Previsão de tamanho de grão de aço bainítico forjado assistida por simulação numérica - Ivaniski, Thiago Marques (2022)
Aços bainíticos avançados de resfriamento contínuo podem substituir materiais que passam pelo processo de têmpera e revenimento (T&R) sendo, desta forma, econômicos e benéficos ao meio ambiente. No entanto, para se obter mais eficiência energética é necessário compreender a sinergia dos parâmetros de forjamento a quente, a qual trará como resposta diferentes microestruturas. Sendo uma delas, a evolução na estrutura dos grãos. Indubitavelmente, a predição das transformações microestruturais por tais parâmetros complexos é importantíssima para fabricação de produtos forjados de precisão. O modelo semi-empírico de Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov JMAK é uma excelente ferramenta para a predição e o controle de grão austenítico durante o processamento termomecânico. Porém, a acuracidade dos resultados obtidos com modelos complexos é reduzida devido a suposições que levam a uma inadequada calibração, causada por gradientes de temperatura, diferentes sítios de nucleação, e devido à distribuição de deformações. Portanto, é um desafio em aplicações industriais a implementação da simulação de tamanho de grão austenítico. Este trabalho teve como objetivo desenvolver estratégias de calibração por simulação numérica computacional para o forjamento de um novo aço bainítico por resfriamento contínuo. De modo que seja permitido verificar a influência que diferentes parâmetros de forjamento a quente implicam no tamanho de grão austenítico. Na primeira parte, buscou-se investigar a aplicabilidade da simulação do grão, utilizando modelo de JMAK no forjamento em matriz aberta do aço DIN 20MnCr5. A seguir, foram modeladas matematicamente as curvas de escoamento plástico de um novo aço bainítico livre de carbonetos, denominado nesta tese como DIN 18MnCrSiMo6-4, para a futura implementação em software de simulação computacional. O êxito desta aquisição permitiu constituir um modelo reológico com o uso das equações cinéticas de Arrhenius e de JMAK, para o qual adquiriu-se os parâmetros de encruamento, recuperação e recristalização dinâmica dependentes das curvas de escoamento. Foram realizados testes industriais de forjamento em matriz fechada de uma pré-forma de engrenagem helicoidal em altas taxas de deformação e diferentes temperaturas. Criouse um modelo computacional para simular o processo industrial, mostrando que, as equações utilizadas, bem como a modificação realizada na dependência dos parâmetros de crescimento de grão mitigou a diferença entre valores experimentais e simulados. Com a caracterização microestrutural, avaliou-se a dependência da temperatura de forjamento, correlacionando o tamanho de grão com as propriedades mecânicas após o resfriamento contínuo.