4 - ENSAIOS MECÂNICOS

5/12/2018 4 - ENSAIOS MECNICOS

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NICODEMOS HENfUQUE DA SILVA CONI

ESTUDO DAS PROPRJEDADES MECANICAS [)O ACO ZINCADO POR IMERSAOA QUENTE E G A L V AL U M E P R O D U ZID O S NA CSN-PR

Dlssertacao apresentada ao PIPE - Progratnade P6s-Graduaco em Engenharia, Area deConcentracao: Engenharia e Ch~ncjas dosMateriais, Universidade Federal do Parana,como requisite parcial a obtencao do tltulo deMestre em Engenharia.Orientador: Prof. Paulo Victor Prestes

MarcondesCo-orientadora: ProP Ana Sofia C. M.D'Olivelra

CURITIBA2004


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NICODEMOS HENRIQUE DA SILVA CONI

ESTUDO DAS PROPRIEDADES MECANICAS DO ACOZINCADO POR IMERSAoA QUENTE E,GALVALUME PRODUZIDOS NA CSN-PR

Disser1a~o apresentada ao PIPE ~Proqrarnade Pos-Oracuacao em Enqanharia, Area deConcentracao: Engenharla e Clencias dosMaterials, Unlversldade Federal do Parana,como requisito parcial a ebtencao do tItulo deMestre em Engenharia.Orientador: Prof. Paulo Vietor Prestes

MarcondesCo-orientadora: Prof.a Ana Sofia C. M.O'Oliveira

CURITIBA2004


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BtWMUFPRUNJVERSIDADE FEDERAL DO PARANAPrograma Ihte'rdisciplinar de P ' os cG ra dl, Ja 9a b em Engeriharia - PIPE

Setor de TecnologtaRELATORl( ) D[ OE;FESA DE DIS SERTA< ;Ao DE MESTRADO

Aos de? dins do I l 1 C ~ dcscternbro de 2H04. ria sola de PG -MEC 01 Departamento de1 ' .ngenh ;; niL lMccan icL l n o Centro Poliiecnico - l1FPR, fo i instalada pelo P-rof. Dr. OscarFellppe von M eien, cocrdcnador do PrPE - Prograrna de Pcs-Graduacao em Engenhar.a. aBanta Exam inado ra para a s ex ag es irn a s ex ta defesa de rncstrado area de concentracao:Engenhariae Ciencias d es M ate ria is . Estiveram presenres no Ato, alcm do coordcnador doCurso de Pos-Graduacao. profcssores. alunos e visitantes. A B~\I'HtaExaminadora. aiendendo adel01'Illinm,:oo, do (_'.olcgi~ldo do Pnigrarna, d e P o s-G ra du ac ao em Engenharia . fQ i GOl)stiluidapelos pr(')r l:S!~ure;-; dou to rcs . R am on S C ortes P aredes (UFPR ) , S ilvio Franc is co Brunauo(llFPR ) . Paulo Cesar B~)rges ((,GFET-PR .) . Paulo V ictor P restes M arcondes (UFPR). A s10:on horas, ,3 banca iniciouos trahalho, convidande o candidate N icodernos l lenrique cit1S ih [I Con i O J Inzer a apresen tacao da c i i! > .: ie rt ac ; 8ode mest rado intitulada : E stu d o d asPropriedades Mecanicas do Ar;_o Zincado par lmersao a Q u en tee Galvalume Produzidos na CSN-PR. ". Encerrada a apresemacao. iniciou-se a fasede L l r g _ O i t , : i 1 ( ) pc 1os m crn bros, part ici n a n t e s ,

Tendo I:! III \ ista a disscrtacao e a argOic;ao. 1 ;1 banca

(dc t1n1l'd.lH':0J11 < I deterrninacao' dos Artlgos 62 e 6~ da Reso lu cao 62/03 de 1:2.07.03).{'uri(ihu. IO,Lk setcmbro 1004.

Pro ! DI'

P rO T D r S ilv Io Francrs co Brunatto

PI~E - Centro PI'l!ltecmc.Q - predlo de Admlmslray~O, ZQandar - Jd. das AmericasCalx(i Pes tal 19D11 - C E : P @1531-990 - Curiti l:Ja/PR . Tel/~)( ': (0"'41) 361-3;308Home Page: hlipl/www.pipe.ufpror-E-r)[email protected]


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~-~ = -

II

A. minha mae, pelo amor, carinho, cornpreensaoe palavra amiga nos momentos diffeeisAo meu pai, a quem eu tanto admiro, por suasabedoria, hurnildade, amor e par ser meu grandernestre durante toda a minha vida.

Ao meu filho, Talles, que peco a Deus, que crescacomo urn homem de bern.A Deus ...


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AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Paulo Victor Prestes Marcondes - meu orientador - pelo seu apoio,dedicacao, rnotivacao e orientacao sempre presentes durante toda a realizacaodeste trabalho e em grande parte fora doexpediente de trabalho;

A Prof! Ana Sofia - minha co-orientadora - par sua orientacao, apoio eincentivo durante a realizacao deste trabalho;

Ao Eng. Marcia FraZ80 Gulrnaraes Lins, Diretor lncustrial da CSN-PR, pardlsponibihzar seu tempo e experiencla adquirida, has discussoes a respeito dosresultados do trabalho:

Aos Professores Ramon, Silvio e Paulo Borges (GEFET/PR) que durante aapresentacao para qualificacao e defesa final deste trabalho, delxararn suascontribuieoes para a versao final;

A Companhia Siderurqica Nacional e aos grandes profissionais e amigosque encontrei nesta empress que representam, corn certeza, 0 maier patnrnonio quea CSN passui e que contribuiram para a rninha formacao industrial durante estesdoze anos de trabalho;

A todos as aperadores da Linha de Galvanizacao Continua e tecnlcos delaborat6rio da Companhia Slderurqica Nacional que contribulram durante a coletadas amastras e realizacao dos ensaios rnecanicos:

Aas amigos Aigacir e Marcelo da Gonvarri que cantribuiram na conteccaodos corpas de prova para as ensaios de tracao:

Aos amigas engenheiros e tecnicos da CSN-PR, das Linhas de Producao,Manutencao e Engenhada de Produtas;

Ao tao sofrido e trabalhador Povo Brasileiro, que mesma com os obstaculosdo caminho, luta par dias melhores;


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Vern, vamos emboraque esperar nao e saberQuem sabe, faz a horaNao espera acontecer.Geraldo Vandre


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SUMARIOLISTA OETABELAS IVLISTA DE FIGURAS ,............................................................................................. VLISTA DE SiMBOLOS _........ VIIRESUMO , ,...................... IXABSTRACT ,..................................................................................... XINTRODUCAO ,......................................... 11REVESTrMENTOS RESISTENT.ES A CORRO'SAO 0811005 Pt:LO PROCESSOCONTiNUO DE IMERSAO A QUENTE ,........... 41.1 INIRODUCAO _ _................................................................................... 4'1.2 PROCESsb DE IMERSAO A QUENTE 61.3 =os - TRATAMENTOS 81.4 REVESTIMENTOS APLICADOS POR IMERSAO A QUENTE 91.4.1 Revestimento Zincado ~............................................. 91.4.1.1 Microestrutura 91.4.1.2 Banho Metalica ,............................................................................ 101.4.1.3 Resistencia a corrosao _............................................................................. 121.4. 1.4 Outras propriedades ,..................... 141.4.2 Revestimento Zinca-Ferro 141.4.2.1 Mieraestrutura _..... 151.4.3 Revestim ento de Alum inio - Tipo.2 ,................................................................... 171.4.4 Revestim ento de Al um inio - Ti po 1 , " ,.. 171.4.5 Galfan - Uga Zn- 5%AI ,.................................................................................... 191.4.6 Liga 55%AlZn (Galvalurne" '..................................................... 201.4.6.1 Micr6estrutura ,..,......................................................................................... 201.4.6.2 Prtncipais caracteristicas e vantagens ~.............. 211.4.6.2.1 Rendimenta em area ,............................................................................. 221.4.6.2.2 Resistencia a corrosao , ,................................................. 221.4.6.2.3 Refletivtdade.termtca , , "........................ 231.4.6.2.4 Reslstencla a altas temperatures ' ,............................................... 242 LINHA DE GALVANIZA


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.- VI4.5.1 Limite de Escoamento _.... 464.5.2 Limite de Resistencia a tracao ,......................................................... 474.5.3 Dutilidade ._ _ ,.., -......................... 474.5.4 Resiliencia _ , _............................... 484.5.5 Tenacidade _............................................................ 494.6 CURVA TENSAo-OEFORMACAo VEROADEIRA , 504.7 PROPRIEDADES RELACIONADAS A CONFORMACAO MECANICA _...... 524.7.1 Coeficiente de Encruamento ,................................................ 534.7.2 Coeflciente de Anisotropia Normal- Coeflciente de Lankford ,........................................ 555 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL , ,................. 585.1 COMPOSICAo a.uIMICA DO ACO E PARAMETROS DE LAMINACAO 585.2 PARAMETROS DE PROCESSO - L1NHA DE GALVANIZACAo 585.3 NORMAS TECNICAS PRODUTOS ZINCADOS E GALVALUME 595.4 MATERIAL E METODOS __ _...................................................... 606 RESULTADOS E DISCUSSOES _.__ 636.1 LIMITE DE ESCOAMENTO _ ,.................................................... 636.2 LIMITE DE RESIST~NCIA A TRACAo 706.3 AlONGAMENTO TOTAL ..., _ __ __ 766.4 COEFICIENTE DE ENcRUAMENTO __ 796.5 COEFICIENTE DE ANISOTROPIA .._." _ ., ,.. 817 CONCLUSOES _ _.~ _....................................... 827.1 SUGESTOES PARA TRABALHOS FUTUROS __ _................................ 83REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS- 84


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VII

L IS T A D 'E TABELASCARACTERIsTICAS PRINCIPAlS DAB UNHAS DE GALVANIZACAOPOR IMERSAo A QUENTE DA CSN _.~.,....... 2

- MASSA E ESPESSURA NOMINAIS DE REVESTIMENTOS PARACHAPAS DE ACO PRODUZIDAS PELO PROCEssa DE IMERsAO AQUENTE , ~ , ,.......... 5EFEITO DOS REVESTIMENTOS APLICADOS POR IMERSAo AQUENTE NA VIDA DA PONTA DOS ELETRODOS NO PROCESSO DESOLDAGEM POR PONTCS 14CARACTERIsTICAS TECNICAS PRINCIPAlS DA L1NHA DEGALVANIZAC;Ao DA CSN-PR 25SOLUBILIDADE DO CARBONa NO FERRO eCG EM EQUILIBRIO 41COM FesC EM FUNCAo DA TEMPERATURA .VALORES DE n E K PARA MA'fERIAIS A TEMPERATURA AMBIENTE 54COMPOSICAo QUIMICA DO GRAU 2710 58'TEMPERATURAS DE lAM INACAo E BOBINAMENTO A QUENTE ETAXA DE REbUCAO DO GRAU 2710....................................................... 58TABELA. 9 PARAMETROS DE PROCEssa - UNHA DE GALVANlZACAo 59TABELA 10 - PROPRIEDADES MECANICAS DOS PRODUTOS ZINCAO'OS EGALVALUM~- GRAUS COMERCIAIS - SEGUNDO NORMASTECNICAS ' _....... 59'TABELA 11 .. QUANTIDADE DE CORPOS DE PROVA PREPARADOS EM FUNCAODOS ~NSAIOS REALIZADOS E DIRECAO DO CORTE DOS MESMOSCOM RELACAo A DIREC;Ao DE LAMINACAO 60TABELA 12 ESPESSURAS DOS CORPOS DE PROVA ESTUDADOS, SEUS 61PESOS DE REVESTIMENTO ESPECIFICADOS E MEDIDOS EESPESSURAS CALCULADAS DOS REVESTIMENTOS ., ..TABELA 13 SEQOENCIA DE OPERAC;6ES' DA PREPARACAO E REALIZACAoDOS ENSAIOS E EQUIPAMENTOS IINSTRUMENTOS unUZADOS... 62

