CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
1
LIGAS FERROSAS
As ligas ferrosas são aquelas nas quais o ferro é o
componente principal, mas o carbono, assim como outros
elementos de liga, podem estar presentes.
Na classificação das ligas ferrosas com base no teor de
carbono, existem três tipos de ligas: ferro, aço e ferro fundido.
O ferro comercialmente puro contém menos que 0,008%p
C e, a partir do diagrama de fases, é composto à temperatura
ambiente quase que exclusivamente pela fase ferrita.
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As ligas ferro-carbono que contém entre 0,008% e
2,14%p C são classificadas como aços.
Na maioria dos aços, a microestrutura consiste tanto na
fase a quanto na fase Fe3C.
Os ferros fundidos são classificados como ligas ferrosas
que contém entre 2,14% e 6,70%p C.
Os ferros fundidos comerciais contém normalmente
menos que 4,5%p C
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FERROS FUNDIDOS (FOFO)
Os ferros fundidos são uma classe de ligas ferrosas com
teores de carbono acima de 2,14%p; na prática contém entre 3,0 e
4,5%p C, além de outros elementos de liga.
As ligas dentro dessa faixa de composições se tornam
completamente líquidas em temperaturas entre, aproximadamente,
1150 e 1300ºC, o que é consideravelmente mais baixo que para os
aços.
Dessa forma, elas são fundidas com facilidade e apropriadas
para fundição.
Alguns ferros fundidos são muito frágeis e a fundição é a
técnica de fabricação mais conveniente.
Os tipos mais comuns de ferros fundidos são os ferros
fundidos cinzento, nodular, branco, maleável e vermicular.
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EFEITOS DOS ELEMENTOS DE LIGA
Quando mencionado elementos de liga, deve ficar
subentendido que são outros elementos além do ferro e do carbono,
uma vez que estes últimos são os constituintes básicos do aço.
Alumínio (Al): é usado em pequenas proporções, como desoxidante
e agente de controle do crescimento dos grãos.
Chumbo (Pb): não se liga ao aço mas, quando adicionado, distribuise na estrutura em forma de partículas microscópicas, o que resulta
em maior facilidade de usinagem. Entretanto, devido ao baixo ponto
de fusão (cerca de 327°C), aços com chumbo não devem ser
usados em temperaturas acima de 250°C.
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Cobalto (Co): aumenta
temperaturas.
a
dureza
do
aço
sob
altas
Cobre (Cu): melhora a resistência à corrosão por agentes
atmosféricos, se usado em teores de 0,2 a 0,5%.
Cromo (Cr): melhora a resistência à corrosão (aço com cerca
de 12% Cr resiste à ação da água e de vários ácidos),
aumenta a resistência à tração (em média, 80 MPa para
cada 1% de cromo), melhora a facilidade de têmpera,
aumenta a resistência à alta temperatura e ao desgaste.
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Enxofre (S): é, na maioria dos casos, um elemento
indesejável, oriundo do processo de produção. Se combinado
com o ferro na forma de sulfeto, deixa o aço quebradiço.
Entretanto, se combinado com o manganês no forma do
respectivo sulfeto, favorece a usinagem com a formação de
cavacos que se quebram facilmente.
Fósforo (P): é considerado um elemento prejudicial, resultante
do processo de produção. Torna o aço frágil, efeito que se
acentua com o aumento do teor de carbono. Assim, os teores
máximos permitidos devem ser controlados com rigor em aços
para aplicações estruturais ou críticas.
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Manganês (Mn): em média, para cada 1% de manganês, a
resistência à tração aumenta 100 MPa. Para aços temperáveis,
aumenta a dureza após o processo de têmpera.
Molibdênio (Mo): melhora a resistência a altas temperaturas, a
resistência ao desgaste e a dureza após a têmpera. Para aços
inoxidáveis, melhora a resistência à corrosão.
