Trefilação a frio de um aço SAE 1020: efeitos da variação das condições de lubrificação na força, atrito e propriedades do material

Abstract

O processo de conformação mecânica por trefilação apresenta estudos consolidados focados no conhecimento da operação e na melhoria dos resultados. As principais pesquisas atuais relacionadas a este processo abordam o aumento da velocidade de trefilação, o que requer maior atenção às condições de lubrificação e atrito. Entretanto, mensurar estas condições ainda é uma tarefa difícil. Sendo assim, este trabalho consiste na realização de trefilações utilizando duas condições diferentes de lubrificação e a verificação do atrito causado por cada uma. Para isto, corpos de prova de aço SAE 1020 foram trefilados com redução de 12,7% em uma máquina universal de ensaios sem utilização de qualquer lubrificação e com a adição de óleo lubrificante. A força necessária para a trefilação foi observada no equipamento e utilizada nos cálculos dos modelos teóricos de Siebel e Sachs para obtenção do coeficiente de atrito. Foram feitas caracterizações no material, como medições de rugosidade superficial, perfis de microdureza e metalografias para analisar as modificações causadas pela trefilação. Também foram realizadas medições de tensões residuais superficiais após as trefilações, a fim de verificar a influência do atrito neste parâmetro. Observou-se a elevada precisão dimensional promovida pelo processo e a melhoria do acabamento superficial do material, com reduções superiores a 70% do parâmetro Ra Não houve alterações significativas na microdureza e na microestrutura do produto final. Para as trefilações sem utilização de lubrificação foi obtida uma média de 19,95 kN para a força e coeficientes de atrito de 0,34 e 0,40, conforme os modelos teóricos de Siebel e Sachs, respectivamente. Da mesma forma, os experimentos com utilização de óleo lubrificante apresentaram uma força média de 17,01 kN e coeficientes de atrito de 0,24 e 0,27. As medições de tensões residuais superficiais após as trefilações resultaram em valores trativos médios de 265 MPa para o experimento lubrificado e 277 MPa para o experimento sem lubrificação. O trabalho consolidou a possibilidade de realizar experimentos de trefilação em uma máquina universal de ensaios e demonstrou que estimativas dos coeficientes de atrito podem ser obtidas através de modelos teóricos, colaborando para um melhor entendimento das condições de atrito do processo.

The drawing process presents consolidated studies focused on the knowledge of the operation and the improvement of the results. The main current researches of this process approach the increase of drawing speed, which requires greater attention to the conditions of lubrication and friction. However, measuring these conditions is still a hard job. Therefore, this work consists in the realization of drawing using two different lubrication conditions and the verification of the friction caused by each one. For this, SAE 1020 steel test specimens were drawn with a 12,7% reduction in a universal testing machine without the use of any lubrication and with the addition of lubricating oil. The force required for drawing was observed in the equipment and used in the calculation of Siebel and Sachs theoretical models to obtain the coefficient of friction. Characterizations were made in the material, such as surface roughness measurements, microhardness profiles and metallography to analyze the modifications caused by drawing. Surface residual stresses measurements were also performed after drawing, in order to verify the influence of the friction in this parameter. It was observed the high dimensional accuracy of the process and the improvement of the surface finish of the material, with reductions of more than 70% of the Ra parameter. There were no significant changes in the microhardness and microstructure in the final product For drawing experiments without using lubrication an average of 19,95 kN was obtained for the force and friction coefficients of 0,34 and 0,40, according to the Siebel and Sachs theoretical models, respectively. Likewise, experiments using lubricating oil had an average force of 17,02 kN and friction coefficients of 0,24 and 0,27. Measurements of surface residual stresses after drawing resulted in average traction values to 265 MPa for the lubricated experiment and 277 MPa for the non-lubricated experiment. The work consolidated the possibility of conducting drawing experiments in a universal testing machine and demonstrated that estimates of the friction coefficients can be obtained by theoretical models, collaborating for a better understanding of the friction conditions of the process.