TABELA 14 EQUACOES PARA 0 UMITE DE ESCOAMENTO E8PECiFICO PARAo GALVALUME'!!I PARA AS CHAPAS ZINCADAS E PARA AVARIAC;Ao D O LEe EM FUNCAo DA ESPESSVRA 64TABELA 15 EQUACOES PARA 0 LIMITE DE RESISTENCtA ESPECIFIGO PARA 0GALVALUME' E AS CHAPAS ZINCADAS E PARA A VAR1ACAOOESTE PARAMETRO EM FUNCAo DA ESPESSURA 71

TABELA 1TABELA 2

TABELA 3

TABELA 4TABElA 5TABELA 6TABELA 7TABELA 8


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vm

LlSTA DE FIGURAS

FIGURA 1 . L1NHADE GALVANIZACAO POR IMERSAoA QUENTE(ESQUEMATICO) _ _....... 6FIGURA 2 COMPONENTES MECANICOS PRESENTES NO POTE DE METALFUNDIDO: 1- TIRA DEAC;;::O,- ROLO SUBMERSO, 3-ROLOCORRETOR, 4- ROLO ESTABILIZADOR................................................. 8FIGURA 3 ASPECTO SUPERFICIAL E SECAo TRANSVERSAL ESQUEMATICADOS REVESTIMENTOS ZLNCADOS DE CRISTAIS NORMAlS EMINIMIZADOS E GALVANNEAL 10FIGURA 4 PERDAS POR CORRosAo DOS REVESTIMENTOS 08TIDOS PORIMERSAo A QUENTE EM ATMOSFERA INDUSTRIAL DEB'ETHLEHEM,PA _ _ _ ., _......................... 13FIGURA 5 DIAGRAMA DE EQUILiBRIO FERRO - ZINGO ,...................... 16FIGURA 61NFLUENGIA DO TEMPO DE AQUECIMENTO A 500"C SaBRE 0AUMENTO DO PESO DE REVESTIMENTO PARA PIFERENTESREVESTIMENTOS PRODUZIDOS POR IMERSAo A QUENTE:ALUMINIZADO, 55%AI-Zn E GALVANIZADO 18FIGURA 7 DIAGRAMA DE EQUILiBRIO ALUMiNIO -ZINCO 19FIGURA 8 REPRESENTACAo DASECAo TRANSVERSAL DA CAMADA DEREVESTIMENTO DA LlGA 55%AI- Zn __ 21FIGURA 9 RESULTADOS COMPARATIVOS DE RESIST~NCIA A CORROsAoENTRE CHAPA ZINCADA POR IMERSAo A QUENTE E GALVALUME~PQR EXPOSICAo DE 13 ANOS EM (a) ATMOSFERA RURAL, (b)ATMOSFERA INDUSTRIAL,:{c) ATMOSFERA MARINHA E (d)ATMOSFERA MARINHA SEVERA _ ,. 23FIGURA 10 - Ace BAIXO CARBONa NOS ESTADOS (a) LAMINADOA FRIO, (b)PARCIALMENTE REGRISTALIZADOE (c ) TOTALMENTERECRrSTAUZADO _._ _ _...................... 33

FIGURA 11 - CURVA DE RECOZIMENTO ISOTERMICO PARA 0 COBREElETROLITICO ._ _._ _ __ _.. 37FIGURA 12 - RELACOES TEMPERATURA-TEMPO PARA A RECRISTALlZAc;::AoDEZIRCONIO, CORRESPONDENDO ADDIS DIFERENTESGRAUS DEDEFORMACAo A FRIO _ _........ 39FIGURA 13 - CURVA TENSAO-DEFORMACAo DE ENGENHARIA EVERDADEIRA 50PARA ACO EMPREGADO PARA ESTAMPAGEM PROFUNDA ..FIGURA 14 - REPRESENTACAo GRAF1CA 00 LIMITE DE ESCOAMENTOESPECiFICO EM FUNCAo DA ESPESSURA PARA0GALVALUME@EA CHAPA ZJNCADACONSIDERANDO AS TR~S DIREC6ES ___ 64FIGURA 15 - DIFERENCA DO LIMITE DE ESCOAMENTO PARA AS TRESOIRECOES - ACO ZINCADO REVESTIDO. NO GRAf::ICO D=DIAGONAL, L =lONGITUDINAL E T= TRANSVERSAL 65FIGURA 16 - DIFERENCA DO LIMITE DE ESCOAMENTO PARA AS TRESDIRECO,ES - ACO ZINCADO DECAPADO. NO GRAFICO D=DIAGONAL1 L =LONGITUDINAL E T= TRANSVERSAL _ _..... 65FIGURA 17 - DIFERENCA DO LIMITE DE ESCOAMENTO PARA AS TRESDIRECOES - GAlVAlUME@ REVESTIDO. NO GRAFICO D=DIAGONAL. L =LONGITUDINAL E T= TRANSVERSAL _ 66F1GURA 18 - DIFERENCA DO LIMITE DE ESCOAMENTO PARA AS TRESDIRECOES - GALVALUME-P'i OECAPADQ. NO GRAFICO D=DIAGONAL, L =LONGITUDINAL ET= TRANSVERSAL 66F1GURA 19 - DIFERENCA DO LIMITE DE ESCOAMENTO ESPEcIFICO PARA 0ACO ZJNCADO E GALVALUM~ ENTRE 0 ESTADO DECAPADO EREVESTIDO NA DIRECAo LONGITUDINAL ._ _ _.............. 67FIGURA 20 - REPRESENTACAo GRAFICA DO LIMITE DE ESCOAMENTO DO AC;::O

ZINCADO CONSIDERANDO ESPESSURA DO AyO BASE E


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FIGURA

FIGURAFIGURA

FIGURAFIGURAFIGURA

FIGURA

FIGURA

FIGURA

FIGURA

FIGURA

FIGURA

FIGURA

FIGURA

FIGURA

FIGURA

IX

ESPESSURA TOTAL. (MEDIA DAS TR~S DIRECCES) 6921 - REPRESENTACAo GRAFICA DO LIMITE DE ESCOAMENTO DOGALVALUM~ CONSI'DERANDO ESPESSURA DO ACO BASE EESPESSURA TOrAL (MEDIA DAS-TR~S DIRECOES) -6 9

22 - REPRESENTACAo GRAFICA DO LIMITE DE ESCOAMENTOESPECIFICO DA CHAPA ZINCADA E DO GALVALUME@, AMBOSDECAPADOS - DIRECAO DIAGONAL _ "._ " __ 7023 - REPRESENTACAo GRAFICA DO LIMITE DE RESISTENCIAESPECiFICO EM FUNCAo DA ESPESSURA PARA 0 GALVALUME EA CHAPA ZINCADA CONSIDERAf'JDO AS TR~S DIRECOES "............... 7124 - DlFERENCA DO LlMlTE DE RESISTtNCIA ESPECfFICO PARA 0 ACOZINCADO'NO ESTADD REVESTIDO E DECAPADO 72

25 - DIFERENt;A DO LIMITE DE R-ESISTENCIA ESPECIFICO PARA 0GALVALUM~ NO ESTADD REVESTIDO E DECAPADO 7326 - REPRESENTACAo GRAFICA DO LIMITE DE RESISTENCIA DO ACOZJNCADO CONSIDERANDO ESPESSURA DO ACO BASE EESPESSURA TOTAL (MEDIA DAS TRtS DIRECOES) , " 74

27 - REPRESENTJV;Ao GRAFICA DO LIMITE DE RESISTENCIA DOGALVALUME@ CONSIDERANDO ESPESSURA DO ACO BASE EESPESSURA TOTAL (MEDIA DAS TRES DIRECOES) _._ _.... 7528 - REPRESENTACAo GRAFICA DO LIMITE DE RESISTENCIAESPECfFICO DA CHAPA ZINCADA E DO GALVALUME, AMBOSDECAPADOS - D1REQAo DIAGONAL 7529 - REPRESENTACAo GRAFICA DOS VALORES ,DE ALONGAMENTOTOTAL PARA AS CHAPAS ZINCADAS E GALVALUM~- MEDIA DASTRES DIRECOES _ ,...................................................... 7630 - REPRESENTACAo GRAFICA DOS VALORES DE ALONGAMENTOTOTAL PARA AS CHAPAS ZINCADAS REVESTIDAS E DECAPADASPARA A DIRECAo TRANSVERSAL 77

31 - REPRESENTACAo GRAFICA DOS VALORES DE ALONGArv'iENTOTOTAL PARA 0 GALVALUME-@ REVESTIDO E DECAPADO PARA ADIREgAo TRANSVERSAL ~.................................... 78

32 - REPRESENTAC;Ao GRAFICA DOS VALORES DE ALONGAMENTOTOTAL PARA AS CHAPAS ZINCADAS E GALVALUME@ DECAPADOSPARA A DIREt;Ao TRAJ\lSVERSAL _............... 7833 - REPRESENTACAo GRAFICA DOS VALORES DE COEFICIENTE DE

ENCRUAMENTO PARA AS CHAPAS ZINCADAS. E GALVALUMEo8l-MEDIA DAS TRES DIRECOES _ _ ___ _..... 7934 - REPRESENTAc_;Ao GRAFICA DOS VALORES DE COEFICIENTE DEENCRUAMENTO PARA 0GALVALUM~ REVESTIDO E DE-CAPAOO-OIREt;Ao TRANSVERSAL _ _.__. 8035 - REPRESENTACAO GRAFICA DOS VALORES DE COEFICIENTE DEENCRUAMENTO PARA a GAlVALUME@ REVESTIDO E DECAPADO-DIREC;Ao DIAGONAL 8036 - COEFICI.ENTE DE ANISOTROPIA PARA AS CHAPAS ZINCADAS EGALVALUME


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xLISTA DE SIMBOLOS

A ConstanteA o Area inieial do corpo de provaA t Area final do corpo de provaAI Area instantanea do corpo de provaE M6dulo de elasticioade ou M6dulo de YoungE d Energia de detormacao armazenada no materiale Espessura da chapa I tiraeb Espessur~ do ago baseer Espessura revestidaere v Espessura do revestimentoexp Base dos logaritimos naturaisG Energia livre de GibbsK Coeficiente de resistencialo, Wo Largura inicial do corpo de provaII largura instantanea do corpo de provaLf Largura do corpo de prova na fraturaLE Limite de escearnentoLEe Limite de escoamento EspecificoLEL Limite de escoamento na direcao longitudinal;LED Limite de escoamento na direc;ao diagonalLET Limite de escoamento na diregao transversalLEb limite de escoamento conslderando-se espessura.do a90 baseLEr limite de escoamento considerando-se espessura revestlda1 0 Camprimento inicial da base de medidaIr Cornprlrnento da base de medida a detorrnacao conveniente paracalculo de rLRT Limite de resistencia a tracaoLRTe Limite de resistencia a tracao espedficoLRT b Limite de resistencia a tracao cansiderando-seespessura do a90baseLRTr Limite de resistencia a tracao considerando-seespessurarevestidan Coeficiente de encruamentoP Carga aplicada no ensaia de tracaoPmax Carga maxima do diagrama tensao-detormacao de engenhariaP i0 Carga aplicada correspondente a elongac;ao de 10Q /oQ Energia de ativac;aoq Reducae de area na fraturaR Constante universal dos gasesr Coefiaiente de anisotropia normalr m Coeflciente de anlsotropia normal mediaro Coeficiente de anisotropia hormal na direr;ao longitudinal[45 Coeficiente de anisotropia normal a 45da direcao de larninacaor90 Ooeficiente de anisotropia normal na diregao perpendicular adirecao de laminayaoS Entropla do metalT Temperatura absoluta


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Xl

t otfU rVW bW r

Espessura inlclal QO corpo de provaEspessura final do corpo de provaM6dulo de resilienclaVelocidade de processamentoLargura Inielal do corpo de provaLargura do corpo de prova a detormaceo conveniente paracatculo de rAcrescirno do limite de escoamentoAcrescirno do limite de escaamento especificoAcrescirno do limite de resistencia a tracaoAcrescirno do limite de resistencia a tracao especificoDuerenca de alongamento total entre 0 Galvalurne'" e a chapazincadaVanacao do comprimento da base de medida do corpo de provaCoeficiente de anisotropia planarOeforrnacao de enqenhariaDeformacao de engenharia na fraturaDeformacao verdadeiraDeformayao verdadeira da espessuraDetormacao verdadeira da larguraDeforrnacao de engenharia no ponto de escoamentoEspacarnento entre particulas de precipitadoTensao de engenhariaTensao verdadeiralimite de escoamentoLimite de resistencla a tracaoTempo de recristalizacao