Níquel (Ni): em média, para cada 1% de níquel, a resistência à
tração aumenta 40 MPa, mas o limite de elasticidade é mais
favorecido. Melhora significativamente a capacidade de têmpera,
possibilitando redução da velocidade de resfriamento. O níquel altera
a alotropia do ferro e teores acima de 25% fazem reter a austenita
em temperaturas usuais, fazendo um aço austenítico, que é não
magnético e bastante resistente à corrosão. Com 36% de Ni, o aço
tem o menor coeficiente de dilatação térmica e é usado em
instrumentos de medição. Em conjunto com o cromo, o aço pode ser
austenítico com a combinação 18% Cr e 8% Ni.
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Silício (Si): é um agente desoxidante na produção do aço. Aumenta
a resistência à corrosão e a resistência à tração, mas prejudica a
soldagem. O silício aumenta significativamente a resistividade
elétrica do aço e, por isso, aços com silício são amplamente usados
em núcleos magnéticos (motores, transformadores, etc) devido às
menores perdas com as correntes parasitas que se formam.
Tungstênio (W): aumenta a resistência à tração em altas
temperaturas. Forma carbonetos bastante duros e é usado em aços
para ferramentas (aços rápidos).
Vanádio (V): refina a estrutura do aço, impedindo o crescimento dos
grãos. Forma carbonetos duros e estáveis e é usado em aços para
ferramentas para aumentar a capacidade de corte e dureza em altas
temperaturas.
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CODIFICAÇÃO DOS AÇOS
Existem várias entidades que estabelecem normas para
codificação de aços de acordo com o teor de carbono e dos
elementos de liga. Na tabela abaixo, alguns códigos da SAE
(Society of Automotive Engineers).
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Código Descrição ou principais elementos de liga
SAE
10xx
11xx
13xx
15xx
23xx
25xx
31xx
33xx
40xx
41xx
43xx
46xx
47xx
48xx
50xx
Aços-carbono de uso geral
Aços de fácil usinagem, com enxofre
Manganês (1,75%)
Manganês (1,00%)
Níquel (3,50%)
Níquel (5,00%)
Níquel (1,25%), cromo (0,65%)
Níquel (3,50%), cromo (1,55%)
Molibdênio (0,25%)
Cromo (0,50 ou 0,95%), molibdênio (0,12 ou 0,20%)
Níquel (1,80%), cromo (0,50 ou 0,80%), molibdênio (0,25%)
Níquel (1,55 ou 1,80%), molibdênio (0,20 ou 0,25%)
Níquel (1,05%), cromo (0,45%), molibdênio (0,25%)
Níquel (3,50%), molibdênio (0,25%)
Cromo (0,28% ou 0,40%)
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Código Descrição ou principais elementos de liga
SAE
51xx
61xx
86xx
87xx
92xx
93xx
94xx
(0,12%)
97xx
98xx
Cromo (0,80, 0,90, 0,95, 1,00 ou 1,05%)
Cromo (0,80 ou 0,95%), vanádio (0,10 ou 0,15%)
Níquel (0,55%), cromo (0,50 ou 0,65%), molibdênio (0,20%)
Níquel (0,55%), cromo (0,50%), molibdênio (0,25%)
Manganês (0,85%), silício (2,00%)
Níquel (3,25%), cromo (1,20%), molibdênio (0,12%)
Manganês (1,00%), níquel (0,45%), cromo (0,40%), molibdênio
Níquel (0,55%), cromo (0,17%), molibdênio (0,20%)
Níquel (1,00%), cromo (0,80%), molibdênio (0,25%)
Obs: os dois últimos algarismos (xx) indicam o teor de carbono em 0,01%.
Exemplo: um aço SAE 1020 tem 0,20 % de carbono.
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AÇOS E OUTRAS LIGAS FERROSAS
São consumidos em quantidades extraordinariamente
grandes, pois possuem uma enorme variedade de
propriedades mecânicas e podem ser fabricados com relativa
facilidade e são produzidos de forma econômica.
Possuem limitações bem definidas: Massa específica
elevada, condutividade elétrica comparativamente baixa e
suscetibilidade inerente à corrosão.
