ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
Disc.: Processos de Fabricação II
Prof. Jorge Marques
Aula 7
Processos de Conformação Mecânica
Introdução – propriedades plásticas dos metais
Referências:
CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica. Vol. I
FERREIRA. R. A. S Conformação Plástica: fundamentos metalúrgicos e mecânicos.
KIMINAMI, C. V. CASTRO, W. B. OLIVEIRA M. F.
Introdução aos Processos de Fabricação de Produtos Metálicos
Telecurso 2000. Processos de Fabricação.
Processo de Conformação Mecânica
Introdução
• Por conformação mecânica são produzidas diversas
formas, perfis e peças acabadas
• Principais processos de conformação mecânica
– Laminação
– Forjamento
– Extrusão
– Trefilação
– Estampagem – conformação de chapas
Processo de Conformação Mecânica
Introdução
Processo de Conformação Mecânica
Introdução
Processo de Conformação Mecânica
Introdução
Processo de Conformação Mecânica
Introdução
Processo de Conformação Mecânica
Introdução
A maioria dos metais e suas ligas aceitam conformação
mecânica. Uns mais, outros menos.
A propriedade mecânica do metal que possibilita a
conformação é chamada de plasticidade.
Dútil: diz-se que o metal é dútil quando a propriedade
plasticidade é significativa.
Frágil: material frágil é aquele cuja deformação plástica
é pequena ou desprezível.
Propriedades Mecânicas dos Metais
• Propriedade é uma característica mensurável do
material em determinada temperatura e pressão.
• As propriedades mecânicas dos materiais fornecem
informações necessárias aos projetos de engenharia
e também aos processos de fabricação.
• Algumas propriedades mecânicas de interesse à
engenharia são: resistência à tração/compressão
(resistência mecânica), dureza, tenacidade,
elasticidade, plasticidade.
Propriedades Mecânicas dos Metais
• Processar um metal, ou seja, modificar a sua forma
e/ou dimensão, exige a ultrapassagem de ao menos
um dos limites de sua propriedade mecânica.
• O processamento de metais por conformação
plástica, como o nome diz, deforma
permanentemente o material.
• A propriedade diretamente relacionada à
deformação é a plasticidade.
• Plasticidade é a capacidade de deformar-se
permanentemente.
Propriedades Mecânicas dos Metais
• A plasticidade nos diz até onde podemos provocar a
deformação no metal.
• Mas outras propriedades precisam ser levadas em
conta, seja para vencer os limites de resistência
iniciais, seja para determinar o limite máximo de
esforço. Estas propriedades são:
– Elasticidade: capacidade de retornar à forma
original após retirada a carga.
– Dureza: capacidade de resistir à penetração
– Resistência mecânica: capacidade máxima de
resistência à tração, compressão ou cisalhamento.
Propriedades mecânicas dos metais
Nos processos de conformação, estamos
particularmente interessados das deformações.
• Deformação elástica: o material volta a sua forma
inicial após a retirada da carga. Ela ocorre dentro de
limites característicos de cada corpo, chamado de
limite de elasticidade.
• Deformação plástica: quando a carga ultrapassa o
limite de elasticidade, o metal deforma-se
permanentemente, entrando na zona de
deformação plástica.
Propriedades mecânicas dos metais
Gráfico tensão x deformação
Propriedades mecânicas dos metais
Gráfico tensão x deformação
Com ponto de escoamento característico
Ponto de escoamento não definido
Propriedades mecânicas dos metais
• Deformação plástica
– Os processos de conformação mecânica ocorrem
na zona de plasticidade.
– A plasticidade dos metais depende
fundamentalmente das suas estruturas cristalinas,
que corresponde ao modo como os átomos são
organizados
Propriedades mecânicas dos metais
• Deformação plástica
– Não vamos aprofundar no estudo das estruturas
cristalinas, mas é importante saber que
dependendo da estrutura, há maior ou menor
facilidade de haver deslizamentos interratômicos,
favorecendo a deformação plástica.