ALEiiLEeALRTA L R T eLk


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Xll

R E S U M O

Com lnlcio de operacao em julho de 2003, a Linha de Galvanlzacao Continua n05 -LGC#5 da Comoanhia Siderurpica Nacional - CSN" localizada em Araucaria -PR edo tipo "Dual Purpose" permitindo a producao de ago galvanizado com revestlmentosconvencionais (zinco puro) e de liga alumlnio-zinco (Galvalurne'"), pelo processo deirnersao a quente. Esta linha e a primeira no Brasil a produzir a Galvalume que e achapa de ago revestida com uma liga aontendo aproximadamente 55%AI, 43,5%Zne 1,5%8i, especialmente eoncebida para atender principaimente os mercados deconstrucao civil e linha branca. 0 Galvalurne" apresenta propriedades mecanieasdiferentes do aco galvanizado, processados segundo 0 rnesrno cicio terrraco, devidoa maior temperatura do metal fundido no pate (465C para 0 zinca e 600C para aIlga 55%A1-Zn) com conseqOente dlterenca nos teores de carbona em sohJ980 salidano ago e tarnbem a maior reslstencia inerente ao revestimento 55%AI-Zn. Atraves deensaios rnecanicos de corpos de prova revestidos e decapados de diferentesespessuras produzidos na LGC#5, objetiva-se comparar e quantifi.car as diferencasde propriedades rnecanicas (limite de escoamento, lirnite de resistencia a tracao,alongamento total" coeficiente de encruarnento e coeficiente de anisotropia) daschapasgalvanizadas e Galvalurne" buscando possiveis correlacoes entre estaspropriedades na direcao longitudinal, transversal e diagonal a direcao de Iaminaoac.As espessuras das chapas zincadas e Galvalume estudados estao compreendidasentre 0,35 e Q.,65mm representando as espessuras produzidas atualmente pelaLGC#5 e revestimento de zinco apresentando 260g/m 2 e revestimento 55%Al-Zn de150g/m2. , camparando-se aproxirnadarnente as mesmas espessuras de revestimentopara ambos as produtos. 0 limite de escaamento e limjte de resistencia a tracaoespedficosapresentaram boa correlacao em funcao da espessura da tira. 0Galvalume apresenta superior limite de escoamento e limite de resistencia a tracaoespecificos e alongamento total e coeficiente de encruarnento menores quandocomparado ao ago zincado para toda a faixa de espessura e direcoes estudadas.Foram encontradas diferencas significativas entre a limite de escoamento entre astres direyaes estudadas tanto para 0 Galvalume~ quanto para a chapa zincada. 0revestimenlo 55%AI-Zn desernpenha papel detrimental marcante no alongamentototal e no coeficiente de encruarnento do produto revestido. 0 coeficiente deanisotropia apresentou grande variacao mesmo para a mesma espessura e direcao,Com este trabalho a CSN-PR disporubilizara de maior entendimento daspropriedades rnecanicas do Galvalume produzido na LGC#5 servindo como basepara desenvolvimento de novas aplicacoes para este produto.


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ABSTRACT

With Start up on July of 2003, the CSN's Continuous Galvanizing Line -CGL#5- is aDual Purpose one, located in Araucaria-Pk- Brazil, is designed to producegalvanized steel by conventional coating (pure zinc) and AI-Zn alloy coating(GalvaJume)by the hot dip process. It is the first one in Brazil producing theGalvalume"; a steel sheet coated with an alloy containing approximately 550/0AI,43,5%Zn and 1,5%8i, specially conceived for both civil construction and homeappliance markets. The GalvaJumeshows mechanical properties slighHy differentfrom hot dip galvanized steel- HOG- even under the same heat cycle processing. Itis due to the higher molten metal temperature (465C for zinc and 60Qoefor AI-Znalloy) resulting in consequent different levels on the carbon in the steel solid solutionand also the higher strength of the 55%Al-Zn coating. Through tensile test for coatedand stripped samples, for different thicknesses, cut from steel sheets produced atCGL#5,the aim of this paper is to compare and to evaluate the different results of themechanical properties (yield stress, tensile strength, total elonqation, hardeningcoefficientand anisotropy coefficient) of the HOG and Galvalumetrying to get somerelationbetween them for the straight, transverse and diagonal direction regarding tothe rolling direction. The studied thicknesses for the galvanized and Galvalumevariesfrom 0,35 to O,65mmWhich represents the major part of the thicknesses CSN-PR has actually been producing. The studied coafinq mass for zinc product was260g /m2 and 150g/m2for Galvalume", comparing approximately the same coatingthicknesses for both products. The specific yield stress and tensile strength showsgood relation as function of the strip thickness. Galvalume shows higher specificyield stress and tensile strength and lower total elongation ahd hardening coefficientregarding to the galvanized products for the studied thickness range and the threedirections. Itwas observed significant differences among the yield stress for the threedirections for both Galvalurne" and galvanized samples. The 55%AI-Zn coating havesignifi-cantinfluence in decreasing the total elongation and the hardening coefficientof the coated product. The anisotropy coefficient figures showed some variation evenfor the same thickness and direction. With this paper CSN-PR would betterunderstand the mechanical properties of the Galvalumefor future uses developingnewapplications forthis products.


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Introduyao

Devide as suas rnuitas caracterlstlcas favoravels, 0 ace e adequado eamplamente utilizade em grande gama das aplicacoes de engenharia. 0 ace possuiexcelentes propriedades rnecanlcas, tais como resistencia rnecanica e dutilidade.Este ainda oferece bons requisites de fennabilidade, soldabilldade e pintabilidade.Qutros fatores positivos incluem sua abundancla, propriedades ferrornaqneticas,reciclabilidadee custo. Devido ao fato do ago ser suscetivel a corrosao em presencede umidade e a oxidacao a temperaturas elevadas, 0 sucesso do usa das suascaracterlsticas favoraveis geralmente requer alguma forma de protecao.

Metodos de protecao contra a corrosao do a90 incluem: alteracao do metalpela adicao de elementos de liga, mudanc;a do ambiente par meio de deionizacao auusa de inibidores, controle do potencial eletroquimico pela apllcacao de correntesan6dicas au cat6dicas e por aplicacao de revestlmerrtos orqaniccs e rnetalicos. Aaplicacao de revestimentos rnetaiicos pelo processo continuo de irnersao a quente eurn dos modos rnais utilizados para protecac do avo. Nesse processo, a tira rnetalicae imersa em urn banho de metal fundido de modo continuo.

Os metais e ligas propensbs ii i aplicacao sabre a ago pelo metoda deirnersao a quente sao limitados a aqueles com ponto de fusao baixo a suficientepara permitir que a tira metaflca passe pelo banho de metal fundido sem aocorrencia de detormacoes au arrebentamentos. Estes incluem os revestirnerrtos:zinco pure, liga zinco - ferro, aluminio puro, liga aluminio - silicic, liga Zn- 5%AI eliqa55%AI - Zn. Metais como cromo e titanic nao podem ser aplicados ao a90 parlrnersao a quente devido aos seus altos pontos de fusao (TOWNSEND, 1993).

As chapas de aco baixo carbone revestidas por irnersao a quente saodispanfveis em grande gama de propriedades mecanicas. Cornparando com acesnao revestidos, os acos baixo carbona revestidos por irnersao a quente apresentamdutilidade Hgeiramente menor devido a efeitos termicos do processo de revestimentona precipitacao de carbona no aco e endurecirnento par envelhecimento associado.As chapas para estampagem extra-profunda sao produzidas com a90 previarnentedesgaseificado a vacuo e estabillzados ao titanic el ou ni6bia visando a obtencao deniveis rnuito baixos de carbona, Os substratos estabilizados sao relativamente


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imunes aos efeitos termicos da Imersao a quente e resultam em excelentesformabildades (TOWNSEND, 1993).

o Galvalume - chapa de a90 revestido com a ligGl55%AI-Zn - foi inventadoe e produzido comercialmente pela Bethlehem Steel Corporation desde 1972 e. ernvirtude de suas propriedades, 39 dos rnaiores produtores de ace do mundo ja saolicenciados, ate a data atual, para 0 usa da tecnologia de producao de Galvalurne".

A producao anual mundial deste produto e de aproximadamente 5 milhoesde toneladas, sendo cerca de 70% utilizada na construcao civil, 10% em utilidadesdornesticas, 5% em industries automobilisticas (carrocerias de onibus eescapamentos). 5% na agricultura (silos) e 10% em outras aplicacoes.

o revestimento tern varias marcas comerciais registradas: Galvalume,Aluzinc, Aigafort', Zalutite@, Zincalurne", Zincalit@, entre outros. 0 produto de acerevestido com liga 55%AI-Zn produzido pelaCSN e conhecido comercialmente comoGalvalurne".

A CSN possul vasta experiencia na producao de acos revestidos com zincopuro e liga Zn-Fe, atraves da operacao de cinco linhas continuas de irnersao aquente. No Brasil, a CSN e atualmente a (mica empresa licenciada para a producaodo Galvalume'"; Q qual esta sendo produzido desde outubro de 2003 na LGC#5_ Atabela 1 mostra as caracteristicas principais, start-up, locaiizacao e produtos para as5 linhas de galvanizay80 continua da CSN.

TABELA 1 - Caraeterlstlcas principias das linhas de galvanfza~aD por irnersao a quente da CSNLGC Localiza~ao Start- Capacldade Reves~imentos Espessura Largu'raUp ( tIana , (MinI Max) (MinI Max)

(mm) Jmm)LGC # 1 V0Jta -Redonda- 1973 220.000 Zinco 0,30 /1 ,95 610/1220RJLGC #2 Volta Redonda- 1989 270.000 Zinco 0,50! 2,70 610/1524RJ Zil1co-FerroLGC#3 Volta Redonda- 1984 210.000 Zinco 0.25/0,9.5 610/1276RJlGC#4 Porto Real - RJ 2000 350.000 Zlnco 0,40/1, ,60 700f 1800Zinco-FerroLGC # 5 Araucaria- P R 2003 320.000 Zinco 0,25/1,55 700/1600Galva lumeo Calvalume'" apresenta propriedades rnecanicas diferentes das chapas

g.alvanizadas processadas segundo 0 rnesrno cicio termlco, devido a maier


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temperatura do metal fundido no pate (465oe para 0 zinco e 600De para a liga55%AI-Zn) e tamoem a maior resistencia inerente ao revestimento 55%AJ-ln.

o objetivo deste trabalho e cornparar e quantificar, atraves de ensaiosrnecanicos de corpos de prova revestidos e decapados produzidos na LGC#5, asdiferencas de propriedades mecanlcas (limite de escoamento, limite de resistencla atracao, alongamento total, coeficiente de encruamento e coefici.ente de anisotropia)das chapas galvanizadas e GalvaJume buscando possiveis correlacoes entre estaspropriedades destes dois materiais na direcao longitudinal, transversal e diagonal.

Como resultado a eSN disponibi.lizara de maior entendimento e dominio daspropriedades rnecanicas do Galvalume produzido na sua linha de galvaniza930continua, sendo base para estudos posteriores de aplicacao do Galvalurne" em usosmais nobres.

No capitulo 1 e realizada uma abordagem sabre os principais aspectos doprocesso de irnersao a quente e os revestimentos resistentes a corrosao obtidos paresse processo (zlnco, zinco-terro, 55%Al-Zn, Zn-5%AJ, aluminio, aluminio-silicio)com enfase nas caracterlsticas, processamento e apl lcacao de cada revestimento.No capitulo .2 realizou-se uma abordagem suscinta de cada secao da Linha deGalvaruzacao Continua da CSN-PR, onde toram produzidas todas as chapaszincadas e Galvalume~ estudadas neste trabalho. No capitulo 3 as aspectosmetalurqicos relatives a producao do aco sal? discutidos dentre eles 0 recozirnento.No capitulo 4 uma abordagem dos ensaios mecanlcos de chapas rnetalicas erealizada.


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1 REVESTIMENTOS RESISTENTES A . CORROSAO 08TI00S PELOPROCESSO CONTINUO DE IMERSAO f A QUENTE

1,1 INTRODUCAo

A aplicacao de revestimentos metalicos pelo processo continua de irnersao itquante e urn dos modos mais utlllzados para proteeao do aco. Nesse processo, a tirarnetalicae imer-sa em urn banho de metal fundido de modo continuo.