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Os sistemas de ligas são classificados de acordo com o
metal-base ou de acordo com alguma característica específica
compartilhada por um grupo de ligas.
As ligas muito frágeis que não seja possível alterar sua
forma ou conformar mediante uma deformação apreciável são
fundidas e portanto classificadas como ligas fundidas.
As ligas suscetíveis à deformação mecânica são
classificadas como ligas forjadas.
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COBRE E SUAS LIGAS
Utilizados em uma grande variedade de aplicações
desde a Antiguidade.
O cobre é tão pouco resistente e dúctil que é difícil sua
usinagem.
O cobre possui uma capacidade ilimitada de ser
trabalhado a frio.
O cobre é altamente resistente à corrosão.
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LATÃO
O zinco na forma de uma impureza substitucional, é o
elemento de liga predominante.
Relativamente pouco resistentes, dúcteis e facilmente
trabalhados a frio.
Aumentando o teor de zinco o deixa mais duro e
resistente.
Algumas aplicações: bijuterias, cápsulas para cartuchos
de munição, radiadores automotivos, moedas, etc.
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BRONZE
São ligas de cobre com vários outros elementos, incluindo o
estanho, o alumínio, o silício e o níquel.
São relativamente mais resistentes que os latões.
Possuem um alto grau de resistência à corrosão.
Podem ser fundidas, trabalhadas a quente ou trabalhadas a
frio.
Algumas aplicações: Mancais e buchas dos trens de pouso
de aeronaves a jato, molas e instrumentos cirúrgicos dentários.
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ALUMÍNIO E SUAS LIGAS
Massa específica relativamente baixa, condutividade
elétrica e térmica elevadas e boa resistência à corrosão.
Ductilidade elevada por isso conformado com facilidade.
Possui como limitação a baixa de temperatura de fusão
(660º C).
Sua resistência mecânica pode ser aumentada por
trabalho a frio e pela formação de ligas porém isso tende a
diminuir a resistência à corrosão.
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Algumas aplicações mais comuns das ligas de alumínio
incluem peças estruturais de aeronaves, latas de bebidas,
carcaças de ônibus e peças automotivas.
Recentemente, tem sido dada atenção às ligas de
alumínio com outros metais de baixa massa específica (Mg e
Ti) como materiais de engenharia para a área de transportes,
visando redução do consumo de combustíveis.
Esses materiais possuem boa resistência específica,
razão entre o limite de resistência à tração e o peso específico.
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NÍQUEL E SUAS LIGAS
Altamente resistentes à corrosão.
O níquel frequentemente é usado como revestimento,
sendo depositado sobre alguns metais suscetíveis à corrosão,
como medida de proteção.
O monel (65%p Ni e 28%p Cu) possui uma resistência
muito elevada e é extremamente resistente à corrosão, sendo
usado em bombas, em válvulas e em outros componentes que
estão em contato com alguma solução ácida e com petróleo.
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Laminação
A laminação é um processo de conformação mecânica,
que consiste em deformar plasticamente o material, ou seja,
fazê-lo mudar de forma e esta mudança ocorre por
esmagamento entre rolos giratórios. A pressão necessária para
o que mesmo sofra esta deformação é enorme e os esforços
envolvidos são de compressão.
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Processo de produção
Tudo inicia na fundição. Na fundição são fundidas peças nos
formatos de placas, blocos ou tarugos de metal que posteriormente
serão conformados pelo processo de laminação.
Elimina-se a superfície das mesmas por usinagem
(fresagem), retirando qualquer tipo de impureza superficial resultante
da solidificação e oxidação superficial, descasca-se o metal. Cortase a ponta inferior e a última região de solidificação (rechupe),
formando assim um bloco homogêneo e maciço, sem impurezas
e/ou falhas. Este bloco passa por dois cilindros giratórios, que giram
em sentidos contrários com a mesma velocidade, esmagando o
metal e fazendo-o diminuir de espessura, deixando-o mais fino, e
aumentando seu tamanho ou comprimento.
