CONFORMAÇÃO MECÂNICACONFORMAÇÃO MECÂNICA

Aula 1Aula 1

�� DIETER, G.E. DIETER, G.E. Metalurgia Mecânica.Metalurgia Mecânica. 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 Conformaçção ão Mecânica dos MetaisMecânica dos Metais, Ed. , Ed. ArtliberArtliber, 2005., 2005.

�� RODRIGUES, J. RODRIGUES, J. Tecnologia MecânicaTecnologia Mecânica. Volumes 1 e 2, Ed. Escolar, . Volumes 1 e 2, Ed. Escolar, 2005. 2005.

�� BRESCIANI FILHO, E. BRESCIANI FILHO, E. ConformaConformaçção Plão Pláástica 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 Básica Bibliografia Básica

Bibliografia ComplementarBibliografia Complementar

�� CALLISTER, W. D. CALLISTER, W. D. Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Introdução.Introdução. Rio de Janeiro: LTC, 1999.Rio de Janeiro: LTC, 1999.

� M P Groover. Fundamentals of Modern Manufacturing 4/e John Wiley & Sons, Inc., 2010.

� Horiochi, L.N. Materiais Metálicos. 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 Fabricação Tradicionais Processos de Fabricação

�� Conformação Primária: fundição, extrusão por fusão, metalurgia dConformação Primária: fundição, extrusão por fusão, metalurgia do o pó.pó.

⇒⇒ 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 éé obtida por remoobtida por remoçção de material.ão de material.�� Junção ou união:Junção ou união:

Metalúrgica: solda, Metalúrgica: solda, brasagembrasagemMecânica: rebites, acoplamento, etc.Mecânica: rebites, acoplamento, etc.

�� Tratamento do metal: Tratamento térmico; Tratamento superficial.Tratamento do metal: Tratamento térmico; Tratamento superficial.⇒⇒ sem mudansem mudançça de forma, mas mudana de forma, mas mudançça nas propriedades e na a nas propriedades e na

aparência.aparência.�� Conformação Mecânica: Laminação, trefilação, forjamento, Conformação Mecânica: Laminação, trefilação, forjamento,

extrusão, etc.extrusão, etc.⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ O material O material éé formado por deformaformado por deformaçção plão pláástica.stica.

Vantagens da Conformação mecânica como Vantagens da Conformação mecânica como um processo de fabricaçãoum processo de fabricação

�� Pouca ou nenhuma geração de sucataPouca ou nenhuma geração de sucata

�� Obtenção da forma final em curto espaço de tempoObtenção da forma final em curto espaço de tempo

�� Melhores propriedades mecânicas e metalúrgicas (resistência, Melhores propriedades mecânicas e metalúrgicas (resistência, tenacidade, tamanho de grão, etc.)tenacidade, tamanho de grão, etc.)

Tensões na Conformação MecânicaTensões na Conformação Mecânica

�� Tensões aplicadas para deformar plasticamente o material são Tensões aplicadas para deformar plasticamente o material são geralmente compressivas.geralmente compressivas.

⇒⇒ Laminação, Forjamento, Trefilação, Extrusão.Laminação, Forjamento, Trefilação, Extrusão.

�� Além disso, em alguns processos de conformação, outros tipos de Além disso, em alguns processos de conformação, outros tipos de solicitações podem estar predominando:solicitações podem estar predominando:

⇒⇒ Estiramento (traEstiramento (traçção)ão)⇒⇒ Dobramento (traDobramento (traçção e compressão) ão e compressão) ⇒⇒ Corte (cisalhamento)Corte (cisalhamento)

Operações Típicas de Conformação

DefiniçõesDefinições

Processos de deformação plástica:Processos de deformação plástica: operações que induzem mudança operações que induzem mudança de forma numa peça por meio de forças aplicadas em várias ferramde forma numa peça por meio de forças aplicadas em várias ferramentas e entas e matrizes. matrizes.

