Análise do processo de extrusão direta de tubos de aço SAE 1010

Abstract

Este estudo propõe uma análise dos efeitos da Deformação Relativa (ε) no diâmetro externo dos tubos de aço SAE 1010 durante o processo de Extrusão Direta sem Mandril interno. Para tal, são empregados cálculos analíticos, Simulações Computacionais e experimentos práticos. Destaca-se que as propriedades mecânicas do produto final variam significativamente de acordo com o grau de extrusão empregado. Utilizando corpos de prova em formato de tubos com Diâmetro externo (D0) de 21,80mm, Diâmetro interno (d0) de 17,10mm e Comprimento (l0) de 200mm, o estudo investiga a influência da Deformação Relativa no diâmetro externo dos tubos (εD1) e seu impacto nas propriedades mecânicas do produto final até o momento crítico de flambagem. Os ensaios foram executados com a variação dos diâmetros no Canal de calibração da Matriz (diâmetro externo extrudado), tendo como ponto de partida uma Deformação Relativa do diâmetro externo (εD1) de 15%, progredindo em incrementos de 5% de Deformação Relativa do diâmetro externo (εD1) em cada etapa dos ensaios, sendo monitorado até alcançar o ponto de flambagem do tubo. Para suportar as tensões durante o processo, foram utilizadas Matrizes de aço AISI M2. Para minimizar a força de atrito, os tubos foram lubrificados com Fosfato de Zinco e sabão lubrificantes normalmente utilizados para conformação a frio. Resultados analíticos, simulações computacionais e testes práticos foram complementados por ensaios mecânicos, sendo realizado uma análise comparativa com a literatura. A abordagem permitiu determinar um valor máximo de extrusão, proporcionando uma compreensão aprofundada das características e limitações do processo. Os resultados destacam a segurança na extrusão de tubos de aço SAE 1010 com Deformação Relativa no diâmetro externo (εD1) de 22,5%, resultando em um aumento de aproximadamente 13% na dureza e notável aumento na resistência da solda para tubos com costura.

The present study proposes a thorough analysis of the effects of Relative Deformation (ε) on the external diameter of SAE 1010 steel tubes during the Direct Extrusion process without an internal mandrel. Analytical calculations, computer simulations, and practical experiments were conducted in order to reach precise conclusions. We highlight that the mechanical properties of the final product vary significantly depending on the degree of extrusion applied. Using test specimens of tubes with an External Diameter (D0) of 21.80mm, Internal Diameter (d0) of 17.10mm, and Length (l0) of 200mm, this research investigates the influence of Relative Deformation on the external diameter of the tubes (εD1) and its impact on the mechanical properties of the final product until the critical buckling moment. The tests were carried out with variations in diameters in the Die Calibration Channel (extruded external diameter). We started with a Relative Deformation of the external diameter (εD1) of 15%, progressed incrementing 5% Relative Deformation of the external diameter (εD1) at each stage of the tests, while carefully monitoring until reaching the tube's buckling point. The study used AISI M2 steel dies in order to resist the stresses during the process. Additionally, to minimize frictional forces, the tubes were lubricated with Zinc Phosphate and other lubricating soaps commonly used in cold forming. Analytical results, computer simulations, and practical tests were complemented by mechanical tests. Finally, we conducted a comparative analysis based on specialized literature. Such approach allowed the determination of a maximum viable extrusion range, providing an in-depth understanding of the characteristics and limitations of the process. The results highlight the safety in extruding SAE 1010 steel tubes with Relative Deformation in the external diameter (εD₁) of 22.5%, resulting in an approximate 10% increase in hardness and a noticeable improvement in weld strength for seamed tubes. These findings are valuable contributions to process optimization, advancing the efficient production of tubes with enhanced mechanical properties.