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Processo de produção
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Processo de produção
A laminação pode ser Laminação a Quente e Laminação a
Frio.
Independente do tipo de processo a ser adotado para se
laminar um metal, os produtos laminados podem ter aplicação
imediata após a laminação, tais como trilhos, chapas, vigas e perfis.
O nome da máquina que realiza o trabalho de laminação é o
Laminador, ele pode ser usado sozinho ou ser usado em grupo e
todos alinhados, quando estão dispostos desta forma são chamados
de Trem de Laminação, onde cada um é responsável por realizar um
passe de laminação, aumentando a produção e tornando o processo
contínuo.
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Laminação a quente
Parte-se de blocos maciços e espessos, normalmente de
metal, onde os mesmos são aquecidos e deformados plasticamente
sob altas tensões e temperaturas, onde para o alumínio, por
exemplo, na ordem de 350º Celsius (Temperatura de
Recristalização), pelo esmagamento por compressão por cilindros
laminadores lubrificados, reduzindo-se desta forma a sua espessura
em diversos passes de laminação (+/- 50% por vez, a cada passe),
num ciclo de vai e vem, ou no alinhamento de rolos de laminação.
Nesta etapa do processo deseja-se uma redução maior
redução da espessura do bloco e por consequência obtém-se um
aumento de comprimento. A laminação a quente permite uma maior
deformação.
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Laminação a quente
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Laminação a frio
Normalmente é a última parte do processo de laminação.
Também por compressão de rolos laminadores, comprime-se o
material, só que agora a frio (temperatura ambiente, ou abaixo da
temperatura de recristalização), para dar-lhe as características de
resistência mecânica desejada e acabamento superficial final, com
isso, consegue uma excelente superfície de laminação.
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Extrusão
É um processo de conformação mecânica que consiste
na compressão de um cilindro sólido, por exemplo, de metal
alumínio, chamado de Tarugo ou Billet, de encontro a um
orifício existente em uma matriz (molde ou ferramenta), com o
intuito de fazer o material fluir por esse orifício e formar um
perfil extrusado, sob o efeito de altas pressões e elevadas
temperaturas de trabalho.
Este processo de extrusão é conhecido como extrusão
direta.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
28
DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Processo
Todo o processo de extrusão ocorre com o metal no estado
sólido, diferente do processo de Injeção onde o metal está no estado
líquido.
A extrusão pode ser a frio ou a quente, sendo que
normalmente quando é a quente o processo ocorre com o metal
aquecido a uma faixa de temperatura que está diretamente atrelada
ao metal e a liga que será extrusada.
Pode-se dizer que a temperatura de extrusão para o
alumínio, por exemplo, é de 450 a 540 graus Celsius, mas além do
alumínio, é comercialmente comum extrusar os metais cobre, aços
carbono e aços inoxidáveis.
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Tipos básicos de extrusão
Extrusão Direta, trata-se do processo onde a matriz (ferramenta)
fica fixa. O tarugo é colocado em um container (camisa) móvel. Os
dois (camisa e tarugo) são aproximados e posicionados contra a
matriz e um êmbolo (pistão) comprime este tarugo contra a matriz
formando o perfil.
Extrusão Indireta ou Inversa, trata-se do processo de extrusão
onde a matriz, que é fechada, e o contâiner, estão fixos. O pistão,
que dará o aperto no tarugo de alumínio que será extrusado, sempre
é móvel, no entanto no processo de extrusão inversa o metal ao
invés de escoar pela parte interna da matriz e sair do seu lado
posterior, retorna sobre o pistão formando um copo ou um cartucho,
por exemplo.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
No caso do metal alumínio, onde este processo de produção
é muito conhecido e utilizado para produzir peças para as mais
variadas aplicações, o nome do equipamento que produz as peças
extrusadas se chama de Extrusora ou Prensa.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Forjamento
O Forjamento é um processo de conformação mecânica, que
resulta em uma mudança permanente nas dimensões finais e nas
características metalúrgicas de uma peça. Ele deforma o material forjado
por martelamento ou por prensagem e é usado para se obter produtos com
alta resistência mecânica porque refina a estrutura metalúrgica do metal.