Os metaise ligas propensos a apllcacao pelo metoda de lrnersao a quentesao lirnitados a aqueles com pontos de fusao baixos 0 suficiente para permitir que atira metalrca passe pelo banho de metal fundido sem a ocorrencia de deformacoesau arrebentamentos. Estes incluem as revestimentos: zinco pure, liga zinco - ferro,aluminio puro, liga alurninio - silicic, I,iga Zn-5%AI e liga 55%AI - Zn. Metais, comocromo e titanlo, nao podem ser aplicados ao a90 per irnersao a quente devido aosseus altos pontos de fusao. 0 estanho, que ate 1937 era aplicado ao a90 somentepelo processo de irnersao a quente, e atualmente quase sempre eletrodepositado,lsto porque e multo diffeil produzir revestimentos finos e uniformes exigidos pelaschapas estanhadas pelo processo de irnersao a quente (TOWNSEND, 1993).

A espessura do revestirnento e um fator irnportante na performance dosprodutos revestidos. Pode se dizer que revestimentos mais espessos promovemmaior protecao contra a corrosao, entretanto revestimentos mais fmos tendem apromover melhor formabilidade e soldabilidade. A quantidade de revestirnento podeser expressa em terrnos de massa par unidade de area. Esta e determinada pelapesagem de uma secao do praduto revestido, decapagem do revestimento porsolucao acida e pesagem da secao decapada. A tabela 2 sumariza a massaeespessura dos revestimentos obtidos par imersao a quente apresentados nestetrabalho e normalizados pel a ASTM.

Cada urn dos recobrimentos atualrnente produzidos tern uma tendencia aatender uma ou outra aplicacao da industria. Como exemplos classicos temos 0revestimento Zn-Fe amplamente utilizados na Industria automobillstica devido a suarnelhor soldabilidade e revestimento 55%AI-Zn com crescente apilcacao naconstrucao civil devido a sua superior resistencia a corrosao (BIEC International lnc.,1994),


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TABELA 2 - Massa e espessura nominais derevestimentos para chapas de a9Q produzidas pelopracesso de irnersao a quente

zn -5%AI

Desiqnacao Massa Revestimento((l) Espessura(g/m 2) Rev'estitnento(Ol , 1 1 mZ1100 1100 78900 90b 64700 700 50600 600 42450 450 32350 350 25275 275 19180 180 1390 90 6ZF180 180 11120 120 9100 100 775 75 5

Ti 40 120 2025 75 12

T2100 305 4865 195 30ZGF700 700 48

.600 600 41450 , 450 31350 350 24270' 275 19225 225 15180 180 12135 135 990 90 6AlM180 1-80 24165 165 22150 150 20

Tipo de Revestimento ' C a llineo

Zinco-ferro

AlurnlnloTipo 1AluminioTfpo2

FONTE: ASTM. Livro anua! de espeelflcacoes ASTM. Vol.01.06", 1993NOTAS: Valores baseaoos no valor minima do ensaio triple.( a) Espeeifie89ao ASTM.( b) Relativo aos 2 lados.( c ) Relative a 1 lado. Calculado com base nas seguintes densidades ern g/em3:lined e Z irtc o - Ferro - 7,0.7;Alumlnio Tipo 1 - 3,017; .Aluminio Tipo 2 - 3,21;Zinco - 5%Al- 6,87;linea - 55%AI- 3,70

o seguinte capitulo se dedica ao estudo geral do processo de imersao aquente bem como das caraeterlsticas basicas des principais revestirnentos obtidosp ar esse processo.


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1.2 PROCESSO DE IMERSAo A QUENTE

Em linhas contlnuas de irnersao a quente as bobinas de aco saodesenroladas, soldadas e revestidas a velocidades de ate 200m/min. Urna modernalinha de qalvanizacao par imersao a quente com capacidade de 320.000 t J ana,largura da tira revestida entre 700 e 1600mm e espessura entre 0,25 e 1,55mm, estaesquernaticarnente ilustrada na Figura 1.

Ap6s a soldagem, a tira e submetida a um estaqio de limpeza alcalina queremove 61eo, sujeira e finos de ferro residuais do processo de laminacao. Logo ap6sa safda da torre de acurnulacao da secao de entrada, a superflcie da tira e limpa parurn estaqio de limpeza eletrolitica e escovas mecanicas. Linhas antigas naopossuem secao de limpeza e contam com farno de chama direta para limpeza datira.

FIGURA 1 - Linha de Galvanizacao por irnersao a quente (esquematico)'15 21 22s

1-Desenroladeiras; 2-Maquina de solda; 3-Entalhadbr; 4-Pre-limpeza; 5-Acumulador de entrada; 6-Limpeza eletrolltlca; 7-Forno de recozirnento: 8-Pote de pre-fusao: 9-Pote de liga 56%AI-Zn; 10- Potede zinco: 11-Navalha de - a r ; 12-Preccooler; 13-Minimizador de cristais; 14-Resfriador not 15-Torre deresfriarn ento; 16-0 uench Tank; 17-Medidor derespessura: 18-Lam inador de encruam ento; 19-Estlradeira per tensao; 20-Tfa:~amento qufmico; 21-Torre de cura; 22-Acumulador "fIe salda; 23-In$pe9~Overtical; 24-1nspecao horizontal; 25-0Ie.adeira; 26-En rcladei rasLogo ap6s a limpeza, a tira passa por uma secao de aquecimento par chama

direta seguido de um forno de tubes radiantes contendo atmosfera formada parhidroqenio e nitroqenio que reduz oxidos de ferro presentes na superflcie da tira.Esfa atmosfera produz superficie perfeitamente limpa sendo facilmente molhada

I Apesar da ABNT recornenoar a colocacao db titulo sob a figura, adotou-se aqui comopadrao C.oIOC8-lona parte superior segundo lndicado ern "Normas para apresentacao de doCumentosclentlficos' - Curitiba: Edica0 da UFPR, 2QOo. "


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pelo metalliquido. 0 recozirnento da tira laminada a frio e atingido pelo aquecimsntogeralmente entre 700 e 820C dependendo do ace a ser processado.Processamento a temperaturas menores sem recrlstalizacao e tarnbern usual para aproducao de ayes "full hard" revestidos g~rando produtos de alta resistencia.Temperaturas menores sao tarnbem usadas para revestimento de acos laminados aquente au para avos previamente recozidos. Apes a aquecimento e realizadoresfriamento da tira rnetalica ate ternperaturas proxirnas do metal fundido(aproximadamente 460C para revestimentos de zinco) a tim de se evitarsuperaquecimento do banho meta Iico.. A cornbinaeao dos processos de lirnpeza,tratamento termico e adequacao da tira a temperatura de lrnersao de forma continuatarnam este processo economico.

Em seguida a tira de avo e imersa no pate contendo a revestimento rnetalicoa ser aplicado. A Figura 2 ilustra a ragiao do pate onde 0 processo de imersao aquente e reaJizado Os potes modernos possuem estrutura de ago revestidainternamente por camadas de material refratario e sao aquecidos par inducaoeletrlca. Os equipamentos em cantata com metal llquldo tais como rolos, rolamentose suportes sao fabricados com ago inoxidavel 316 a tim de resistiraa ataque quimicodo metal fundido.

Quando a tira emerge do pote, um filme de metal adere a superficie do ago.A espessura da carnada de revestimento e controlada pelas navalhas de ar quesopram na superficie da bra umfluido, que limita a espessura do revestirnento. Estefluido pode ser ar, vapor ou riitroqenio.

A unifarmidade da espessura do revestirnento na Jargura e comprimento datira e um importante fator afetando a quaJidade e performance dos produtosrevestidos. Por esse motive, e fundamental se evitar flutuacoes de distancia entre atira e as navalhas de ar, as quais poderiarn ser causadas par perfil inadequado datira ou vibracoes dos componentes mecanicos do pote. As dificuldades do perfil datira sao minimizados pelo usa e aiuste do rolo corretor (Figura 2) que est a submerseno banha pressionado contra a tira para reduzir 0 "crossbow" (curvatura). 0 rolaestabitizador tem a funcao de manter a tira alinhada com relacao as navalhas de ar.

Apes a controle do revestlmento, sopro de ar e utilizado para reouzir atemperatura da tira. Isso evita defeitos no revestimento devida ao cantata deste com


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o "top roil". A tira pode entao ser submetida a uma ou mais etapas de p6s -tratamentos antes de ser enrolada e pesada nasecao de salda.FIGURA 2- Componentes mecanloos presentes no pote de metal fundido: 1- lira de aco, 2- rolosubmerso, 3-ro1Qcorretor, 4- roloestablllzador.

1.3 POS-TRATAMENTOS

Ap6s 0 controle da espessura de revestimento, varlas etapas de p6s -tratamentos sao disponfveis para a rnelhoria de caracteristicas especlficas da tira.Uma possibilidade e 0 tratamento termico para a producao da liga Zn-Fe ou aminirnlzacao de cristais que sera. discutida posteriormente. Processamentosadicionais podem ser aplicados para melharia do comportamento rnecanico,planicidade, resistencia a corrosao e outras propriedades como segue: Aplainamento por tensao para melhoria da planicidade; t.arninacao de encruamento para tornar 0 revestimento mais Ilso e para reduzir aocorrencia do patamar de escoamento; Tratarnento termico de envelhecimento para melhorar as propriedadesrnecanicas:


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---- -9

Corte transversal para producao de chapas, corte longitudinal para producao deroles e apara lateral para remover bordas nao uniformes; Passivacao da superflcie para promover protecao ternporaria do revestimentocontra a corrosao durante transports e estocagem; Oleamento para promover lubrificat;:ao durante operacoes de conforrnacaomecan ica : Oleamento para promover protecao ternporaria do revestimento contra corrosaodurante transporte e estocagem;

1.4 REVESTIMENTOS APLICADOS POR IMERSAo A QUENTE

1.4.1 Revestimento Zincado:

As chapas de aco revestldas com zinco par lrnersao a quente, tarnoernconhecidas como zincadas au galvaniizadas, sao sem duvida, as mais utHizadasmundialmente.

Para apllcacoes gerais, as chapas zincadas S8'0 revestidas com camada dezinco de 19f1rn de espessura em cada lado. Isso corresponde a massa derevestimento de 275g/m2 (total sornando os dois lados). Revestimentos maisespessos sao aplicados em aplicacoes onde rnaxirnas resistenclas a corrosao saorequeridas como em calhas de drenaqern. Na industria automobillstica, ondeformabilidade e soldabilidade sao requisitas fundamentals, revestimentos rnais levescomo 90 g/m2 sao usuais.

1.4.1.1 Microestrutura.a aspecto superficial (crlstais normais e minimizados) e a secao transversalesquematica do revestimento zincado estao mostrados respeetivamente nas figuras3 ((3), (b) e (d). Grande parte do revestimento e composto par zinco praticamentepuro. Entre 0 substrate e 0 revestimenta de zinco existe uma camada intermetalicacontendo aproximadamente 6% de ferro,


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FIGURA 3 - Aspecto superficial e secao transversal esquernatica dos revesurnentos zlncadosdecristais normals eminimizados e galvanneal.

Cristsi:l mil1imfud~

~;: : : : ; : '?~~~~c.01~-- ......Fe

1.4.1.2 Banho rnetalico

Aluminio tipicamente entre 0,1 e 0,2% e adlcionado ao banho de zinco a timde se prevenir a formacao de camada lnterrnetatica zinco - ferro espessa, a qualpoderia resultar em r n a aderencia do revestimento durante operacoes deconformacao. 0 alumlnio reage preferencialmente com 0 ago formando uma finacamada intermetallca ferro - alumlnlo que age como barreira e controla 0crescimento da camada intermetalica zinco - ferro.

Quando a tira de aC;:Qmerge no banho de zlnco fundido, parte do ferro,presente na tira e dissolvida no banho prornovendo a formacao, inicial, do compostoFeZn7. Quando a concentraoao de alurnlnioe alta, cornposto FeZn7 se converteem FezAls segundo a reacao abaixo (TOWNSEND, 1993):

2 FeZh7 + 5 AI = FS2Als + 14Zn (1)A densidade do zinco e 6700Kg/m3j a densidade do componente FeZn1 e

7300Kg/m3 e a densidade do FeA1s e4200Kg/m3. Como resultado, 0 FeZn7(conhecido industrialmente como "bottom dross") precipita no fonda do poteenquanto a FeA1s (conhecido industrialrnente como "top dross") flutua no banhosendo facilmente escumado. Esta e a funcao secundaria do aluminio: transformar,par rnotivos operacionais, a "bottom dross" ern "top dross".