Processos de deformação localizadaProcessos de deformação localizadaEsses processos envolvem larga quantia de deformação plástica. AEsses processos envolvem larga quantia de deformação plástica. A razão razão seção transversal área/volume é pequena Para a maioria das operaseção transversal área/volume é pequena Para a maioria das operações, a ções, a condições a quente ou a morno são preferidas apesar de que algumcondições a quente ou a morno são preferidas apesar de que algumas as operações serem executadas à temperatura ambiente.operações serem executadas à temperatura ambiente.Ex. Laminação, extrusão, trefilação, forjamentoEx. Laminação, extrusão, trefilação, forjamentoProcessos de conformação de chapasProcessos de conformação de chapasEm operações de conformação de chapas o material está sujeiEm operações de conformação de chapas o material está sujeito somente a to somente a mudança de forma, ou seja, o processo envolve deformação generalmudança de forma, ou seja, o processo envolve deformação generalizada. izada. A razão seção transversal área/volume é muito alta. São operaçõeA razão seção transversal área/volume é muito alta. São operações s realizadas à frio. realizadas à frio. Ex. Estampagem.Ex. Estampagem.

ProcessoProcesso com com deformaçãodeformação localizadalocalizadaLaminaçãoLaminação:: Processo de compressão indireta na qual a espessura de uma Processo de compressão indireta na qual a espessura de uma

chapa é reduzida pela ação de espremer a peça entre rolos cilíndchapa é reduzida pela ação de espremer a peça entre rolos cilíndricos ricos rotativos.rotativos.

ForjamentoForjamento:: conformação por esforços compressivos tendendo a fazer o conformação por esforços 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.

ExtrusãoExtrusão:: conformação por compressão indireta em o material trabalhado é conformação por compressão indireta em o material trabalhado é forçado através de um matriz contendo a sua forma de seção finalforçado através de um matriz contendo a sua forma de seção final. .

TrefilaçãoTrefilação:: conformação por compressão indireta em que o diâmetro do fio ouconformação por compressão indireta em que o diâmetro do fio ouda barra é reduzido puxandoda barra é reduzido puxando--se a peça através de uma ferramenta (Fieira ou se a peça através de uma ferramenta (Fieira ou trefilatrefila).).

PropriedadesPropriedades do Material do Material nana ConformaçãoConformação

�� PropriedadesPropriedades desejáveisdesejáveis do material: do material: �� BaixaBaixa tensãotensão de de escoamentoescoamento e e altaalta ductilidadeductilidade..

�� EssasEssas propriedadespropriedades sãosão afetadasafetadas pelapela temperaturatemperatura: : �� DuctilidadeDuctilidade aumentaaumenta e a e a tensãotensão de de escoamentoescoamentodiminuidiminui com o com o aumentoaumento dada temperaturatemperatura..

�� OutrosOutros fatoresfatores a a considerarconsiderar: : �� TaxaTaxa de de deformaçãodeformação e e atritoatrito..

�� Após o limite elástico a deformação tornaApós o limite elástico a deformação torna--se permanente ou seja se permanente ou seja passapassa--se para a fase plástica;se para a fase plástica;

�� Significado prático da deformação plástica: Significado prático da deformação plástica: 1) Conformação mecânica (fabricação);1) Conformação mecânica (fabricação);2) Comportamento em serviço.2) Comportamento em serviço.

�� Processo de deformação plástica:Processo de deformação plástica:1) Deformação por escorregamento;1) Deformação por escorregamento;2) Deformação via movimento de discordâncias;2) Deformação via movimento de discordâncias;3) Deformação por maclação.3) Deformação por maclação.

Deformação PlásticaDeformação Plástica

�� Os materiais podem ser solicitados por tensões de compressão, Os materiais podem ser solicitados por tensões de compressão, tração ou de cisalhamento.tração ou de cisalhamento.

�� Como a maioria dos Como a maioria dos metais são menos resistentes ao cisalhamentometais são menos resistentes ao cisalhamentoque à tração e compressão e como estes últimos podem ser que à tração e compressão e como estes últimos 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 plástico ou pelo plástico ou pelo escorregamento de um plano cristalinoescorregamento de um plano cristalino em relação ao outro.em relação ao outro.

�� O escorregamento de planos atômicos envolve o movimento de O escorregamento de planos atômicos envolve o movimento de discordâncias.discordâncias.

