CONFORMAO MECNICACONFORMAO MECNICA

Aula 1Aula 1

DIETER, G.E. DIETER, G.E. Metalurgia Mecnica.Metalurgia Mecnica. Rio de Janeiro: Guanabara Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1981.Dois, 1981.

HELMAN, H. e CETLIN, P. RHELMAN, H. e CETLIN, P. R., Fundamentos da Conforma., Fundamentos da Conformao o Mecnica dos MetaisMecnica dos Metais, Ed. , Ed. ArtliberArtliber, 2005., 2005.

RODRIGUES, J. RODRIGUES, J. Tecnologia MecnicaTecnologia Mecnica. Volumes 1 e 2, Ed. Escolar, . Volumes 1 e 2, Ed. Escolar, 2005. 2005.

BRESCIANI FILHO, E. BRESCIANI FILHO, E. ConformaConformao Plo Plstica dos Metaisstica dos Metais. . Volumes 1 e 2. Campinas: UNICAMPVolumes 1 e 2. Campinas: UNICAMP..

ROWE,G.W. ROWE,G.W. ElementsElements of of MetalworkingMetalworking TheoryTheory. Edward Arnold . Edward Arnold PublishersPublishers, 1979, 1979

HONEYCOMBE, R.W.K. HONEYCOMBE, R.W.K. TheThe PlasticPlastic DeformationDeformation of of MetalsMetals. . Edward Arnold Edward Arnold PublishersPublishers, 1968., 1968.

Bibliografia Bsica Bibliografia Bsica

Bibliografia ComplementarBibliografia Complementar

CALLISTER, W. D. CALLISTER, W. D. Cincia e Engenharia dos Materiais: Uma Cincia e Engenharia dos Materiais: Uma Introduo.Introduo. Rio de Janeiro: LTC, 1999.Rio de Janeiro: LTC, 1999.

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Horiochi, L.N. Materiais Metlicos. Curso SENAI CIMATEL aula 3, 2010.

Internet: Internet: http://xa.yimg.com/kq/groups/24030724/1730564209/name/Aula+03_

MM_Deforma%C3%A7%C3%A3os.pptwww.cimm.com.brwww.cimm.com.brhttp://me.emu.edu.tr/majid/4.http://me.emu.edu.tr/majid/4.pptppt

Tradicionais Processos de Fabricao Tradicionais Processos de Fabricao

Conformao Primria: fundio, extruso por fuso, metalurgia dConformao Primria: fundio, extruso por fuso, metalurgia do o p.p.

Sem forma inicial e forma final bem definida.Sem forma inicial e forma final bem definida. Usinagem: serra, torno fresa, etc.Usinagem: serra, torno fresa, etc. A forma A forma obtida por remoobtida por remoo de material.o de material. Juno ou unio:Juno ou unio:

Metalrgica: solda, Metalrgica: solda, brasagembrasagemMecnica: rebites, acoplamento, etc.Mecnica: rebites, acoplamento, etc.

Tratamento do metal: Tratamento trmico; Tratamento superficial.Tratamento do metal: Tratamento trmico; Tratamento superficial. sem mudansem mudana de forma, mas mudana de forma, mas mudana nas propriedades e na a nas propriedades e na

aparncia.aparncia. Conformao Mecnica: Laminao, trefilao, forjamento, Conformao Mecnica: Laminao, trefilao, forjamento,

extruso, etc.extruso, etc. O material O material formado por deformaformado por deformao plo plstica.stica.

Vantagens da Conformao mecnica como Vantagens da Conformao mecnica como um processo de fabricaoum processo de fabricao

Pouca ou nenhuma gerao de sucataPouca ou nenhuma gerao de sucata

Obteno da forma final em curto espao de tempoObteno da forma final em curto espao de tempo

Melhores propriedades mecnicas e metalrgicas (resistncia, Melhores propriedades mecnicas e metalrgicas (resistncia, tenacidade, tamanho de gro, etc.)tenacidade, tamanho de gro, etc.)