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A curva de solubilidade para 0 FeAls e expressa pela equacao (OTSUKA;ARAI; KASAl. 1998):

log [%Fe]2x [%AI]s;;:7,716 -109321 T (2)

ande:T;;: temperatura absoluta (K).

o elemento quirnico chumbo, originalmente presente nos revestirnentosgalvanizadoscomo impureza do processo de fusao, causa a formacao dos cristais, 0familiar aspecto dendrltico da superficie das chapas utilizadas em telhas etapamentos. Historicamente as cristais eram utilizados para distinguir as chapas deace zincadas par irnersao a quente das chapas rnenos resistentes a corrosao,revestidas com fina camada de zinco, aplicado por eletrodeposicao. A tim de semanter essa distincao, tomou-se pratica comum a adicao de chumbo(aproximadamente 0,1%). Com 0 aumento da preocupacao ambiental, a usa dechumbo nos revestirnentos zincados estaern decllnio. Antirnonlo esta atualmentesendo freqOentemente utlllzado para a formacao dos cristais sern os problemasambientais causados palo chumbo. 0 antirnonio e duas vezes mais efetivo do que achumbona formacao dos cristais de zinco.

Os cristais de zinco sao suseetlveis a trincas, urn fenorneno que ocorre emdeterminados planes cristalopraficos durante contorrnacao das chapas revestidas.Para aplicacoes onde as chapas sao pintadas, como em autom6veis eeletrodornesticos, uma superficie mais lisa e livre de cristais e desejada par motivosde aparencia. Para esses casos, chumbo, antimonic ou outro elemento formador decristais pode ser omitido do banho. Quando se deseja produzir chapas zincadas come sem aparencia de cristais em urna unica linha sem alteracao da composicaoquimica do banho, uma alternativa e a reahzacao do processo de minirnizacao decristais, que consiste da aspersao de vapor, agua au po de zinco em ambas as facesda tira antes da solidlficacao do revestimento. A aspersao aumenta 0 nurnero desltios de nucleacao dos cristais de zinco, 0 qual rninimiza 0 tamanho dos cristais,tornando a superficie das chapas rnals lisa. Melhoria da superflcie pode ser obtidapar posterior larninacao de encruarnento da tira revestida.


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- - ----=--- -- -----=--=----12

1.4.1.3 Resistencia a corrosaoo revestirnento de zinco protege a ago de tres maneiras diferentes:

a) Inidalmente, uma carnada continua de zinco na superflcle do ago serve comobarreira meeanlca e separa 0 ace da atmosfera corrosiva;

b) Nas lmperfeicoes do revestimenta, tais como arranhoes e nas boreascortadas, 0 zJnco se comporta como anode de sacriflcio para promoverprotecao galvani.ca;

c) Ap6s a dlssolucao an6dica do zineo metaflco, hidroxido de zineo podeprecipitar nas areas cat6dieas do a90 exposto, formando urna barreiramecanica secundaria.

A intrinseca resistencla a corrosao dozinco esta em sua capacidade deformar um denso e aderente filme de produto de corrosao, 0 qual inibe a corrosaometallea posterior. lniclalmente, a superflcie do zinco inalterada oxida em ritmorelativamente rapldo, ate que seja eaberta par urn filme de produto de corrosaoprotetor. A corrosao entao continua, mas em uma taxa bastante reduzida.Entretanto, deve-se salientar que as exatas taxas de corrosao tanto do zineo quantado a90, dependem da agressividade do rneio de exposicao a que estejam expostas.

Dependo do meio, a maneira como 0 zineo se corroera pede ser Vistaatraves da ocorrencia de processes distl.ntos, apresentados a seguir (CARVALHO etal , 1997):

Processo 1:Reacao An6dica: Znc = ZnH+ 28Reacao Cat6dIca: 48 + 02 + HiO = 40H-Reacao Global: Zn+++ . 20H + XH20 = Zn(OH)2.yHzO

( 3 )(4)(5)

Processo .2 :5 Zn(OHh.yH20 + 2 CO2 = 2 ZnCOa.3Zn(OHh.2HiO (6)


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Se 0 ambiente deexposicao da chapa zincada e tal que permita as reacoesdo processo 1, sob a(_(8ode chuvas e condensacoes intermitentes, com borneseoamento e suficiente ventilacao, ocorrera tamoern a reacao citada no processo 2,onde a hldroxido inieial S8 converte em carbonato baslco de zinco -2ZnC03.3Zn(OHh.2H20 - que representa uma pelicula tina fosca, cristalina, dura,aderente e impermeavel que impede a continuidade do processo eletroquimico.

A perda par corrosao dos revestimentos zincados por irnersao a quente egeralmente considerada linear. Dessa forma a vida do revestimento zincado eproparcional a sua espessura. No ambiente industrial de Bethlehem, PA (Figura 4) aperda de revestimento pode ser considerada linear com taxa media deaproximadamente 2 J lm/ ana (TOWNSEND; ZOCCOLA, 1979). 0 comportamentoquase linear tarnbern e observado em ambientes marinho e rural.

A propriedade de corrosao preferencial do zinco deriva da posicao desteelemento em relacao ao ferro na serie galvanica. 0 potencial de corrosao do zinco eusualmente OAV . menos nobre que 0 ferro na rnaioriados ambientes.FIGURA 4- Perdas par corrosao dos revestimentos obtidos par irnersao ill quenta em atmosferalnduslrial de Bethlehem, PA.

15 Industrial / A Z oA/

A/t;'1 3 10--0~81-0U'" '0 5Q.t : t t"0I-4.1, : . . ,

00 8 1 0 u i 44 6

Tempo de E:xposi~ao ( anos )

FONTE: TOWNSEND, H. E.; ZOCCOLA, J. C, Materials Performance, Va! 10, 1979, P 1"3-20.


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1.4.1.4 Qutras propriedades

Sob aquecimento continuo, as chapas zincadas rnantem seu brilho quandoexposto a temperaturas de ate 2301lC. A temperaturas superiores, inlcia-se urnprocesso de difusao da camada externa de metal puro em dlrecao ao metal baseaurnentando a espessura da camada interrnetalica (TIERRA; BERNAL, 1.995).

Q revestimento zincado pode prejudicar a formabilidade das chapas de a90sob certas condicoes. Por exemplo, nas operacoes de estampagem, 0 maiorcoeficiente de atrito da superficie zmcada contra 0 puncao tende a concentrar adeforrnacao em uma pequena area resultando em menor estiramento total ate afalha. 0 "buildup" de particulas na superficie das matrizes pede causar impress6es er n a aparencia das pecas conformadas finals.

A vida dos eletrodos utilizados no processo de soldagem a ponto e reduzidapelo revestimento de zinco como ilustrado na Fabela 3. Esta reducao e resultado daligac;ao do cobre do eletrodo com 0 zinco, refJetindo em maior resistencia eletricalocal, maior aquecimento e maior erosao da superficie de contatodo eletrodo.Menores vidas das pontas dos eletrodos resultam em reducao de produtividade eaumentam as custos de producao devido a maior frequencia de interrupcoes dasoperac;6es de soldagem para retificas dos eletrodos.

TABELA 3. Efeito dos revestimentos aplicados par ilnersao a quente na vida da ponta dos eletrodosd Ido p ro c es s o e so agem por pontesTipo revestimento Massa revestimento, gl m' Vida ponta do eletrodo, numero de-

pontos de soldaNenhurn - > 10.000linea 197 2.500Zinco- ferro 110 6.00055%AI- ln 150 700Al iim ln io - t lno 1 120 500

," . -FONTE: HOWE, P. ; KELLEY, S. C. A Comparison of the. ReSistance Spot Weldabllity of Bare,Hot-Dipped, Galvannealed and Electrogalvanized DQSK Sheet Steels, Paper 880280, Society ofAutomotive Engineers, 1988.,

1.4.2 Revestimento Zinco - Ferro

Tambern conhecido como galvanneal, 0 revestimento zinco - ferro produzidopar difusao terrnica e liga~o do revestimento de zinco tom a substrato de ace foidesenvolvido na decada de 70, a principio para aplicacoes sob pintura. Atualmente a


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galvanneal e cada vez mais utilizado na industria automobilistica devido a suamelhar pintabilidade e soldagem por costura com relacao aos revestimentes de zincopure de mesma espessura. 0 tear de ferro do revestimento varia geralmehte entre 9e 12%. Para a industria autemobiHstica, a espessura de revestimento tlpica e de7~m com massa de revestimento de 50g/m 2.

Durante processamento, a tira zincada e aquecida logo ap6s a controle dorevestirnento a tim de prornover a interdifusao do ferro do substrata e do zincorevestimento para format a liga zinco - ferro. Este aquecimenta pode ser realizadopar fomos onde a calor e gerado por queima de gases combustiveis au par induc;aoelenomaqnetica. Aquecimento a temperaturas entre 500 e 550C paraproximadarnente 1Ose suficients para produzir revestimento de 50g/m 2 contendapar volta de 10% de ferro.o tempo para a processa de difusao e influenciado pela espessura dorevestimento e pela cornposicao qulrnlca do banho e do substrata. Maior tempo enecessario para a producao de revestimentos mais espessos. 0 tempo de liga.;:aotamoern aumenta com 0 alurnlnio presente no banho e diminui para acos ultra-baixocarbono e acos estabilizados ao titanlo e/ou vanadio em cornparacao com as aces'baixo carbona.

A resistencia a corrosao do galvanneal e similar a do zinco pure. Porern,devido a presence de ferro no revestimento, a protecao galv~nica nao e tao boaquanta ao revestirnento zincado (TOWNSEND., 1993).

Camparados aos revesUmentos zincados, a revestimento zinco - ferro egeralmente mais faci! de ser pintado sem a utilizacao de pre - tratamentos especiais.

1.4.2.1 Microestruturao aspecta superficial e a secao transversal esquernatica do revestirnento

zinco - ferro esta mostrado na figura 3. A fase ~ presents na superflcie dorevestimento possui estrutura cristalina monoclinica e contem aproximadamente 6%Fe. Acredita-se que a fase S possua alto coeficiente de atrito e e entao indesejavelpara algumas operacoes de contorrnacao e estampagem. 0 diagrama de equilibrioFe-Zn (ate 25% de ferro) e mostrado na fiqura 5, onde as fases presentes namicroestrutura do revestimento Fe-Zn podem ser identificadas.


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U 700Q. . . . . . . . . .

00

] 6

Figura 5 - Diagrama de Equilibria Ferro - Zinco.

20

L

--81-- -_ ..... - - --

5 0Pe .rcent? lgem atom i ca de ferro

FONTE: Metals Handbook. ASM International.

A carnada interrnediaria 1 5 1 passui estrutura cristalina hexagonal compacta econtern ferro entre 8 e 12%. Proxima ao ace encontra-se a carnada entitulada como1. Num revestimento galvanneal contendo uma rnistura dessas fases, e diflcildistinguir entre r e r1, ambas apresentando estrutura cubica com tear de 'ferrovariando entre 16 e 28% (TOWNSEND, 1993).

As fases cubicas r possuern grande nurnero de atornos par celula unitaria elimitada dutilidade. Sua presence e mais provavel para. revestimentos mais espessose com maiores teores de ferro. Estas tambern levam a ocorrencia de "powdering"durante operacoes de conforrnacao. 0 "powdering" e indesejavel, pols resulta emperda de revestimento e pade causar "buildup" de revestimento nas superficies dasrnatrizes resultando em rna aparencia das pecas conformadas finais (TOWNSEND,1993).


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Devido aos problemas citados acirna com as fases zeta e gama, a processode fabricacao do galvanneal objetiva a producao de revestimentos compostosprincipal mente pel a fase 8. Entretanto, a medida que a espessura do revestimentoaumenta acirna de aproximadarnente 9~m, torna-se cada vez mais dificil produzirrevestimentos cornpostos basicamente por esta fase.