Deformação plásticaDeformação plástica

�� Em uma escala microscópica a deformação plástica é o Em uma escala microscópica a deformação plástica é o resultado do movimento dos átomos devido à tensão aplicada. resultado do movimento dos átomos devido à tensão aplicada. Durante este processo ligações são quebradas e outras Durante este processo ligações são quebradas e outras refeitas;refeitas;

�� Nos sólidos cristalinos a deformação plástica geralmente Nos sólidos cristalinos a deformação plástica geralmente envolve o escorregamento de planos atômicos, o movimento envolve o escorregamento de planos atômicos, o movimento de discordâncias e a formação de de discordâncias e a formação de maclasmaclas;;

�� Então, a formação e movimento das discordâncias têm papel Então, a formação e movimento das discordâncias têm papel fundamental para o aumento da resistência mecânica em fundamental para o aumento da resistência mecânica em muitos materiais. A resistência mecânica pode ser aumentada muitos materiais. A resistência mecânica pode ser aumentada restringindorestringindo--se o movimento das discordâncias.se o movimento das discordâncias.

Deformação plástica e discordânciasDeformação plástica e discordâncias

Deformação por escorregamento:Deformação por escorregamento:�� Os metais cúbicos e suas ligas desordenadas deformamOs metais cúbicos e suas ligas desordenadas deformam--se se

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

�� A tensão de cisalhamento necessária para produzir deslizamento eA tensão de cisalhamento necessária para produzir deslizamento em m um determinado plano cristalino é denominada tensão critica de um determinado plano cristalino é denominada tensão critica de cisalhamentocisalhamento..

Deformação PlásticaDeformação Plástica

A habilidade de um material se deformar plasticamente está relacionado com a habilidade das discordâncias se

movimentarem

Metais deformados plasticamenteMetais deformados plasticamente

Trabalho a Quente e a Frio

Classificação das faixas de Temperatura de operação em Conformação mecânica

TA é a temperatura ambiente

Tm é a temperatura de fusão do metal.

�� Ocorre abaixo da temperatura de recristalização (próximo da tempOcorre abaixo da temperatura de recristalização (próximo da temperatura eratura ambiente);ambiente);

�� Ocorre o fenômeno do Ocorre o fenômeno do ENCRUAMENTOENCRUAMENTO, (“, (“strainstrain hardeninghardening”)”)

�� Os grãos alongamOs grãos alongam--se na direção do esforço mecânico aplicado (menos se na direção do esforço mecânico aplicado (menos intensamente na laminação a frio e mais intensamente quando seveintensamente na laminação a frio e mais intensamente quando severamente ramente estirado estirado –– trefilação).trefilação).

Trabalho a FrioTrabalho a Frio

Representação esquemática do efeito do encruamento na Representação esquemática do efeito do encruamento na estrutura metálicaestrutura metálica

EncruamentoEncruamento

Grãos alongados

Efeitos do encruamento nas Efeitos do encruamento nas

características mecânicas de metaiscaracterísticas mecânicas de metais

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

Aço Aço inoxidávelinoxidável

16516560%60%77,077,0normalnormalAço Aço inoxidávelinoxidável

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

Aço doce Aço doce (1010)(1010)

12012038%38%33,633,6normalnormalAço doce Aço doce (1010)(1010)

BrinellBrinell%%Kgf/mmKgf/mm²²

DurezaDurezaAlongamentoAlongamentoResistResist. a . a traçãotração

EstadoEstadoLigaLiga

�� Antes da deformaçãoAntes da deformação �� Depois da deformaçãoDepois da deformação

Encruamento e microestrutura

�� ExpressaExpressa--se o grau de deformação plástica com um percentual de se o grau de deformação plástica com um percentual de trabalho a frio;trabalho a frio;

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

Em que, Em que, AAoo: área original da seção reta;: área original da seção reta;AAFF: área final, após deformação;: área final, após deformação;

Ao Af

Trabalho a FrioTrabalho a Frio

Ao Af

Secção retangular Secção circular

100%0

0 xA

AATF F

−=

Vantagens:Vantagens:�� Melhor controle dimensional;Melhor controle dimensional;�� Melhor acabamento superficial;Melhor acabamento superficial;�� Aumento da resistência mecânica e dureza do material;Aumento da resistência mecânica e dureza do material;

Desvantagens:Desvantagens:�� Maior energia para deformar;Maior energia para deformar;�� Menor deformação;Menor deformação;�� O material após a conformação apresenta elevado estado de tensõeO material após a conformação apresenta elevado estado de tensões s

(<ductilidade);(<ductilidade);�� Exige ferramental que suportem maiores tensões.Exige ferramental que suportem maiores tensões.