Tenses na Conformao MecnicaTenses na Conformao Mecnica

Tenses aplicadas para deformar plasticamente o material so Tenses aplicadas para deformar plasticamente o material so geralmente compressivas.geralmente compressivas.

Laminao, Forjamento, Trefilao, Extruso.Laminao, Forjamento, Trefilao, Extruso.

Alm disso, em alguns processos de conformao, outros tipos de Alm disso, em alguns processos de conformao, outros tipos de solicitaes podem estar predominando:solicitaes podem estar predominando:

Estiramento (traEstiramento (trao)o) Dobramento (traDobramento (trao e compresso) o e compresso) Corte (cisalhamento)Corte (cisalhamento)

Operaes Tpicas de Conformao

DefiniesDefinies

Processos de deformao plstica:Processos de deformao plstica: operaes que induzem mudana operaes que induzem mudana de forma numa pea por meio de foras aplicadas em vrias ferramde forma numa pea por meio de foras aplicadas em vrias ferramentas e entas e matrizes. matrizes.

Processos de deformao localizadaProcessos de deformao localizadaEsses processos envolvem larga quantia de deformao plstica. AEsses processos envolvem larga quantia de deformao plstica. A razo razo seo transversal rea/volume pequena Para a maioria das operaseo transversal rea/volume pequena Para a maioria das operaes, a es, a condies a quente ou a morno so preferidas apesar de que algumcondies a quente ou a morno so preferidas apesar de que algumas as operaes serem executadas temperatura ambiente.operaes serem executadas temperatura ambiente.Ex. Laminao, extruso, trefilao, forjamentoEx. Laminao, extruso, trefilao, forjamentoProcessos de conformao de chapasProcessos de conformao de chapasEm operaes de conformao de chapas o material est sujeiEm operaes de conformao de chapas o material est sujeito somente a to somente a mudana de forma, ou seja, o processo envolve deformao generalmudana de forma, ou seja, o processo envolve deformao generalizada. izada. A razo seo transversal rea/volume muito alta. So operaeA razo seo transversal rea/volume muito alta. So operaes s realizadas frio. realizadas frio. Ex. Estampagem.Ex. Estampagem.

ProcessoProcesso com com deformaodeformao localizadalocalizadaLaminaoLaminao:: Processo de compresso indireta na qual a espessura de uma Processo de compresso indireta na qual a espessura de uma

chapa reduzida pela ao de espremer a pea entre rolos cilndchapa reduzida pela ao de espremer a pea entre rolos cilndricos ricos rotativos.rotativos.

ForjamentoForjamento:: conformao por esforos compressivos tendendo a fazer o conformao por esforos compressivos tendendo a fazer o material assumir o contorno da ferramenta conformadora, chamada material assumir o contorno da ferramenta conformadora, chamada matriz ou matriz ou estampo. estampo.

ExtrusoExtruso:: conformao por compresso indireta em o material trabalhado conformao por compresso indireta em o material trabalhado forado atravs de um matriz contendo a sua forma de seo finalforado atravs de um matriz contendo a sua forma de seo final. .

TrefilaoTrefilao:: conformao por compresso indireta em que o dimetro do fio ouconformao por compresso indireta em que o dimetro do fio ouda barra reduzido puxandoda barra reduzido puxando--se a pea atravs de uma ferramenta (Fieira ou se a pea atravs de uma ferramenta (Fieira ou trefilatrefila).).

PropriedadesPropriedades do Material do Material nana ConformaoConformao

PropriedadesPropriedades desejveisdesejveis do material: do material: BaixaBaixa tensotenso de de escoamentoescoamento e e altaalta ductilidadeductilidade..

EssasEssas propriedadespropriedades soso afetadasafetadas pelapela temperaturatemperatura: : DuctilidadeDuctilidade aumentaaumenta e a e a tensotenso de de escoamentoescoamentodiminuidiminui com o com o aumentoaumento dada temperaturatemperatura..