1.4.3 Revestimento de Aluminia - Tipo 2

Dois tipas de revestimento aluminizados sao produzidos. 0 tipo 2 e urnrevestimento mais espesso (tipicamente 30 a 50l- lm) aplicado por irnersao em banhosem a presence de elementos aditivos. Este produto e utilizado para aplicacoes naconstrucao civil tais como telhados, bueiros e silo que requerem resistencia acorrosao atmosferica e que nao sofrem grandes conforrnacces.

A microestrutura do revestimento tipo 2 consiste de urna camada dealumfnio e uma camada interrnetalica espessa de ferro- aluminio. Aconforrnabilidade e aderencia do revestimento sao Hmitadas pela baixa dutilidade dacarnada intermetalica.

A durabilidade do revestimento aluminizado tipo 2 e excelente na maiariados ambientes devido a sua boa protecao par barreira e relativa baixa taxa decorrosao, como pode ser visto na figura 4. Entretanto, exceto em ambientes salinasseveros, a revestimento aluminlzado nao apresenta protecao galvanica para a a90.Como resultado, 0 revestimento Tipo 2, tende a apresentar oxtoacao nas bordascortadas e manchas de corrosao nas superficies adjacentes em atmosferas rural eindustrial. Nas atmosferas rnarinhas, 0 revestirnento aluminizado e suscetfvel acorrosao par frestas (TOWNSEND, 1993).

1.4.4 Revestimento de Alurnlnio - Tipo 1

o revestimento aluminizado Tipa 1 e urn revestimento mais fino de ligaalurnlnio - slllcio direcionada a apllcacoes que requerem formabilidade e resistenciasa altas temperaturas como em camponentes de exaustao de autom6veis. A figuraSmostra um comparativo de resistencia a oxidacao a 500C para a revestirnento


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aluminizado, Galvalurne" e Zincado. Este revestimento e tarnbern aplicado paramelhorar a aparencia. Para a maioria dos casos, a espessura usual do revestirnentotipo 1 (dasse 40) e de aproximadamente 20 a 25j.!m. Para aplica~6es onde aforrnabifidade e urn requisite entice, uma espessura mals fina de revestimento de121lrn ( Classe 25 ) e especificada.FIGURA 6 - lntluencia do tempo de aquecimento a s o o - c sabre 0 aumenta do peso de revestimentopara diferentes revestirnentes produzidos par lmersao e li quente: alurninlzado, 55%AI-Zn eGalvanizado.

Aumento do peso de revestimento vs tempo de aquecimento

.-Aluminio Ugg 55%AI-Zn

...........Zinco

4 . , 54,0

~ 1,0

0,5,0,0

0

,. . ..--.-200 40060oMlO 1000 1200 1400 '100b

Tempo (horas)FONTE: TIERRA, P., BERNAL" M. Comparative Study on Heat Resistance of Hot Dip Coatings.Industrial \3alvanizadora SA, Spain.

Silicia esta presente no revestimento Tipo 1 e varia entre 5 e 11% paraprevenir a formacao de urna camada interrnetalica espessa de liga ferro - alurninio, aqual poderia reduzir a aderencia e formabilidade do revestimento. Aa inves disso,umafina camada intermetillica composta por ferro, alumlnio e silicio eforrnada(TOWNSEND, 1993).

a alurnlnio possui efeito mais prejudicial que 0 zinco no processo desoldagem par pantos das chapas revestidas. 0 revestimento aluminizado tipo 1 e aliga 55%AI-Zn resultam nas rnenores vidas das pontas dos eletrodos de soldagemcomo pede ser visto na tabela 3.


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1.4.5 Galfan - liga Zn - 5%AI:De acordo com 0 diagrama de equillbrio de fase alumlnio - zinco (Figura 7),

uma liga eutetica de baixo ponto de fusao ocorre a 5%AI. Chapas de aco revestidascom li9a com esta cornposicao aproximada (entre 4 e 7% AI) sao mais resistentes acorrosao que a revestimento zincado de mesma espessura quando submetidos atestes acelerados de Iaboratorio au em ambientes marinhos severos. Entretanto, amesmo revestimento nao apresenta maior reslstencia que as revestimentas zincadosem ambientes marinho moderado, industrial e rural.

FIGURA 7- Diagrama de EqullfbrioAlurninio - linco. c700

P o rc en ta gem a tO rn ic a d e tin coI~ 20 '0 "0 ~ C > 60 rc 1;10~Oa -

60016-60.11'"to.-~ r----i ........--.., :---~ . _ _ _ L~ I'-.- - - r--- N~ 4t'3 1.~ ...IA]-

,'~:r, ~r~I '~I ~!J}~ t- ,u~ . . . .~' 'n"'- 18 I.- ~75 99,~,3;b I I/ I lZAr-:

500II()I)r400?OQ

300

200100AIL4._W_

10 20 30 40 ~O 60 70 80 90 ZnP or.;entagem em p eso d e z inco

FONTE: Metals Handbook. ASM lnternationaj,

o revestimento Zn - 5%AI possui pequenas adicoes de outros elementos; 0Galfan contern aproximadamente 0,1% de tetras raras (ceria e lantanio), os quaissao adicionados para aurnentar a molhabilidade do banho e reduzir a ocorrencia depontos sem revestimento. Superzinc contern 0,1% Mg, adicionado para combater 0efeito adverso das impurezas chumbo eestanho na corrosao intergranuiar emelhorar aderencia da pintura. Os revestimentos eutencos geralmente nao sofremadi~ao de chumbo e nao apresentam cristais.


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A rnicroestrutura do revestimenio Zn - 5%AI e caracterizada par uma matrizeutetlca de 5%AJ e regi6es espalhadas de zinco prirnarlo. Camadas intermetalicaanao sao visiveis devido a menor temperatura do banho e ao elevado tear dealuminio comparado as chapas zincadas convencionais.

1.4.6 Liga 55% AI-Zn (Galvalurne"):

Galvaiurne" e a chapa de a90 revestida com a liga 55%AI-Zn, aplicada parmeio de lrnersao a quente similar ao prooessa de zincagem canvencianai. Esterevestimento combina a durabilidade do aluminio com a protecao galvanica do zinco,oferecendo excelente resistencia a corrosao em atmosferas marinha e industrial,resistencia a oxidacao a altas temperaturas e refletividade terrnica associados comaparencia agradavel e distinta quando comparado a outros revestimentossemelhantes.

1.4.6.1 Mlcroestrutura

o revestimento tern como ccrnposicao media 55%A1, 43,5%Zn e 1,5% Si, econsiste de uma estrutura com tres fases principais:a) Fina camada intermetaiica quaternana constituida de AI, Zn, Fe e Si, entre 0 a90base eo revestimento;b) Fase dendritica rica em alumlnio (cerca de 80% do volume), responsavel pelaresistencia a corrosao;c) Fase interdendrltica rica em zinco.

Todas as tres fases sao irnportantes para promover a resistencia a corrosaodesejada. A fase interdendritica rica em zince promove urna protecao galvanicasimilar aos revestimentos zincados. Ja a fase dendrltica rica em alumlnio e acamada tnterrnetalica sao responsaveis pela maier durabilidade do revestimentoreduzindo a velocidade em que a fase rica em zinco e consurnida. A figura .8 mostrauma representacao esquernatica da secao transversal da camada de revestimentoda liga 55%AJ-Zn.


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FIGURA 6 - Representacao da seyao transversal da camada de revestimento da liga 55%AI- Zn

Den drite ric a emaluminiu

Camada intennetaUcaSUicio

FONTE: 55% Aluminium-zinc Coated Sheet Steel Research and Technology Manual; BIECIntemationallnc, BHP Steel, Australia, 1994.

Aproximadamente 80% do volume da estrutura complexa da chapa revestidacom Iiga 55% AI - Zn e cornposta por dendritas ricas em alurnlnlo, constituindo aprimeiro solido a se formar d.urante a resfriamento. Como predito pelo diagrama defases, a liquido final a se solidificar nas regiees interdendriticas e enriquecido emzlnco. Uma fina (1 a 211m) camada interrnetalica formada par ferro, aluminio e zincoe evidente na superficie do ago (BIEC INTERNATIONAL Inc, 1994).

Aproxirnadamente 1,5% de silicic e adlcionado a liga 55%AJ - Zn a tim deminimizar 0 crescimento da camada interrnetalica durante a imersao. Este estapresente na forma de agulhas espalhadas, a maior parte na reqiao interdendritica.

1.4.6.2 Principals caracterfsticas e vantagens

A chapa de ago revestida com liga 55%AI-Zn pode ser produzida em variesniveis de resistencia rnecanica, desde os graus de alta resistencia ate as graus deestampagem. A tira, logo apos ser produzida, esta pronta para pinturaem llnhascont1nuas ou no campo e as ehapas podem ser conformadas e unidas pela maiortados rnetodos convencionais. Abaixo serao citadas algumas vantagens doGalvalume'" com relacao a chapa zincada convencional.


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1.4.6.2.1 Rendimento em area

o fato da densidade do alumlnio ser bem menor que a densidade do zinco,resulta que a camada de liga 55%AI-Zn e muito mais leve do que 0 revestimento dezinco para mesmas espessuras de revestimento. Por exemplo, 0 peso dorevestimento de zinco Z275 e de 275g/m2, enquanto 0 peso de revestimento 55%AI-In AZM150 e de 150g/m 2, com ambos as revestimentos possuindo a mesmaespessura de aproximadamente 20M-m. Isto resulta em maior area coberta portonelada de a90 quando S8 utiliza a Galvalume em relacao ao galvanizado. Parailustrar a dlferenca, uma tonelada de Galvalurne'" de O,,45mm de espessura podecobrir ate 4,5% mais area com relacao a chapa galvanizada convencional (BIECINTERNATIONAL Inc, 1994).

1.4.6.2.2 Resistencla a Corrosao

Este tipo de revestimento destaca-se pela elevada resistencia a corrosaoatmosferica, devido a cornbinacao da durabilidade do alurnlnio, que confere protecaopar barreira rnecanica, e a protecao galvanica proporcionada pelo zinco. Exposicaode chapas zineadas (revestimento G 90) e Galvalurne" (revestimento AZM 150) emdiferentes atmosferas foi realizada pela Bethlehen Steel e as resultados estaoapresentados nas fiquras 9 (a), (b), (c) e (d) para exposlcao em atmosfera rural,industrial. marinha e marinha severo. De acordo com os graficos podemas verificarque a revestimento 55%AI-Zn e de 2 a 4 vezes mais resistente a corrosao que 0 acezincado convencional.

A rnaioria da corrosao do revestimento ocorre na regieo interdendrftica ricaem zinco. A medida que estas regi6es se corroern, os produtos da corrosao do zineoficam presos nas reqioes interdendrlticas e agem como barreira que reduz acorrosao posterior. Como resultado, a taxa de corrosao da liga djminu'i com 0 tempo.

Embora a distancia .efetiva da acao qalvanica promovido palo revestimento55%AI- Zn seja a metade da do zincado, esta ainda e adequada para a protecao dasbordas cortadas para espessura de ate 1mm na maioria dos ambientes.


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FIGURA 9 - Resultados eomparativos de reslstencia a corrosao entre chapa zincada par lmersao aquente e Galvalume" por exposicao de 13 anos em (a) atmosfera rural, (b) atmosfera Industrial, (c)atmosfera marinha e (d) atmosfera rnarinha Severa.

:~ l~ : : : = . " ' "~-------::------~\.,i,,-t---------"-------;u~-------~----------i! Di'~-----./~--~.~--;~~~--------------

i,,-t-------------=-~-- . . .~------------~---t t ~ ~ ~ - - - - - -- - - - - - = ~ = =. ,. ,. , /'

(a) (b)

"1-----/"".- -----., ~~G!IWi~Ila!ltEl~J,,-I----~-------=======-J11r-.-------------_ , , _~:

~"t-----f-L-------------~Ir-.-~~---------------


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aplicacoes em construcoes tais como silos e galp6es para estocagem de graos, asprodutos sao mantidos a uma menor temperatura, conseqOentemente terao menordeqradacao, resultando em maier rendlrnento e durabilidade (BIECrNTERNATIONAL Inc, 1994).

Os custos com condi.cionameto de ar em escrltorios e salas comerciaisconstruldos com Galvalurne'" tarncern saorninimizados devido a elevadarefletividade terrnica desse produto (BIEC INTERNATIONAL Inc, 1994).