Trabalho a FrioTrabalho a Frio

�� CostumaCostuma--se distinguir o “trabalho mecânico a frio” do “trabalho se distinguir o “trabalho mecânico a frio” do “trabalho mecânico a quente” por uma temperatura indicada como “temperaturmecânico a quente” por uma temperatura indicada como “temperatura a de recristalização”.de recristalização”.

�� Temperatura de recristalizaçãoTemperatura de recristalização –– A menor temperatura na qual uma A menor temperatura na qual uma estrutura deformada de um metal trabalhado a frio é restaurada oestrutura deformada de um metal trabalhado a frio é restaurada ou u substituída por uma estrutura nova, livre de tensões, após a substituída por uma estrutura nova, livre de tensões, após a permanência nessa temperatura por um tempo determinado”.permanência 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 térmico de recristalização ou “recozimento”.tratamento térmico de recristalização 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 condição tende a desaparecer e o metal tende a voltar a condição de energia livre, resultando num amolecimento (queda de energia livre, resultando num amolecimento (queda de dureza) e isenção paulatina das tensões internas.de dureza) e isenção paulatina das tensões internas.

Encruamento x RecozimentoEncruamento x Recozimento

�� Três etapas:Três etapas:

1.1. RecuperaçãoRecuperação

2.2. RecristalizaçãoRecristalização

3.3. Aumento do tamanho de grãoAumento do tamanho de grão

Processo de RecozimentoProcesso de Recozimento

Etapas de RecozimentoEtapas de Recozimento

Influência da temperatura de recozimento nas Influência da temperatura de recozimento nas propriedades mecânicas e estrutura uma liga propriedades mecânicas e estrutura uma liga CuCu--ZnZn

�� Há um alívio das tensões internas armazenadas durante Há um alívio das tensões internas armazenadas durante a deformação devido ao movimento das discordâncias a deformação devido ao movimento das discordâncias resultante da difusão atômica;resultante da difusão atômica;

�� Nesta etapa há uma redução do número de Nesta etapa há uma redução do número de discordâncias e um rearranjo das mesmas;discordâncias e um rearranjo das mesmas;

�� Propriedades físicas como condutividade térmica e Propriedades físicas como condutividade térmica e elétrica voltam ao seu estado original (correspondente elétrica voltam ao seu estado original (correspondente ao material nãoao material não--deformado).deformado).

RecuperaçãoRecuperação

RecristalizaçãoRecristalização

�� Depois da recuperação, os grão ainda estão Depois da recuperação, os grão ainda estão tensionados;tensionados;

�� O número de discordâncias reduz mais ainda;O número de discordâncias reduz mais ainda;

�� As propriedades mecânicas voltam ao seu estado As propriedades mecânicas voltam ao seu estado original.original.

Modificação das propriedades mecânicas e do tamanho Modificação das propriedades mecânicas e do tamanho de grão pela recuperação, recristalização e crescimento de grão pela recuperação, recristalização e crescimento

de grãode grão

Propriedades x Temperatura de recozimentoPropriedades x Temperatura de recozimento

Aumento da resistência pela diminuição do Aumento da resistência pela diminuição do tamanho de grãotamanho de grão

�� O contorno de grão funciona como um barreira para a O contorno de grão funciona como um barreira para a continuação do movimento das discordâncias devido as continuação do movimento das discordâncias devido as diferentes orientações presentes e também devido às diferentes orientações presentes e também devido às inúmeras descontinuidades presentes no contorno de inúmeras descontinuidades presentes no contorno de grão.grão.

�� A temperatura continuando a aumentar, os grãos A temperatura continuando a aumentar, os grãos cristalinos, agora inteiramente livres de tensões, tendem cristalinos, agora inteiramente livres de tensões, tendem a crescer. Este crescimento de grão é também a crescer. Este crescimento de grão é também favorecido pela permanência a temperaturas acima da favorecido pela permanência a temperaturas acima da de recristalização. Com isso os grãos menores são de recristalização. Com isso os grãos menores são engolidos pelos maiores.engolidos pelos maiores.

�� Desse modo, a única maneira de diminuir ou refinar o Desse modo, a única maneira de diminuir ou refinar o tamanho de grão consiste em deformar plasticamente os tamanho de grão consiste em deformar plasticamente os grãos existentes e iniciar a formação de novos grãos.grãos existentes e iniciar a formação de novos grãos.

