TM229 – Introdução aos Materiais
CONFORMABILIDADE
Um dos dados importantes quando se trabalha com processos de
conformação, é o conhecimento de quanto se pode deformar o material sem que
este sofra ruptura. A determinação da carga para a deformação requer que se
conheçam as tensões a que o componente está sujeito, enquanto que para se
determinar
a
ocorrência
ou
não
de
ruptura,
e
consequentemente
a
conformabilidade do material, é necessário conhecer-se as deformações
envolvidas. A conformabilidade de metais é influenciada por vários fatores entre
eles a temperatura.
1. Temperatura
A deformação plástica ocorre em materiais cristalinos pela nucleação e
movimentação de discordâncias. A baixas temperaturas, T<0.3Tf, a densidade de
discordâncias, e consequentemente a tensão de escoamento, aumenta com o
aumento da deformação plástica, isto é o material encrua. Paralelamente a este
aumento na densidade de discordâncias e na resistência ocorre uma diminuição
da ductilidade, figura 1.
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Figura 1 –Aumento da resistência com o aumento da deformação – encruamento
Estes efeitos podem ser revertidos e as propriedades recuperadas para os
seus valores originais se o material for recozido, ou seja, aquecendo o material e
mantendo-o a uma temperatura elevada por um certo intervalo de tempo. A
redução da densidade de discordâncias e a consequente alteração das
propriedades depende quer da temperatura quer o tempo de recozimento e
variam consideravelmente de metal para metal.
A energia armazenada durante a deformação constitui a força motriz para a
regeneração das características do material durante o recozimento, podendo-se
continuar a deformar o metal posteriormente. O mecanismo de regeneração,
usando essa força, ativada pela temperatura, é constituído por três fases:
recuperação, recristalização e crescimento de grão. A sequência das fases de
recozimento
de
chapas
deformadas,
e
o
seu
efeito
na
relação
microestrutura/propriedades mecânicas estão esquematizadas na figura 2.
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Figura 2 – Efeito das diferentes fases do recozimento nas propriedades do
material
Do ponto de vista da conformação de um metal é importante realçar alguns
aspectos práticos:
1) É necessário um mínimo de deformação para provocar a recristalização.
Fato de grande importância tecnológica, porque significa que um metal
deformado não uniformemente a ponto de em uma região não se ter atingido o
mínimo de energia armazenada, que possibilita a recristalização, ao ser
submetido a recozimento vai-se tornar totalmente inadequado qualquer que seja a
aplicação, pois haverá regiões recristalizadas e outras que estarão deformadas a
frio e num caso destes não há nada a fazer, para recuperar as propriedades do
material.
A deformação mínima necessária para que ocorra recristalização depende
da natureza cristalina do material, figura 3.
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Figure 3 – Variação da deformação a frio com a temperatura de recristalização;
exigência de deformação minima
2) Aumentando o tempo de recozimento diminui-se a temperatura necessária para
a recristalização.
Pensando em termos de energia: o que se fornece ao aquecer o material é
a energia que vai desencadear o fenômeno de recristalização.
Considerando-se duas amostras de um mesmo material, com 40% e 80%
de deformação; qualquer contribuição energética desencadeia o fenômeno
quando se tem 80% de deformação. Quando se tem 40% é claro que com a
continuação do aquecimento acaba por se dar a recristalização. Analisando a
variação das durezas em função do tempo, figura 4, tem-se que o material com
80% de deformação tem maior dureza inicial. Colocando os dois materiais à
mesma temperatura, T1, e durante vários intervalos de tempo, a queda na dureza
do material deformado a 80% é muito mais brusca.
Aumentando a temperatura, acentua-se o que se passa com o material
deformado a 80%, na temperatura T 1. No entanto haverá uma temperatura T2>T1
que já ultrapassou o mínimo de energia que é necessário fornecer para que
ocorra recristalização. em que também haverá uma queda brusca na dureza do
material deformado a 40%.
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Dureza
T1 < T2
80%, T1
80%, T2
40%, T1
40%, T2
tempo
Figura 4 - Variação da dureza com o tempo e temperatura de recozimento para
materiais com diferentes deformações.
3) O tamanho de grão final depende fundamentalmente da percentagem de
deformação e em menor grau da temperatura de recozimento, sendo menor
quanto maior a percentagem de deformação e menor a temperatura de
recristalização.
Mostra a experiência que, na grande maioria dos metais, o fenômeno de
recristalização é extremamente rápido. Evidentemente é tanto mais rápido e
definido quanto maior for a energia armazenada já que esta é a força motriz para
a recristalização. Desde que se consiga elevar a temperatura do metal até à
temperatura de recristalização ou acima, a recristalização dá-se em segundos,
não se deve esquecer que a recristalização é um fenômeno em que se substitui
uma estrutura deformada, por novos grãos, libertos de qualquer tensão. A fase
seguinte de crescimento de grão dá-se por vários mecanismos de difusão que
ocorrem em simultâneo.
Do ponto de vista tecnológico, de dimensionamento de equipamento e
escolha de processo de trabalho, o desafio consiste em controlar o crescimento
de grão, na medida em que dimensionar o equipamento para que o material
recristalize, praticamente não tem significado, pois desde que se tenha a
deformação mínima e a temperatura T>Trecristalização, o metal recristaliza
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sempre, simplesmente fica é com um grão muito fino e depois para fazer o grão
crescer é preciso muito tempo. Este aspecto, define duas grandes categorias de
produtos que têm exigências muito diferentes, para metais com composições
químicas iguais pode-se definir genericamente:
Material de grão fino  maior resistência  menor ductilidade
Material de grão grosso  menor resistência  maior ductilidade
Exemplos:
Para fabricar latas de conserva que não sofrem grandes deformações, um
dos aspectos importantes no fabrico é o econômico, devem-se ter latas
resistentes à deformação e tão finas quanto possível. Quer dizer que neste caso o
objetivo é diminuir a espessura mantendo a rigidez da embalagem (é neste
aspecto que a chapa de aço é superior à de alumínio, pois esta amassa mais
facilmente); este objetivo atingido produzindo chapa fina e muito resistente, e para
tal exige-se grão fino. Como de um modo geral as embalagens são todas simples
e a chapa não sofre grandes alterações então não surge o problema da
ductilidade. Este é pois o campo de atuação do grão fino.
Ao fazer-se chapa para a industria automotiva, que é uma forma
complicada com grandes deformações, tem de se ter material de grão grosso, não
só porque a chapa fica mais macia, e a prensa exige menos potência mas
também porque a ductilidade é superior.
4) Quanto maior o grão inicial maior a percentagem de deformação a frio para se
ter a mesma temperatura e tempo de recristalização.
5) A quantidade de deformação a frio que é necessário, para dar equivalente
dureza por deformação, aumenta com a diminuição da temperatura de trabalho.
6) Continuando a aquecer após a recristalização o tamanho de grão aumenta.
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Figura 5 – Crescimento de grao após recristalização em função do tempo de
exposição a diversas temperaturas
Tanto os mecanismos de deformação como de ruptura dependem da
temperatura; os intervalos de temperatura para a conformação estão relacionados
com as temperaturas às quais a recuperação e recristalização ocorrem.
Genericamente os processo de conformação designam-se de conformação a frio
se ocorrem para T<Trecristalização, e por conformação a quente se ocorrem a
temperaturas superiores à temperatura de recristalização do material.
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