Dependendo do tipo de processo adotado no forjamento, pode-se gerar
mínima perda de material e uma boa precisão dimensional.
Diversas técnicas produtivas são adotadas para se conseguir forjar
peças e melhorar as características metalúrgicas, algumas dessas técnicas
são milenares, com baixo grau tecnológico, caras e demoradas e outras
técnicas são de última geração e com elevado grau de automatização.
Nestas técnicas mais modernas é comum o uso de programas
computacionais complexos, que proporcionam ganho de tempo e redução
de desperdícios de energia e material, conhecidos como CAD/CAM, quando
do estudo das deformações que o material irão sofrer no seu forjamento.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Tipos básicos de forjamento
Forjamento por Martelamento
O forjamento por martelamento é feito aplicando-se pancadas
(golpes ou batidas) rápidas e sucessivas no metal, aplicando pressão sobre
a peças no momento em que existe o contato do martelo de forja e a peça
metálica. Por sua vez, esta pressão é absorvida pelo metal que se
deformando muito rapidamente.
No forjamento por martelamento são usados martelos de forja que
aplicam golpes rápidos e sucessivos ao metal por meio de uma massa que
varia de poucos quilos a várias toneladas, que cai de uma altura que varia
de alguns centímetros a alguns metros. Este processo atua sobre as
camadas mais externas do material, podendo ou não gerar pontos de
tensão, que se não forem controlados podem gerar falhas. Exemplo de
peças que são fabricadas por este processo são as Pontas de Eixo e os
Virabrequins na Indústria Automotiva, outro exemplo, são as Pontas de
Ganchos.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Quando as peças metálicas são forjadas procura-se alterar
principalmente as propriedades de elasticidade e de plasticidade do
metal.
Forjamento por prensagem
No forjamento por prensagem o metal recebe uma força de
compressão em baixa velocidade, diferente do processo anterior, e a
pressão atinge seu grau máximo antes de ser retirada, de modo que
até as camadas mais profundas da estrutura do material são
atingidas, conformando-se mais homogeneamente e melhorando
ainda as características metalúrgicas.
São usadas prensas hidráulicas para realizar esta função,
onde as forças aplicadas podem ser absurdamente elevadas.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
As operações de forjamento são realizadas a quente, em
temperaturas superiores às de recristalização do metal. É importante
que a peça seja aquecida uniformemente e em temperatura
adequada.
Esse aquecimento é feito em fornos de tamanhos e formatos
variados, relacionados ao tipo de metal usado e de peças a serem
produzidas e vão desde os fornos de câmara simples até os fornos
com controle específico de atmosfera e temperatura, além disso,
recentemente materiais metálicos estão sendo aquecidos por
indução para serem forjados, onde o aquecimento é muito mais
rápido e as alterações estruturais do metal, muito mais violentas,
exigindo um cuidado no uso deste aquecimento muito maior.
Alguns metais não-ferrosos podem ser forjados a frio.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Trefilagem
Trefilagem, ou Trefilação, é o processo de fabricação de
arame e barras finas de metal. É um processo industrial que acarreta
na redução da seção transversal (largura) e respectivo aumento no
comprimento do material. Consiste na Tração da peça através de
uma matriz chamada fieira ou trefila, com forma de canal
convergente. O processo de trefilação consiste em puxar o metal
através de uma matriz, por meio de uma força de tração a ele
aplicada na saída da matriz. A maior parte do escoamento plástico é
causada por esforços de compressão resultantes da reação do metal
com a matriz.
Geralmente a parte metálica apresenta simetria circular,
embora isto não seja um requisito necessário. Existem muitas
aplicações para a trefilagem como produção de fios elétricos, cabos,
clipes de papel, corda para instrumentos musicais e raio para rodas.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Da redução sucessiva de diâmetro de uma barra
metálica maciça podem resultar barras, vergalhões e arames,
dependendo do diâmetro do produto final. Por outro lado, a
trefilação pode também ser realizada em tubos ocos e, neste
caso, existem diversas técnicas empregadas, com a utilização,
ou não, de um mandril interno ao tubo que permite um melhor
controle da espessura final.