– Alguns metais, como o ferro, mudam de estrutura
cristalina em certas temperaturas.
Propriedades mecânicas dos metais
• Deformação plástica
– Metais como o alumínio (Al), o Cobre (Cu), o
Estanho (Sn), o Chumbo (Pb) e suas ligas
apresentam deformidade plástica elevada.
– Os Aços (ligas Fe-C com até 2% de C e adição ou
não de outros elementos) são os mais versáteis
industrialmente, quanto às propriedades
mecânicas, térmicas e químicas. Quanto maior o
teor de carbono, menos plasticidade tem o aço.
Mudanças nas Propriedades mecânicas
• Encruamento
– Após sofrer deformação plástica, o metal
endurece, aumenta a resistência à novas
deformações e melhora a sua elasticidade. A este
fenômeno é dado o nome de encruamento.
– Quanto mais encruado o metal maior a sua
dureza, a sua resistência mecânica e o seu limite
de elasticidade.
Mudanças nas propriedades mecânicas
• Encruamento
– Estruturalmente, o encruamento corresponde a
uma deformação do reticulado cristalino do metal.
– Para muitas aplicações, o encruamento é estado
final do metal a ser utilizado.
– Mas em outras aplicações, os resultados do
encruamento não são desejados. O processo para
devolver ao metal as características originais é
executado por meio de aplicação de calor,
elevando a temperatura do metal.
Mudanças nas propriedades mecânicas
• Recristalização
– O metal encruado (ou tratado termicamente,
temperado) tem sua estrutura cristalina
deformada. Com aplicação de certo nível de calor
por certo tempo, a estrutura cristalina volta a sua
forma estável (de solidificação e resfriamento
lento). Este procedimento é chamado de
recristalização.
– Assim, na conformação a frio, o metal encrua e
para sofrer nova conformação, passa antes por
forno de recristalização.
Mudanças nas propriedades mecânicas
Recozimento
• Tratamento térmico utilizado para aliviar tensões
internas e reduzir o encruamento; isto é, recozer
corresponde a recristalizar o metal, ao mnos
parcialmente.
• Metal recozido é aquele que passou pelo tratamento
térmico de recozimento depois de sofre algum tipo
de encruamento.
Temperaturas de Recristalização (TR) e de
Fusão (TF) de alguns metais
METAL
Chumbo
Zinco
Alumínio
Cobre
Ferro
Níquel
Tungstênio
TR (°C) TF (°C)
15
25
150
200
450
600
1200
327
420
660
1083
1536
1450
3410
Temperaturas médias,
relativas a metais
comercialmente puros.
Nas ligas metálicas, os
valores podem variar
significativamente.
Há também variação de
TR de acordo com o nível
de encruamento.
Na escala Kelvin,
TR ≈ 1/3 TF
Fonte: Chiaverini
Trabalhos a Quente e trabalhos a Frio
• A conformação plástica a quente é aquela realaziada
acima da temperatura de recristalização.
• Conformação a frio ocorre quanto a conformação
acontece abaixo da temperatura de recristalização.
• Chama-se trabalho morno quando a conformação é
realizada acima da temperatura ambiente e abaixo
da temperatura de recristalização.
Efeito da temperatura na resistência
mecânica dos metais
T = Temperatura
Se = Tensão de escoamento.
e = alongamento
Efeito da temperatura na resistência
mecânica dos metais
• O aumento da temperatura melhora as condições de
conformação do metal, possibilitando maiores
desbastes. Normalmente o consumo de energia de
aquecimento é compensado pela redução de energia
na conformação.
• Mas o aumento da temperatura aumenta o índice de
oxidação e exige mais dos equipamentos.
• Para trabalhos de acabamento ou quando se deseja
maior resistência mecânica, faz-se a conformação a
frio.