OutrosOutros fatoresfatores a a considerarconsiderar: : TaxaTaxa de de deformaodeformao e e atritoatrito..

Aps o limite elstico a deformao tornaAps o limite elstico a deformao torna--se permanente ou seja se permanente ou seja passapassa--se para a fase plstica;se para a fase plstica;

Significado prtico da deformao plstica: Significado prtico da deformao plstica: 1) Conformao mecnica (fabricao);1) Conformao mecnica (fabricao);2) Comportamento em servio.2) Comportamento em servio.

Processo de deformao plstica:Processo de deformao plstica:1) Deformao por escorregamento;1) Deformao por escorregamento;2) Deformao via movimento de discordncias;2) Deformao via movimento de discordncias;3) Deformao por maclao.3) Deformao por maclao.

Deformao PlsticaDeformao Plstica

Os materiais podem ser solicitados por tenses de compresso, Os materiais podem ser solicitados por tenses de compresso, trao ou de cisalhamento.trao ou de cisalhamento.

Como a maioria dos Como a maioria dos metais so menos resistentes ao cisalhamentometais so menos resistentes ao cisalhamentoque trao e compresso e como estes ltimos podem ser que trao e compresso e como estes ltimos podem ser decompostos em componentes de cisalhamento, podedecompostos em componentes de cisalhamento, pode--se dizer que se dizer que os metais se os metais se deformam pelo cisalhamentodeformam pelo cisalhamento plstico ou pelo plstico ou pelo escorregamento de um plano cristalinoescorregamento de um plano cristalino em relao ao outro.em relao ao outro.

O escorregamento de planos atmicos envolve o movimento de O escorregamento de planos atmicos envolve o movimento de discordncias.discordncias.

Deformao plsticaDeformao plstica

Em uma escala microscpica a deformao plstica o Em uma escala microscpica a deformao plstica o resultado do movimento dos tomos devido tenso aplicada. resultado do movimento dos tomos devido tenso aplicada. Durante este processo ligaes so quebradas e outras Durante este processo ligaes so quebradas e outras refeitas;refeitas;

Nos slidos cristalinos a deformao plstica geralmente Nos slidos cristalinos a deformao plstica geralmente envolve o escorregamento de planos atmicos, o movimento envolve o escorregamento de planos atmicos, o movimento de discordncias e a formao de de discordncias e a formao de maclasmaclas;;

Ento, a formao e movimento das discordncias tm papel Ento, a formao e movimento das discordncias tm papel fundamental para o aumento da resistncia mecnica em fundamental para o aumento da resistncia mecnica em muitos materiais. A resistncia mecnica pode ser aumentada muitos materiais. A resistncia mecnica pode ser aumentada restringindorestringindo--se o movimento das discordncias.se o movimento das discordncias.

Deformao plstica e discordnciasDeformao plstica e discordncias

Deformao por escorregamento:Deformao por escorregamento: Os metais cbicos e suas ligas desordenadas deformamOs metais cbicos e suas ligas desordenadas deformam--se se

predominantemente por cisalhamento plstico, ou deslizamento, onpredominantemente por cisalhamento plstico, ou deslizamento, onde de um plano de tomos desliza sobre o plano adjacente seguinte por um plano de tomos desliza sobre o plano adjacente seguinte por cisalhamento.cisalhamento.

A tenso de cisalhamento necessria para produzir deslizamento eA tenso de cisalhamento necessria para produzir deslizamento em m um determinado plano cristalino denominada tenso critica de um determinado plano cristalino denominada tenso critica de cisalhamentocisalhamento..

Deformao PlsticaDeformao Plstica

A habilidade de um material se deformar plasticamente est relacionado com a habilidade das discordncias se

movimentarem

Metais deformados plasticamenteMetais deformados plasticamente

Trabalho a Quente e a Frio

Classificao das faixas de Temperatura de operao em Conformao mecnica

TA a temperatura ambiente

Tm a temperatura de fuso do metal.