1.4.6.2.4 Resistencia a altas temperaturas

As chapas revestidas com liga 55%AI-Zn podem ser utillzadas atemperaturas superiores as chapas galvanizadas, porern a temperaturas inferioresas chapas aluminizadas conforme ja ilustrado na figura 5. Em termos de aparencia aaltas temperaturas, a Galvalurne" rnantern a brilho superficial ate 320C enquanto aschapas galvanizadas rnantern a brilha ate 230C (TIERRA; BERNAL, 1995).


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2 LlNHA DE GALVANIZACAo CONTiNUA" DUAL PURPOSE C < - CSN-PR

A linha de galvaniz8{(80 continua da CSN-PR fol projetada para a producaotanto de produtos galvanizados convencionais quanta do Galvalume dentro doconceito "Dual Purpose". Para isto a linha possui 2 pates que se movimentarnperpendicularmente. As caracterfsticas tecnicas principals da linha estaoapresentadas resUmidamente na Tabela 4 (SMS-DEMAG, 2002).

TABELA 4 C ! f r P d L h d G I - d CSN PRaracter S teas ecrucas nncrpats a In a ae aivamzacao a -Caracterfstlcas Tecnicas PrmclpaisLargura da tira (min / max) 7001 1600mmEspessura da tira (min / max) 0,25/1,55mmPeso maximo de bobinas 25 tDiametro Interno de Saida 50 8 au 610mmDiarnetro Externo de Saidal_min I max) 600 /2070mmProdutos Galvanizado (cristals normals e minimizados)e Ga'!valumePeso de Revestimento (minI I Zineo 50 /200grm L( facemax) J 55'%,AI,-Zrl 50/100g/mLlfacePassivacao Cromaflzacao I Resina Acrilica. . . . . .FONTE: Technical Specification of CISA-CSN Continuous Galvamzmg Line; SMS DEMAG- EUA,2002.

A linha possui todos as recursos necessaries < 3 . " prcducao de galvanizados,corn a insercao de outros especificos para a producao do Galvalurne", As secoesprincipals da linha com seus equiparnentos serao sucintamente descritos abaixo comrelevancia a alguns aspectos operacionais importantes da producao do Galvalume".

2.1 SEl;Ao DE ENTRADA

Nesta secao realiza-se a abastecimento da linha com bobinas laminadas afrio, corte das pontas das bobinas que estao fora da bitola e soldagem porresistencia eletrica de sucessivas pontas e caudas das bobinas garantindo acontinua passagem da tira pela linha de qalvanizacao.

2.2 SEC;AO DE LlMPEZA

E composta par tres etapas, sendo a prirnelra urna secao de limpezaQuimica antes da terre de acumulacao onde se processa a aspersao de um


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desengraxante alcalino (geralmente soda caustics - NaOH) sabre a tlra, para reagircom as 61eos (vegetal au animal) presentes na superficie da tira, sendo entao lavadae secada por sopro de ar a temperatura ambiente. Apes esta, a tira e subrnetida auma Limpeza Eletrolitica, onde a acao de limpeza ocorre par meio de reacoeseletroquimicas provocadas pela passagem da tira entre eletrodos, promovendo aernulslficacao dos reslduos oleosos em ambas as faces da tira. Ocorre tarnberngeraC;80 de gases, que auxiliarn, par acao rnecanica adicional, a remocao dosresidues mais aderentes a superflcie da tira. Apes a limpeza eletrolitica a tira sofrelimpeza par a980 mecanica atraves da passaqern par um conjunto de rolesescovadores. Par tim a tira e lavada e secada por sopro de ar aquecido, estandopreparada para a secao seguinte.

2.3 FORNO DE RECOZIMENTO

Os principais propositos do forno de recozimento numa llnha degal-vanizac;ao sao: Evaporacao dos reslduos 0le0808 presentes nasuperficie da tira, que naotenham sido removidos em estaqios anteriores; Reducao dos eventuais filmes de oxidacao presentes na superflcie da tira, porrnelo de reacoes com uma atmosfera redutora; Tratamento termico de recozimento da tira laminada a frio, a tim de se obterpropriedades rnecanicas preestabelecidas: Proporcionar a tiTa uma temperatura adequada para irnersao no banho de metalllquido.o forno de recozirnento da CSN-PR e vertical e foi projetado para a prcducao dosgraus comercial, estarnpaqem media, profunda au extra-profunda, alern do grauestrutural. Este esta dividido nas sequintes zonas: zona de pre-aquecirnento (Pre-Heater Section - PHS), zona de aquecimento por chama direta (Direct Fired Furnace- OFF), zona de aquecimento e encharque par tubos radiantes (Heating and SoakingRadiant Tube Section - RTS), zona de resfriamento controlado (Slow Cooling Section- SCS) e zona de resfriamento rapido (Jet Cooling Section - JCS).o cicio termico e definido em fun


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para producao de galvanizado e Galvalurne" sao praticamente sirnilares. As taxasde resfriarnento, porern sao menores para a Galvalume ja que a tira deve atingir 0banho a uma temperatura superior comparado a producao de aco zincado.

2.4 POTES DE ZINGO E UGA 55%AI-Zn

Ap6s recozirnento, a temperatura da tira e controlada para atingir um valoradequado para irnersao no banho de zinco ou de liqa 55%AI~Zn. Ap6seste controlede temperatura, a tira e quiada atraves de um tunel de irnersao ("snout") para 0 patede metal fundido, no qual a camada rnetalica e aplicada. A temperatura da liga55%AI-Zn no pate e de aproximadamente GOOoe, sensivelmente maiar que atemperatura do zlnco fundido para producao de galvanizado, que e deaproximadamente 4G5C. A viscosidade da liga 55%AI-Zn e sensivelmente menorque a do zineo, resulfando em menores espessuras da camada prirnaria derevestlmento, logo apes a imersao.

Para a formacao da liga 55%AI, 43,5%Zn e 1,5%8i dois diferentes lingotessao necessaries, que sao:a) linea High Grade;b) Alurnlnio contendo 3% st

Os lingotes sao fundidos em um pote de pre-fusao e a 1i9a fundida etransferida para 0 pate principal por gravidade, atraves de uma bica de vazamentoque e mantida aquecida par meio de resistencias eletricas.

A pressao de vapor de zineo no interior do "snout" durante producao dachapa revestida com liga 55%AI-Zn e eonsideravelmente maior que em producao degalvanizado" devido il l maier temperatura do banho. A pressao de vapor nesse casoe aproximadamente 10 vezes maior quando eomparada a que ocorre na orcducaode galvanlzado (BIEC INTERNATIONAL Inc, 1994) e isso pode provocar seriesproblemas operacionais. Para amenizar as efeitos lndesejavels da condensacao devapor de zinco, projetos especiais sao incorporados na reqiao do "snout" e regi6esadjaeentes.

Durante a producao de Galvalume ~ formacao de "top dross" (drossflutuante) e muito pequena quando comparada com a gerada no proeesso degalvanizar;ao convencional. 0 aluminio presente no banho tende a se oxidar


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farmando uma nata irnpermeave' de oxldo que impede a connnuacao da oxidacaodo banho metaflco,

Diferentemente do processa.mento do produto zincado convencional, duranteo processamento do Galvalurne", ocorre formacao adicional de "bottom dross"(dross de fundo) que por possuir aproximadamente 15% de ferro, possui densidademaior que a do banho 55%AI-Zn.

Outro aspecto importante durante a producao de Galvalurne? e quediferentemente do zinco llquido, a Iiga 55%AI-Zh e particularmente agressiva a tirabern como aos componentes imersos no banho. Como exemplo, urna tira de acecarbono com O,50mm de espessura resistira ao banho aproximadamente 15minutes. Ap6s este tempo 0 ataque do banho na regiao de oontato com a tiratenders a consurnir a mesma cornpletarnente. Caso ocorram paradas no processoque ultrapassem esse tempo, movimentacac da tira atraves da llnha deve serrealizada, evitando que a tira seja consurnida pelo banho. Para paradas longasprogramadas e troca dos pates de revestimento, utiliza-se ago inoxidavel em cantatacom 0 metal fundido.

2.5 CONTROlE DE REVESTIMENTO

A espessura da camada de revestimento a ser depositada e calibradautilizando urn sistema de sopro de ar a temperatura ambiente, aplicado atraves debacais de alta precisao (naval has de ar) alimentados por 2 sopradores, logo que atira emerge do banho de zinco. A espessura do revestimento e funcaoprincipalmente da velocidade da linha, pressao do ar, distancia entre as navalhas e atira e distancia das navalhas a superffcie do banho. Como a viscosldade da Jiga55%AI-Zn e sensivelmente inferior a do zinoo, caso se mantenha todos osparametres constantes. a pressao de ar necessaria na navalha de ar para retirar aexcesso do revestimento 55%AI-Zn e aproximadamente 1 /5 daquela necessaria paraa retlrada do excesso de zinco durante producao do galvanizado (CONI et ai, 2002).


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2.6 MINIMIZA


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minima de 11C/s. A taxa de resfriamento esta inversamente ligada a distanciaentre as braces dendrlticos observados na microestrutura do revestimento (DAS-'Dendritic Arm Space") que corresponde na realidade a distancia entre as fases ricasem alurnlnio. A taxa de resfriamenta deve ser controlada de modo a 58 obter DASentre aproxirnadarnente 10 e 20j..Lmvisando a obtencao de boa resistencia acorrosao do Gatvalume".

Na secao de resfriamento complementar, a tira e adicionalmente resfriadaate aproximadamente. 120C, e depois ate aproximadamente 40C pela passagemem urn resfriador a agua ("Quench Tank"), no qual S8 fez a aspersao de agua nasduas faces da tira.

2.8 LAMINA


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tira, com a finalidade de preservar 0 aspecto superficial des chapas e aurnentar aresistencia a corrosao do revestimento no caso de exposicao a amblentes urnidos. Aresina acrllica tern a funcao adicional de reduzir 0 coeficiente de friccao entre a tira eas ferramentas de conforrnacao, funcionando dessa forma comolubrificante alem depossuir propriedade anti-fingerprint. 0 filme de cromo visado para as chapaszincadas e de 7 a 11mg /m 2 enquanto que para 0 Oalvalurne" e de 20 a 30mg /m i2 Acamada de resina acrlllca visa para 0 Galvalume e de 1,3a 1,7 g/m2 per face.2.10 SEC;AO DE SAiDA

Nesta secao a tira passa par postos de inspecao em passe vertical ehorizontal, pode reeeber filme de oleo protetivo aplicado por uma oleadeiraeletrostatica, e e enrolada formando as bobinas que sao pesadas e embaladas paraserem enviadas aos clientes.


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3 ASPECTOS METALURGICOS3.1 lNTRODUyAO

o rnetodo usual para prooucao dos aces revestidos por irnersao a quente ea procucao da bobina laminada a quente, deeapagem para rernocao da carepa(6xido), larninacao a frio para adequacao da espessura e aplicacao do revestimentornetalico protetor. 0 processo de larninacao a frio pode reduzir a espessura da tiralaminada a frio ate valores de 90%, 0 qual aumenta a dureza e para subsequentestrabalhos de contormacao a frio, a ductilidade do aco precisa ser recuperada.o recozimento do aco laminado a frio e normalmente requerido para produzirmicroestrutura de ferrita recristalizada a partir dos graos altarnente alonqadosproduzidos no processo de larninacao a frio. A figura 10 mostra a efeito dorecozimento na microestrutura de uma chapa de ace baixo-carbona laminada a frio.A estrutura laminada a frio e mostrada na figura 10 (a) em contraste com a estruturaparcialmente e totalmente recristalizada nas figuras 10 (b) e (c). Durante aaquecimento do aco enos primeiros seguimentos do encharque, 0 prirneiro processornetalurqico que ocorre e a recuperacao. Durante este processo, as deformacoesinternas sao aliviadas (embara pequena rnudanca na microestnrtura seja evidente) adutilidade e moderadamente aumentada e a resistencia e reduzida em menorescala.