Geralmente os processos de trefilação são realizados à
temperatura ambiente; todavia, uma vez que as deformações
envolvidas são normalmente grandes, ocorre um aumento
considerável de temperatura durante a operação.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
37
DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Tipos de trefilagem
Trefilação a frio
Esse tipo de trefilação é usado para metais de rede CFC
(Cúbico de Face Centrado). O fio é preparado de forma que se
prenda na tarracha da trefila, sendo então 'puxado'. A medida que o
fio é puxado através da tarracha, o seu volume permanece o
mesmo, o diâmetro diminui e o seu comprimento aumenta.
Geralmente, são usadas mais de uma tarracha seguidas
umas das outras, reduzindo sucessivamente o diâmetro. A área de
redução da seção transversal de fios finos varia entre 15 e 25 % e
fios grossos entre 20 e 45 %. É importante que a tarracha gire
eventualmente deixando o fio deslizar com menos resistência a uma
velocidade constante com o objetivo de não deixar que o fio agarre,
o que poderia enfraquecer ou até mesmo quebrar o fio.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
A velocidade em que o fio deve ser trefilado varia de
acordo com o material e a dimensão da redução. O fato de
'puxar' o material sem aquecimento prévio, exige maior força
da máquina. Logo, pode causar exaustão antecipada do
equipamento e fadigas no metal. Pra diminuir os efeitos da
exaustão, existe a lubrificação. Além de garantir mais
durabilidade para as tarrachas, a lubrificação faz com que o
acabamento da trefilagem fique melhor.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
39
DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Trefilação a quente
Essa trefilação aplica-se a metais de rede CCC (Cúbico
de Corpo Centrado) e raramente em metais de rede HC
(Hexagonal Compacto). Por esses metais serem pouco
maleáveis, é necessário aquecê-los até uma temperatura
adequada em que obterão empacotamento igual às redes
CFC, para poderem, então, serem trefilados.
Após resfriamento recuperam sua característica original.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Estampagem
Refere-se a um conjunto de operações executadas no material
bruto, de forma que geralmente se obtém, ao final do processo, um produto
acabado em termos de forma e dimensões.
As operações são executadas geralmente com auxílio de
ferramentas, instaladas em prensas. Estampagem é um processo de
fabricação realizado a frio, no qual uma chapa e colocado sobre uma matriz
e é submetida a uma força de um punção, de maneira a adquirir a forma
geométrica da matriz.
Por estampagem entende-se o processo de fabricação de peças,
através do corte ou deformação de chapas em operação de prensagem a
frio.
Emprega-se a estampagem de chapas para fabricar-se peças com
paredes finas feitas de chapa ou fita de diversos metais e ligas. As
operações de estampagem podem ser resumidas em três básicas: corte,
dobramento e embutimento ou repuxo
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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DEFORMAÇÃO NOS METAIS
Com a ajuda da estampagem de chapas, fabricam-se peças de aço
baixo carbono, aços inoxidáveis, alumínio, cobre e de diferentes ligas não
ferrosas.
Devido às suas características este processo de fabricação é
apropriado, preferencialmente, para as grandes séries de peças, obtendose grandes vantagens, tais como:
Alta produção;
Reduzido custo por peça;
Acabamento bom, não necessitando processamento posterior;
Maior resistência das peças devido à conformação, que causa o
encruamento no material;
Baixo custo de controle de qualidade devido à uniformidade da
produção e a facilidade para a detecção de desvios.
Como principal desvantagem deste processo, podemos destacar o
alto custo do ferramental, que só pode ser amortizado se a quantidade de
peças a produzir for elevada.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Há muitos séculos atrás o homem descobriu que com aquecimento e
resfriamento podia modificar as propriedades mecânicas de um aço, isto é,
torná-los mais duro, mais mole, mais maleável, etc.