Ocorre abaixo da temperatura de recristalizao (prximo da tempOcorre abaixo da temperatura de recristalizao (prximo da temperatura eratura ambiente);ambiente);

Ocorre o fenmeno do Ocorre o fenmeno do ENCRUAMENTOENCRUAMENTO, (, (strainstrain hardeninghardening))

Os gros alongamOs gros alongam--se na direo do esforo mecnico aplicado (menos se na direo do esforo mecnico aplicado (menos intensamente na laminao a frio e mais intensamente quando seveintensamente na laminao a frio e mais intensamente quando severamente ramente estirado estirado trefilao).trefilao).

Trabalho a FrioTrabalho a Frio

Representao esquemtica do efeito do encruamento na Representao esquemtica do efeito do encruamento na estrutura metlicaestrutura metlica

EncruamentoEncruamento

Gros alongados

Efeitos do encruamento nas Efeitos do encruamento nas

caractersticas mecnicas de metaiscaractersticas mecnicas de metais

3803809%9%129,0129,0LaminadoLaminadoa a a a friofrio

Ao Ao inoxidvelinoxidvel

16516560%60%77,077,0normalnormalAo Ao inoxidvelinoxidvel

2652652%2%91,091,0Trabalhado Trabalhado a frioa frio

Ao doce Ao doce (1010)(1010)

12012038%38%33,633,6normalnormalAo doce Ao doce (1010)(1010)

BrinellBrinell%%Kgf/mmKgf/mm

DurezaDurezaAlongamentoAlongamentoResistResist. a . a traotrao

EstadoEstadoLigaLiga

Antes da deformaoAntes da deformao Depois da deformaoDepois da deformao

Encruamento e microestrutura

ExpressaExpressa--se o grau de deformao plstica com um percentual de se o grau de deformao plstica com um percentual de trabalho a frio;trabalho a frio;

O percentual de trabalho a frio (%TF) definido comoO percentual de trabalho a frio (%TF) definido como::

Em que, Em que, AAoo: rea original da seo reta;: rea original da seo reta;AAFF: rea final, aps deformao;: rea final, aps deformao;

Ao Af

Trabalho a FrioTrabalho a Frio

Ao Af

Seco retangular Seco circular

100%0

0 xA

AATF F

=

Vantagens:Vantagens: Melhor controle dimensional;Melhor controle dimensional; Melhor acabamento superficial;Melhor acabamento superficial; Aumento da resistncia mecnica e dureza do material;Aumento da resistncia mecnica e dureza do material;

Desvantagens:Desvantagens: Maior energia para deformar;Maior energia para deformar; Menor deformao;Menor deformao; O material aps a conformao apresenta elevado estado de tenseO material aps a conformao apresenta elevado estado de tenses s

(

CostumaCostuma--se distinguir o trabalho mecnico a frio do trabalho se distinguir o trabalho mecnico a frio do trabalho mecnico a quente por uma temperatura indicada como temperaturmecnico a quente por uma temperatura indicada como temperatura a de recristalizao.de recristalizao.

Temperatura de recristalizaoTemperatura de recristalizao A menor temperatura na qual uma A menor temperatura na qual uma estrutura deformada de um metal trabalhado a frio restaurada oestrutura deformada de um metal trabalhado a frio restaurada ou u substituda por uma estrutura nova, livre de tenses, aps a substituda por uma estrutura nova, livre de tenses, aps a permanncia nessa temperatura por um tempo determinado.permanncia nessa temperatura por um tempo determinado.

As propriedades e a estrutura do metal alteradas pelo As propriedades e a estrutura do metal alteradas pelo trabalho a frio podem ser recuperadas ou devolvidas ao trabalho a frio podem ser recuperadas ou devolvidas ao estado anterior ao encruamento mediante um estado anterior ao encruamento mediante um tratamento trmico de recristalizao ou recozimento.tratamento trmico de recristalizao ou recozimento.

