelin. Sua sede mundial está localizada na cidade de Clermont-Ferrand, na França. Com aproximadamente 127 mil funcionários no mundo inteiro, a Michelin tem seus produtos comercializados em mais de 170 países. As empresas do Grupo produzem, anualmente, cerca de 180 milhões de pneus e 19 milhões de mapas e guias.

Em todo o mundo, são 71 unidades de produção, seis plantações de seringueiras (localizadas no Brasil e na Nigéria) e um Centro de Tecnologia com pólos na Europa, nos Estados Unidos e no Japão.

A Michelin é organizada mundialmente em uma estrutura de Linhas de Produto, responsáveis pelas estratégias e orientações específicas para cada ramo ou setor de atuação da Empresa de acordo com sua localização geográfica: América do Norte, América do Sul, Europa, Ásia e África/Oriente Médio.

As Linhas de Produto da Michelin são:

a. Pneus Agrícolas b. Pneus de Avião c. Pneus para Motos e Bicicletas d. Pneus de Mineração e Engenharia Civil e. Pneus de Automóveis e Caminhonetes f. Pneus de Carga g. Rodas h. Serviços de Turismo i. Componentes - Borrachas e produtos metálicos

A Michelin detém diversas marcas mundialmente, cada uma atendendo às necessidades específicas de seu segmento e mercado: Michelin, BFGoodrich, Uniroyal, Kléber, Laurent, Taurus, Riken, Kormoran, Icollantas, Encore, Euromaster, Recamic, TCI e Warrior.

As Linhas de Produto são operacionalizadas por intermédio das Unidades Operacionais

Táticas (UOTs), responsáveis pelas ações de marketing, desenvolvimento, produção e vendas e seus mercados de atuação. As atividades das Unidades Operacionais são assistidas pelos Serviços Grupo - serviços locais administrativos, de suporte e de infra-estrutura. que incluem Auditoria, Compras, Financeiro, Institucional e Comunicação, Jurídico, Meio Ambiente e Prevenção de Riscos, Pessoal, Planos e Resultados e Controle de Gestão, Qualidade, Sistemas de Informação e Supply Chain. A meta dos Serviços Grupo é estar sempre à frente das necessidades das UOTs, desenvolvendo metodologias e processos mais eficientes e ágeis.

Além desta organização geral, a Michelin também conta com um Centro de Tecnologia, cujo objetivo é desenvolver as mais modernas inovações tecnológicas, preparando o terreno para a mobilidade do futuro.

1.2. O Processo

A primeira etapa do processo de fabricação de fios de aço na Fábrica de Cabos e Aros da

Michelin é a decapagem e boraxagem do fio-máquina. Nesta etapa é retirada a camada de óxido de ferro e é adicionada uma camada de bórax sobre o fio.

Os rolos de fio já decapados e boraxados são levados para as trefiladoras secas a fim de obter diversos diâmetros de fio.

Os produtos provenientes da trefilação seca vão para a etapa de tratamento térmico, pois a cada passe de redução da seção transversal o material sofre um encruamento, que é verificado pela elevação da tensão de escoamento do material que, ao atingir certo valor, torna a trefilação impraticável.

Figura 1. Fluxograma do processo de obtenção do fio metálico. Fonte: Ribeiro, 2008.

A trefilação é um processo de conformação plástica que se realiza pela operação de conduzir um fio através da fieira, de formato externo cilíndrico e que contém um furo em seu centro, por onde passa o fio. Este furo, com diâmetro decrescente, apresenta um perfil na forma de funil curvo ou cônico.

O processo a seco, leva esse nome porque a sua lubrificação é feita por um pó lubrificante especial, chamado de sabão de trefilação. As bitolas desse processo são de grandes dimensões, por isso é nesse tipo de trefilação que é feita a primeira parte do processo, ou seja, aonde o fio-máquina sofre sua primeira redução.

Durante a trefilação, que é realizada abaixo da temperatura de recristalização, o fio sofre um efeito de aumento da sua resistência mecânica e de redução da sua ductilidade, devido à deformação plástica, caracterizando o denominado efeito de encruamento.

Acima de certo grau de encruamento, não é mais possível trabalhar o fio, sendo então necessária, para o prosseguimento do processo de trefilação, a aplicação de um tratamento térmico de recozimento. Além disso, muitas utilizações do fio exigem características de elevada ductilidade, o que também conduz à necessidade desse tratamento térmico.

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