Mais tarde, descobriu também que a rapidez com que o aço era
resfriado e a quantidade de carbono que possuía influíam decisivamente
nessas modificações.
O processo de aquecer e resfriar um aço, visando modificar as sua
propriedades, denomina-se TRATAMENTO TÉRMICO.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Um tratamento térmico é feito em três fases distintas:
1 - aquecimento
2 - manutenção da temperatura
3 – resfriamento
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Tipos de tratamentos térmicos
Existem duas classes de tratamentos térmicos:
1 - Os tratamentos que por simples aquecimento e resfriamento, modificam as
propriedades de toda a massa do aço, tais como:
a - Têmpera
b - Revenimento
c - Recozimento
2 - Os tratamentos que modificam as propriedades somente numa fina camada
superficial da peça. Esses tratamentos térmicos nos quais a peça é aquecida
juntamente com produtos químicos e posteriormente resfriado são:
a - Cementação
b - Nitretação
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
É o tratamento térmico aplicado aos aços com porcentagem igual ou maior
que 0,4% de carbono.
O efeito principal da têmpera num aço é o aumento de dureza.
Fases da têmpera
1ª Fase:
– Aquecimento – A peça é aquecida em forno ou forja, até uma temperatura
recomendada. (Por volta de 800ºC para os aços ao carbono).
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
2ª Fase:
– Manutenção da temperatura – Atingida a temperatura desejada esta deve
ser mantida por algum tempo afim de uniformizar o aquecimento em toda a
peça.
3ª Fase:
– Resfriamento – A peça uniformemente aquecida na temperatura desejada
é resfriada em água, óleo ou jato de ar.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Efeitos da têmpera
1 - Aumento considerável da dureza do aço.
2 - Aumento da fragilidade em virtude do aumento de dureza. (O aço torna-se
muito quebradiço).
Reduz-se a fragilidade de um aço temperado com um outro tratamento
térmico denominado revenimento.
Observações:
1 - A temperatura de aquecimento e o meio de resfriamento são
dados em tabelas;
2 - O controle da temperatura durante o aquecimento, nos fornos, é
feito por aparelhos denominados pirômetros. Nas forjas o mecânico identifica a
temperatura pela cor do material aquecido;
3 - De início o aquecimento deve ser lento, (pré-aquecimento), afim de
não provocar defeitos na peça;
4 - A manutenção da temperatura varia de acordo com a forma da
peça; o tempo nesta fase não deve ser além do necessário.
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Efeitos da têmpera
CIÊNCIA E ENG MATERIAIS
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Revenimento
É o tratamento térmico que se faz nos aços já
temperados, com a finalidade de diminuir a sua fragilidade, isto
é, torná-lo menos quebradiço.
O revenimento é feito aquecendo-se a peça temperada
até uma certa temperatura resfriando-a em seguida. As
temperaturas de revenimento são encontradas em tabelas e
para os aços ao carbono variam entre 210ºC e 320ºC.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
1ª Fase:
– Aquecimento – Feito geralmente em fornos controlando-se a temperatura
com pirômetro.
Nos pequenos trabalhos os aquecimento pode ser feito apoiandose a peça polida, em um bloco de aço aquecido ao rubro.
O forte calor que desprende do bloco, aquece lentamente a peça,
produzindo nesta uma coloração que varia à medida que a temperatura
aumenta. Essas cores, que possibilitam identificar a temperatura da peça,
são denominadas cores de revenimento.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Fases do revenimento
Tabela de cores de revenimento dos aços ao carbono.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
2ª Fase:
– Manutenção da Temperatura
aquecimento é feito em fornos.
–
Possível
3ª Fase:
– Resfriamento – O resfriamento da peça pode ser:
– Lento – deixando-a esfriar naturalmente.
– Rápido – mergulhando-a em água ou óleo.
quando
o
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Efeitos do revenimento
Diminui um pouco a dureza da peça temperada, porém
aumenta consideravelmente a sua resistência aos choques.