Com isso a elevada energia interna do encruamento Com isso a elevada energia interna do encruamento tende a desaparecer e o metal tende a voltar a condio tende a desaparecer e o metal tende a voltar a condio de energia livre, resultando num amolecimento (queda de energia livre, resultando num amolecimento (queda de dureza) e iseno paulatina das tenses internas.de dureza) e iseno paulatina das tenses internas.

Encruamento x RecozimentoEncruamento x Recozimento

Trs etapas:Trs etapas:

1.1. RecuperaoRecuperao

2.2. RecristalizaoRecristalizao

3.3. Aumento do tamanho de groAumento do tamanho de gro

Processo de RecozimentoProcesso de Recozimento

Etapas de RecozimentoEtapas de Recozimento

Influncia da temperatura de recozimento nas Influncia da temperatura de recozimento nas propriedades mecnicas e estrutura uma liga propriedades mecnicas e estrutura uma liga CuCu--ZnZn

H um alvio das tenses internas armazenadas durante H um alvio das tenses internas armazenadas durante a deformao devido ao movimento das discordncias a deformao devido ao movimento das discordncias resultante da difuso atmica;resultante da difuso atmica;

Nesta etapa h uma reduo do nmero de Nesta etapa h uma reduo do nmero de discordncias e um rearranjo das mesmas;discordncias e um rearranjo das mesmas;

Propriedades fsicas como condutividade trmica e Propriedades fsicas como condutividade trmica e eltrica voltam ao seu estado original (correspondente eltrica voltam ao seu estado original (correspondente ao material noao material no--deformado).deformado).

RecuperaoRecuperao

RecristalizaoRecristalizao

Depois da recuperao, os gro ainda esto Depois da recuperao, os gro ainda esto tensionados;tensionados;

O nmero de discordncias reduz mais ainda;O nmero de discordncias reduz mais ainda;

As propriedades mecnicas voltam ao seu estado As propriedades mecnicas voltam ao seu estado original.original.

Modificao das propriedades mecnicas e do tamanho Modificao das propriedades mecnicas e do tamanho de gro pela recuperao, recristalizao e crescimento de gro pela recuperao, recristalizao e crescimento

de grode gro

Propriedades x Temperatura de recozimentoPropriedades x Temperatura de recozimento

Aumento da resistncia pela diminuio do Aumento da resistncia pela diminuio do tamanho de grotamanho de gro

O contorno de gro funciona como um barreira para a O contorno de gro funciona como um barreira para a continuao do movimento das discordncias devido as continuao do movimento das discordncias devido as diferentes orientaes presentes e tambm devido s diferentes orientaes presentes e tambm devido s inmeras descontinuidades presentes no contorno de inmeras descontinuidades presentes no contorno de gro.gro.

A temperatura continuando a aumentar, os gros A temperatura continuando a aumentar, os gros cristalinos, agora inteiramente livres de tenses, tendem cristalinos, agora inteiramente livres de tenses, tendem a crescer. Este crescimento de gro tambm a crescer. Este crescimento de gro tambm favorecido pela permanncia a temperaturas acima da favorecido pela permanncia a temperaturas acima da de recristalizao. Com isso os gros menores so de recristalizao. Com isso os gros menores so engolidos pelos maiores.engolidos pelos maiores.

Desse modo, a nica maneira de diminuir ou refinar o Desse modo, a nica maneira de diminuir ou refinar o tamanho de gro consiste em deformar plasticamente os tamanho de gro consiste em deformar plasticamente os gros existentes e iniciar a formao de novos gros.gros existentes e iniciar a formao de novos gros.

Crescimento de GroCrescimento de Gro

Formao de novos grosFormao de novos gros

Crescimento de GroCrescimento de Gro

A granulao grosseira torna o material quebradio, A granulao grosseira torna o material quebradio, porque a coeso entre os gros afetada pela porque a coeso entre os gros afetada pela concentrao de impurezas nos seus contornos e com o concentrao de impurezas nos seus contornos e com o aumento da granulao dessa concentrao;aumento da granulao dessa concentrao;

As fissuras tambm se propagam mais facilmente no As fissuras tambm se propagam mais facilmente no interior dos gros grados.interior dos gros grados.