Com a continuidade do recozimento, 0 processo de recrtstallzacao ocorre enovos graos ferrlticos equiaxiais sao formados a partir dos graDs alongados. Durantea recrlstalizacao. a resistencia diminui rapidamente com correspondente aumento dadutilldade. Posteriores tempo e temperatura causam 0 crescimento dos novas graosforrnados as custas dos outros graos. Esse ptocesso e chamado de crescimento degrao e resulta em modesta reducao da resistencia e pequeno aumento da dutilidade.A rnaioria dos acos carbona pianos e subrnetida ao tratamento de recozimento quepode ser realizado comercialmente pelo processo continuo au pete processo derecozimento emcaixa. No proeesso de recozirnento em caixa, as bobinas de acelarninado a frio sao colocadas em carnpanulas e sob atmosferas protetoras, saoaquecidas par pertodos que podem chegar a dias.


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Diferente deste, 0 recozimento continuo de chapas envolve a rapidapassagem da tira atraves do forno oividldo em zona de aquecimento e resfriamento.FIG UR A 10 - Aco baixo carbono nos es tados (a) lam inado a frio , (b) pa rc l atmen te rec r is taHzado e (G)t o ta lm en te rec ri st al izado .

(a)

(b)


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(c)FONTE: CONI, N. H. S. da .. Estudo da Intluencia dos eiclos termlcos na estrutura rnetaloqraflca edureza de chapas de ace baixo carbona lamlnadas a Mo. Curitiba, 2002. 20f. Trabalho de Pes-Graduayao (Disoiplina Tecnlcas Experirnentais em Metalurgia) - Program a lnterdisclpllnar de P6s~Graduacao em Engenharia, Universidade Federal do Parana.

Adicionalmente as diferencas 6bvias de equipamentos, 0 recozimentocontfnuo e em caixa apresentam diferencas importantes nos perfis de aquecimento eresfriamento. A grande massa de a90 aquece e resfria a velocidades muito baixasdurante 0 recozimento em caixa e a processo requer varias horas de tratamento. Osgraos recristalizados sao grosseiros e as baixas taxas de resfriamento asseguramque todo 0 carbone dissolvido durante 0 recozimento precipite durante aresfriarnerrto.Como resultado obtem-se excelentes dutilidades, embora alguma nao-uniformidade se desenvolva devido as diferenfes taxas de aquecimento eresfriamentoentre as partes externas e internas das bobinas.

Durante recozimento continuo, as boblnassao desenroladas e processadasem forno de recozimento dividido em 2 estaqios, par periodos da ordem de algunsminutos. 0 primeiroestaqlo aquece 0 ago e promove a recristallzacao enquanto 0segundo estaqio aquece a temperatura inferior para promover 0 envelhecimento doago e remover 0 carbona da solucao solida. Sem esse estaqio, a tira rnetalica iriaresfriar rapidamentee reter a carbona em solucao s6lida. Esse carbona poderiaeventualmente causar envelhecimento por deformacao reduzindo aconforrnabilldade da chapa de ago.


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Ap6s 0 processo de recozimento, onde as chapas de aco apresentampropriedades mecanicas adequadas ao uso final, urna camada rnetalica protetorapade ser aplicada par irnersao a quente ao a90, com a intuito de aumentar a suareslstencia a corrosao. Esta camada protetora pode ser aplicada ao ace previamenterecozido, au pode ainda ser aplicado em uma mesma linha de processarnento. NasIinhas de revestirnento metallco que incorporam forno de recozimento, a etapa deenvelhecimento e geralmente exclulda porque a aplicacao do revestimento a altatemperatura (par exemplo, 465C para 0 zinco e 600C para a liga AI-Zn) ap6s aenvelhecimento, resultaria em redlssolucao dos carbetos e nitretos liberando acarbona e nitroqeruo para a solucao s6fida. Dessa forma, a


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A energia de um metal encruado e maier do que a de um metal recozido,diferindo de um valor apraximadamenteigual a energia de defotmacao armazenada.Embora a deforrnacao plastics aumente a entrapia do metal, 0 efeito e pequenoquando comparado com 0 aumento da energia interna (energia de detormacaoarmazenada). Entao, 0 terrno - TS da equacao da energia livre de Gibbs pode serdesprezado e, assim, 0 aumento da energia livre se relaciona diretamente com aene:rgia armazenada:

G = E d - TS ( 7 )onde:G = energia livre de Gibbs;Ed:; energia de deforrnacao armazenada no material;T:; temperatura absoluta:S = entropia do metal.Torna-s8

(8)

Como a energia livre dos metais encruados e maior que ados recozidos,eles podern amolecer sspontanearnente. Um metal normalmente nao retorna acondicao recaiida par urna simples reacao, dada a complexidade do estadoencruado. Ocorrem varias reacoes, sendo 0 efeito global 0 de recuperacao de umacondicao equivalente a apresentada pelo metal antes de ter side encruado. Muitasdessas reacoes envolvem algumaforma de rnovirnentacao de atornos ou lacunas esao assim extremamente sensivels a temperatura. As velocidades dessas reacoespodem normal mente ser expressas par leis exponenciais simples. Dessa forma,aquecendo-se a metal deformado, a veloddade de retorno ao estado amolecidoaumenta consideravelmente.

lnforrnaooes valiosas sabre a natureza das reacoes, que ocorrem quandoum metal encruado retorna ao seu estado origi'nal, podern ser obtidas pela estudo dalibera~ao de energia armazenada. A figura 11 rnostra a enerqia liberada no processo


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de recozimento isoterrnlco para 0 cobre de alta pureza (GORDON, 1955). Esta figuraapresenta urna reqiao de maxima liberacao de energia que aparecesimultaneamente com 0 crescimento de urn arranjo totalrnente novo de cristaisisentos de deformacao, que crescem as custas dos cristais anteriormentedeformados. 0 processo pelo qual isso ocorre e chamado de recristaJi2a~jjo e podeser entendido como sendo urn realinharnento dos atomos dentro dos cristais, quelevaa urn abaixamento da energia livre.

Figura 11- Curva de recozimento lsotermico para 0 cobre etetrolitico.

f'i P , I;'D~ "2 6.3w.:.; '00:: E 42~ : . - ; c . 1(;)cu.; 0,0

l'

G . , :: .' I_J, 9 0 ::177", .. AlongafTlf>nlo

4Tarnpo. rre:as

FONTE: RE~D-HILL, R. E. Physical Metallurgy Principles, p 230- 233.

Apesar da maxima liberacao de energia apresentada na 'figura 11corresponder a recristalizacao, a curva mostra que energia e liberad-a antes darecristalizacao (Iinha tracejada na figura 11). A area entre a curva cheia e tracejada,representauma energia Ilberada que nao esM associada it reeristalizacao. 0 estaqiodo cicio de recozlrnento, anterior it recristalizacao, e chamado de recupera~ao.Existeainda urn terceiro estaqio do processo de recozimento chamado crescimentode grao. Este estaqio ocorre quando 0 recozlrnento continua ap6s 0 termino darecristalizacao, onde determinados graos recristalizados ccntlnuarn a crescer, masasexpensas de outros cristais que, consequenternente desaparecem.

Os tres estaqios do recozimento exercem influencia nas propriedadesrnecanicas finais dos materiais rnetallcos. Alguns aspectos do processo derecozimentoserao discutidos abaixo.


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3.2.1 Temperatura de Recristalizacao

Consiste na temperatura na qual urn determinado metal, com certapercentagem de deformacao a frio, recrtstalizara total mente em urn periodo detempo, geralmente 1 hara. A cortespcndencla entre tempo e temperatura derecristalizacao pods ser indicada pela equacao abaixo (REED-HILL, R. E, 1982)::

1/'! = A exp -Q/RT ( 9 . )onde:l' = tempo de recristalizacao:A = constante;Q = energia de ativacao (J/mal);R ;;: eonstante universal dos gases;T;;: temperatura absoluta (K).

Pela observacao da equacao acirna, verifica-se que a temperatura derecristalizacao nao tera siqnificado, a menos que 0 tempo cderecnstalizacao tenhasida estabelecido. Porern, em razao das altas energlas de ativacao, a recristalizacaoparece realmente ocorrer a urna determinada temperatura minima. Suponha, paraurn determinado metal, Q = 210.000 J/mol e que a recrtstalizacao termine em 1h a600K. Pade-se entao mostrar, pela equacao (9), que se 0 recozimento for realizado1QC abaixo da temperatura de recristal izacao (313QC) i a recristalizacao total sedara em cerea de 2h. Urna amostra desse metal estara so parcialmenterecristalizada aofim de um recozirnento de 1 hara a 1DoC abaixa da temperatura derecristallzacao (323C). Por outro lade, um recozimento por 1 hora e mais do quesuficiente para recristalizar totalmente 0 material a qualquer temperatura acima de323C. De tate com 1OC acima dessa temperatura (333G), encurta-se 0 tempo derecristalizacao para meia hara e, com 20C acirna, para aproxirnadamente 15minutos. Para efeito pratico, essa sensibilidade do processo de recristalizacao apequenas var iacoes de temperatura faz parecer que a metal tern uma temperaturadeterminada, abaixo da qual nao havera recristalizacao e" par ess-a razao, ha uma


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tendencia de se considerar a temperatura de recnstalizacao como uma propriedadedo metal e de se desprezar a tempo como varlavel da reoristalizacao.

3.2.2 Efeito da deformacao na recristalizacao

DU8s curvas de velocidade de recristalizacao sao rnostradas na figura 12.Os dad os estao colooados no grafico de modo usual (log 1h vs. 1fT). As duas curvasrepresentam a deforrnacao do zirconio par forjarnento rotativo. As duas curvasrnostrarn claramente que a recristalizacao acalera quando se aumenta aencruamento. Quando recozldos a mesma temperatura, 0 material que foi maisdeformado recristaliza muita mais rapidamente do que a menos defarmado. Comoexemplo, a 553C, as tempos para recristalizacao completa sao de 1,6 e 40 horaspara as reducoes maior e menor, respectivamente. Analogamente, a temperatura naqual a metal recristalizara completamente ern 1 hera e menor para 0 que fai maisdeformado, 567C, quando comparado aos 627C do material menos deformado.

FIGURA 12 - Retac;6es ternperaiura-ternpo para a recrlstarizacao de zirconio, correspondendo a daisdiferentes grausde deforrnacao a frio.

0 .1

;-:: 10

1001000 K72;"(

13'%,de reducao Cle a rea( 51'% .de reoucao at? lhea

910 K6.3?~C

83.01'5571)C 770 K.: 97"{.

FONTE: REED-HILL. R. E. Physical Metallurgy Principles, p 246-2.47.


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3.2.3 Pureza do metal

Metais extrema mente puros apresentam grandes velocidades derecristalizacao, Isto evidencia a estreita dependencia entre a temperatura derecristalizacao e a presence de solute. Pequenas porcentagens, como 0,01 % de urn.elemento estranho em solucao solida, pod em elevar a temperatura de recrlstalizacaode algumas centenas de graus. Assim, um metal espectroscopicamente purorecristaliza em temperaturas multo menores do que um metal comercialmente pure.o efeito de atornos de soluta sabre a velocidade de recnstalizacao e maissensivel para baixas concentracoes. Como uma pequena percentagem de atornosdo soluto tern urn efeita taopronunciado nas velocidades de recristalizacao, acredita-se que as atornos do soluto interagem com os contornos de grao. A interacaoproposta e semelhante a existente entre oisccrdancia e atornos do solute. Quandoum atorno estranho migra para urn contorno de graD! tanto a energia elastica como ado contorno diminuem. Na recristalizacao, os contornos de grao se movimentamquando acorre nucleacao e cresci menta. A presenca de atornos estranhos nasatmosferas associadas a esses contomos retard a muito a sua rnovlrnentacao eassim dih1inui a velocidade de recristalizacao.

J.3 ENDURECIMENTO PQR PRECIPITAGAO

A reststencia e dureza de algumas ligas rnetalicas podem ser alteradas pelaformacao de pequenas partlculas uniformemente dlstribuldas de uma segunda fasena matriz original. Este processo precisa ser seguido por tratamentos terrnlcosapropriados. Este processo e chamado de endurecimento par precipitacao porqueas pequenas partfculas de segunda fase sao chamadas de precipitados. 0endurecimento par envelhecimento e tarnbem designado por esse fenorneno porquea resistencia se desenvolve com 0 tempo a medica que a liga envelhece.

o endurecimento par precipitacao au envelhecimento pode ser produzidopar um tratamento termlco de solubilizacao seguido de tempera numa liqa na qualurna segunda fase fica em solucao s61ida em temperaturas elevadas, mas precipitafrente a urn resfriamento rapi

4 - ENSAIOS MECÂNICOS

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