Crescimento de GrãoCrescimento de Grão

Formação de novos grãosFormação de novos grãos

Crescimento de GrãoCrescimento de Grão

�� A granulação grosseira torna o material quebradiço, A granulação grosseira torna o material quebradiço, porque a coesão entre os grãos é afetada pela porque a coesão entre os grãos é afetada pela concentração de impurezas nos seus contornos e com o concentração de impurezas nos seus contornos e com o aumento da granulação dessa concentração;aumento da granulação dessa concentração;

�� As fissuras também se propagam mais facilmente no As fissuras também se propagam mais facilmente no interior dos grãos graúdos.interior dos grãos graúdos.

�� Por isso, entre os aços de igual composição, os grãos Por isso, entre os aços de igual composição, os grãos mais finos possuem melhores propriedades mecânicas.mais finos possuem melhores propriedades mecânicas.

Crescimento de grãoCrescimento de grão

Os fenômenos de aumento de dureza causado pela Os fenômenos de aumento de dureza causado pela deformação e o amolecimento, devido ao recozimento, deformação e o amolecimento, devido ao recozimento, ocorrem simultaneamente ocorrem simultaneamente �� àà temperatura acima da temperatura acima da recristalizarecristalizaçção.ão.

Trabalho a QuenteTrabalho a Quente

CaracterísticasCaracterísticas::

�� É a primeira etapa do processo metalúrgico de conformação mecâniÉ a primeira etapa do processo metalúrgico de conformação mecânica;ca;�� A energia para deformar é menor;A energia para deformar é menor;�� O metal adquiri maior capacidade de deformarO metal adquiri maior capacidade de deformar--se sem fissuração;se sem fissuração;�� Algumas heterogeneidades das peças (ou lingotes) como porosidadeAlgumas heterogeneidades das peças (ou lingotes) como porosidades, s,

bolhas, etc., são praticamente eliminadas pelo trabalho a quentebolhas, etc., são praticamente eliminadas pelo trabalho a quente;;�� A estrutura granular, grosseira de peças fundidas, é rompida e A estrutura granular, grosseira de peças fundidas, é rompida e

transformada em grãos menores;transformada em grãos menores;�� Alguns metais dificilmente são deformados a frio sem fissurar; Alguns metais dificilmente são deformados a frio sem fissurar;

exemplos: tungstênio, molibdênio e outros;exemplos: tungstênio, molibdênio e outros;�� Ocorre o recozimento: crescimento grãos.Ocorre o recozimento: crescimento grãos.

Trabalho a QuenteTrabalho a Quente

Vantagens:Vantagens:�� Permite emprego de menor esforço mecânico para a mesma Permite emprego de menor esforço mecânico para a mesma

deformação (máquinas de menor capacidade comparado com o trabalhdeformação (máquinas 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 recristalização.Deforma profundamente devido a recristalização.

Desvantagens:Desvantagens:�� Exige ferramental resistente ao calor (>custo);Exige ferramental resistente ao calor (>custo);�� O material sofre maior oxidação, formando casca de óxidos;O material sofre maior oxidação, formando casca de óxidos;�� Não permite a obtenção de dimensões dentro de tolerâncias estreiNão permite a obtenção de dimensões dentro de tolerâncias estreitas.tas.

Trabalho a QuenteTrabalho a Quente

Trabalho a quente• grandes deformações;• recozimento;• baixa qualidade dimensional e superficial;• normalmente empregado para “desbaste”;• peças grandes e de formas complexas; •contração térmica, crescimento de grãos, oxidação.

Trabalho a frio• pequenas deformações (relativamente);• encruamento;• elevada qualidade dimensional e superficial; • normalmente empregado para “acabamento” • recuperação elástica;• equipamentos e ferramentas mais rígidos

Trabalho a Frio e a QuenteTrabalho a Frio e a Quente

Comparativo:

PorquePorque EscolherEscolher TrabalhoTrabalho a a QuenteQuente??

Devido a grande capacidade possível de deformação Devido a grande capacidade possível de deformação plástica quando comparada com o trabalho a frio ou a plástica quando comparada com o trabalho a frio ou a morno. morno.

�� Porquê?Porquê?

�� Coeficiente de resistência (K) é bem menor que na Coeficiente de resistência (K) é bem menor que na temperatura ambiente.temperatura ambiente.

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

�� Ductilidade aumenta significativamente.Ductilidade aumenta significativamente.