Metodologias de investigação para metais utilizados em conformação plástica

Doutoramento em Engenharia MecânicaNeste trabalho apresentam-se novas metodologias experimentais de análise dos mecanismos físicos que controlam a formabilidade das ligas de Al-Mg e o encruamento transitório em metais unifásicos. Para as ligas de Al-Mg a metodologia baseia-se na combinação entre ensaios de tracção com variações de temperatura, mapeamento do domínio de sensibilidade negativa à velocidade de deformação e tratamentos térmicos de recozimento e arrefecimento. Para temperaturas superiores a 120 ºC, o coeficiente de sensibilidade a velocidade de deformação (m) depende da gama de velocidades de deformação e do valor de deformação plástica para a qual o valor é determinado. No domínio de temperaturas negativas -80ºC - -120 ºC, o valor de m mantém-se constante e praticamente igual a zero. As diferentes energias de activação fora do domínio de PLC originam uma transição gradual de m de um valor positivo para um valor negativo para -100 ºC e abrupta para 100 ºC. O valor negativo de m resulta da presença de solutos na liga. A dissolução dos aglomerados de solutos através de tratamento térmico, conduz, independentemente do valor de deformação plástica, a um valor de m próximo de zero. Para o estudo de encruamento transitório a metodologia baseia-se na comparação entre os comportamentos mecânico e microestrutural de um aço ferrítico e de uma liga de alumínio. Á temperatura ambiente, os materiais apresentam um comportamento semelhante. A temperaturas negativas o comportamento do alumínio não sofre grandes alterações, enquanto que no aço ocorre um aumento significativo da tensão de atrito da rede cristalina e a formação de uma estrutura de deslocações homogénea. Testes mecânicos com inversão de carga e alteração brusca de temperatura mostraram que o mecanismo físico responsável pela estagnação da taxa de encruamento está relacionado com a natureza das deslocações criadas durante a predeformação e sua evolução após a recarga. Assim, o comportamento mecânico é controlado pelas interacções individuais entre as deslocações móveis e os obstáculos situados nos seus planos de escorregamento. A evolução da microestrutura desempenha um papel secundário. A extrusão em canal permite a obtenção de metais com grão altamente refinado e com elevada resistência mecânica e formabilidade. No entanto, este processo é de difícil implementação industrial. A laminagem assimétrica é bastante promissora para aplicação industrial mas carece de estudos complementares que permitam analisar os efeitos produzidos pelas subestruturas.In this work new experimental methodologies for studying the physical mechanisms that control formability of aluminium-magnesium alloys and strain hardening transient in single phase metals are presented. The behaviour of Al-Mg alloys is strongly dependent on temperature since this parameter controls solute mobility and clustering rate. For analysing the behaviour of this alloy, we propose an experimental methodology based on combination of the uniaxial tension tests with temperature, mapping the domain of negative strain rate sensitivity, and special combinations of annealing and cooling. It was shown that at temperatures higher than 120oC, m depends on the strain rate differential and the plastic strain at which the readings are made. In the negative temperature range, -80ºC to –120ºC, the variation of m is very slow stay near to zero value in the positive sense of the axis. The variation of m with temperature suggests that the activation energy for PLC at the low and the high temperature ends of the PLC range is different. The transition from positive to negative m is very gradual at T ~ -100oC, while at T ~ 100oC it is quite abrupt. The presence of solute structures was shown to be the reason for negative strain rate sensitivity of Al-Mg alloys. Dissolving all clusters that may exist in the material by annealing, gives an m value closer to zero and not depend on strain. The analysis of transient strain hardening in single phase metals was carried out with a new experimental methodology based on the comparison between the mechanical and microstructural behaviors of a ferritic steel and a commercial purity aluminium. These two materials involve identical plastic processes at room temperature, but not at low temperature were the related dislocation substructures are quite different. A temperature drop does not modify substantially the f.c.c. aluminum substructure but drastically increases the friction stress and delays patterning of the b.c.c. steel. Strain reversal tests coupled to temperature changes revealed that the physical process responsible for the transient stagnation of strain hardening is related to the nature of the dislocations generated during the prestrain and their evolutionary law during reloading. In other words, the mechanical behavior is controlled by individual interactions between the moving dislocations and the obstacles lying on their slip planes rather than to some cell structure evolution. Equal channel angular extrusion leads to the improvement of strength and formability of metals by grain refinement. However, the process is not adequate for mass production. On the contrary, asymmetric rolling appears to be a promising process for industrial applications. However, further studies are necessary to carried out in order to distinguish between the effects produced by the sub-grains and actual grains on the crystallographic texture