Geralmente, toda peça temperada passa por um
revenimento, sendo até comum dizer-se “peça temperada” ao
invés de “peça temperada e revenida”
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Recozimento
O recozimento é o tratamento térmico que tem por finalidade
eliminar a dureza de uma peça temperada ou normalizar materiais com
tensões internas resultantes do forjamento, da laminação, trefilação etc..
TIPOS DE RECOZIMENTO
1 - Recozimento para eliminar a dureza de uma peça temperada.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
2 - Recozimento para normalizar a estrutura de um material
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Fases do recozimento
1ª Fase:
Aquecimento – A peça é aquecida a uma temperatura que varia de acordo
com o material a ser recozido. (Entre 500ºC e 900ºC). A escolha da
temperatura de recozimento é feita mediante consulta a uma tabela.
Exemplo de tabela:
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
2ª Fase:
Manutenção da temperatura – A peça deve permanecer aquecida por algum
tempo na temperatura recomendada para que as modificações atinjam toda a
massa da mesma.
3ª Fase:
Resfriamento – O resfriamento deve ser feito lentamente, tanto mais lento
quanto maior for a porcentagem de carbono do aço. No resfriamento para
recozimento adotam-se os seguintes processos:
1 - Exposição da peça aquecida ao ar livre. (Processo pouco usado).
2 - Colocação da peça em caixas contendo cal, cinza, areia ou outros
materiais.
3 - Interrompendo-se o aquecimento, deixando a peça esfriar dentro do
próprio forno.
Nota – No recozimento do cobre e latão o resfriamento deve ser o mais rápido
possível.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Efeitos do recozimento
− Elimina a dureza de uma peça temperada anteriormente,
fazendo-se voltar a sua dureza normal.
− Torna o aço mais homogêneo, melhora sua ductilidade
tornando-o facilmente usinável.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Cementação
Muitas peças de mecânica necessitam ter elevada dureza externa
para resistirem ao desgaste; entretanto, internamente precisam permanecer
“moles”, para suportarem solavancos.
Essas peças geralmente são em aço de baixa porcentagem de
carbono e recebem um tratamento denominado CEMENTAÇÃO.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
A cementação é um tratamento que consiste em aumentar a
porcentagem de carbono numa fina camada externa da peça.
Após a cementação tempera-se a peça; as partes externas
adquirem elevada dureza enquanto as partes internas permanecem sem
alterações.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
A cementação é feita aquecendo-se a peça de aço de baixo
teor de carbono, junto com um material rico em carbono
(carburante).
Quando a peça atinge alta temperatura (750ºC a 1.000ºC)
passa a absorver parte do carbono do carburante.
Quanto mais tempo a peça permanecer aquecida com o
carburante, mais espessa se tornará a camada.
Os carburantes podem ser sólidos, (grãos ou pós), líquidos
ou gasosos. A qualidade dos carburantes influi na rapidez com que
se forma a camada.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Fases da cementação
1ª Fase:
Aquecimento
− Cementação em caixa:
As peças são colocadas em caixas juntamente com o carburante, fechadas
hermeticamente e aquecidas até a temperatura recomendada.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
− Cementação em banho:
As peças são mergulhadas no carburante líquido aquecido, através
de cestas ou ganchos.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
2ª Fase:
Manutenção da temperatura – O tempo de duração desta fase varia
de acordo com a espessura da camada que se deseja e da
qualidade do carburante utilizado. (0,1mm a 0,2mm por hora).
3ª Fase:
Resfriamento – A peça é esfriada lentamente dentro da própria caixa.
Após a cementação as peças são temperadas.
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TRATAMENTOS TÉRMICOS
Nitretação
É um processo semelhante à cementação, que se faz
aquecendo o aço a uma temperatura de 500ºC a 525ºC na
presença de um gás denominado Nitrogênio.
Após algum tempo, obtém-se uma fina camada,
extremamente dura, não havendo necessidade de se temperar
a peça.