Por isso, entre os aos de igual composio, os gros Por isso, entre os aos de igual composio, os gros mais finos possuem melhores propriedades mecnicas.mais finos possuem melhores propriedades mecnicas.

Crescimento de groCrescimento de gro

Os fenmenos de aumento de dureza causado pela Os fenmenos de aumento de dureza causado pela deformao e o amolecimento, devido ao recozimento, deformao e o amolecimento, devido ao recozimento, ocorrem simultaneamente ocorrem simultaneamente temperatura acima da temperatura acima da recristalizarecristalizao.o.

Trabalho a QuenteTrabalho a Quente

CaractersticasCaractersticas::

a primeira etapa do processo metalrgico de conformao mecni a primeira etapa do processo metalrgico de conformao mecnica;ca; A energia para deformar menor;A energia para deformar menor; O metal adquiri maior capacidade de deformarO metal adquiri maior capacidade de deformar--se sem fissurao;se sem fissurao; Algumas heterogeneidades das peas (ou lingotes) como porosidadeAlgumas heterogeneidades das peas (ou lingotes) como porosidades, s,

bolhas, etc., so praticamente eliminadas pelo trabalho a quentebolhas, etc., so praticamente eliminadas pelo trabalho a quente;; A estrutura granular, grosseira de peas fundidas, rompida e A estrutura granular, grosseira de peas fundidas, rompida e

transformada em gros menores;transformada em gros menores; Alguns metais dificilmente so deformados a frio sem fissurar; Alguns metais dificilmente so deformados a frio sem fissurar;

exemplos: tungstnio, molibdnio e outros;exemplos: tungstnio, molibdnio e outros; Ocorre o recozimento: crescimento gros.Ocorre o recozimento: crescimento gros.

Trabalho a QuenteTrabalho a Quente

Vantagens:Vantagens: Permite emprego de menor esforo mecnico para a mesma Permite emprego de menor esforo mecnico para a mesma

deformao (mquinas de menor capacidade comparado com o trabalhdeformao (mquinas de menor capacidade comparado com o trabalho o a frio);a frio);

Promove o refinamento da estrutura do material, melhorando a Promove o refinamento da estrutura do material, melhorando a tenacidade;tenacidade;

Elimina porosidades;Elimina porosidades; Deforma profundamente devido a recristalizao.Deforma profundamente devido a recristalizao.

Desvantagens:Desvantagens: Exige ferramental resistente ao calor (>custo);Exige ferramental resistente ao calor (>custo); O material sofre maior oxidao, formando casca de xidos;O material sofre maior oxidao, formando casca de xidos; No permite a obteno de dimenses dentro de tolerncias estreiNo permite a obteno de dimenses dentro de tolerncias estreitas.tas.

Trabalho a QuenteTrabalho a Quente

Trabalho a quente grandes deformaes; recozimento; baixa qualidade dimensional e superficial; normalmente empregado para desbaste; peas grandes e de formas complexas; contrao trmica, crescimento de gros, oxidao.

Trabalho a frio pequenas deformaes (relativamente); encruamento; elevada qualidade dimensional e superficial; normalmente empregado para acabamento recuperao elstica; equipamentos e ferramentas mais rgidos

Trabalho a Frio e a QuenteTrabalho a Frio e a Quente

Comparativo:

PorquePorque EscolherEscolher TrabalhoTrabalho a a QuenteQuente??

Devido a grande capacidade possvel de deformao Devido a grande capacidade possvel de deformao plstica quando comparada com o trabalho a frio ou a plstica quando comparada com o trabalho a frio ou a morno. morno.

Porqu?Porqu?

Coeficiente de resistncia (K) bem menor que na Coeficiente de resistncia (K) bem menor que na temperatura ambiente.temperatura ambiente.

Coeficiente de encruamento (n) do material zero Coeficiente de encruamento (n) do material zero (teoricamente). (teoricamente).

Ductilidade aumenta significativamente.Ductilidade aumenta significativamente.