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7/21/2019 Conforma Ao Mecanica Salvo Automaticamente
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Professor
Aeligton dos Santos Belo
Disciplina
Conformao Mecnica
7/21/2019 Conforma Ao Mecanica Salvo Automaticamente
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Ementa do curso
Fundamentos da conformao mecnica: Trabalhoideal de deformao. Influncia do atrito emoperaes de conformao mecnica. Trabalho edeformao redundantes. Geometria da zona dedeformao; influncia nos processos deconformao. Estudo de processos deconformao: Mtodos generalizados para clculode esforos. Conformao de chapas: estiramentoe embutimento; curvas limites; influncia da
microestrutura. Laminao, forjamento, trefilao eextruso: relao entre condies deprocessamento, microestrutura e propriedades dosprodutos.
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Bibliografia
Fundamentos da conformao mecnica: Trabalhoideal de deformao. Influncia do atrito emoperaes de conformao mecnica. Trabalho edeformao redundantes. Geometria da zona de
deformao; influncia nos processos deconformao. Estudo de processos de conformao:Mtodos generalizados para clculo de esforos.Conformao de chapas: estiramento eembutimento; curvas limites; influncia damicroestrutura. Laminao, forjamento, trefilao eextruso: relao entre condies de processamento,microestrutura e propriedades dos produtos.
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Ligaes qumicas
As ligaes qumicas, em geral, ocorrem devidoao compartilhamento, ao ganho ou perda deeltrons por parte dos tomos
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Ligaes inicas ou eletrovalentes
A ligao inica caracteriza-se pela perda eganho de eltrons. Os compostos formados porligaes inicas (compostos inicos) so
eletricamente neutros, pois as perdas e osganhos de eltrons so proporcionais
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formao de ctions(resultado da perda deeltrons) e nions(resultado do ganho deeltrons), que permanecem unidos devido
fora eletrostticadecorrente da atrao entreas suas cargas opostas.
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TENDNCIA DOS ELEMENTOS NAS LIGAESINICAS
Os metais apresentam tendncia a perder eltrons;geralmente, os das famlias IA, IIA e IIIA so osctions das ligaes inicas. Os ametais,principalmente os das famlias VA, VIA e VIIA tm
tendncia a receber eltrons e so, na maioria dasvezes, os nions das ligaes inicas.
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Cloreto de sdio (sal de cozinha)
O sdio (Na) apresenta um eltron na sua ltimacamada:
11
Na: 1s22s22p63s1
O cloro (Cl) apresenta sete eltrons na sualtima camada:
17Cl: 1s22s22p63s23p5
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Regra de octeto
O sdio se transforma no ction (Na+) e o cloro,no nion (Cl-). Observe a configurao dessesons:
10Na+: 1s22s22p6(oito eltrons na
ltima camada)
18Cl-: 1s22s22p63s23p6(oito eltrons
na ltima camada)
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CARACTERSTICAS DOS COMPOSTOSINICOS
Os compostos inicos estruturalmente soconstitudos por retculos cristalinos, estruturasgeomtricas formadas pela atrao de cargas.
Em sntese, esses compostos conduzem bem aeletricidade se forem dissolvidos em gua ouestiverem no estado lquido, apresentam altos
pontos de fuso e ebulio e so slidos nascondies ambientes.
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Ligao covalente
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LIGAO COVALENTE
A ligao covalente, geralmente feita entre os
no-metais e no metais, hidrognio e no-metaise hidrognio com hidrognio.
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Esta ligao caracterizada pelocompartilhamento de eltrons. O hidrogniopossui um eltron na sua camada de valncia.
Para ficar idntico ao gs nobre hlio com 2eltrons na ltima camada. Ele precisa de maisum eltron. Ento, 2 tomos de hidrognio
compartilham seus eltrons ficando estveis
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A Regra do Octeto estabelece que os tomosdos elementos ligam-se uns aos outros natentativa de completar a sua camada de valncia
(ltima camada da eletrosfera). A denominaoregra do octeto
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o tomo fica estvel quando apresentar em suacamada de valncia 8 eltrons.Para atingir tal estabilidade sugerida pela Regra
do Octeto, cada elemento precisa ganhar ouperder (compartilhar) eltrons nas ligaesqumicas, dessa forma eles adquirem oito
eltrons na camada de valncia.
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O nitrato, on de geometria trigonal plana, serve
como fonte de nitrognio para as bactrias.Observe as seguintes frmulas estruturais:
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A frmula que corresponde ao on nitrato estidentificada pelo seguinte nmero:
(A) I
(B) II
(C) III
(D) IV
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Cristais
Cristais so conjuntos de tomos ordenadossegundo uma configurao peridica em trsdimenses
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O nmero de coordenao desta estrutura igual a 6, isto , cada tomo possui 6 tomosvizinhos
i i
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espaciaisEstrutura cristalina cbica simples (CS)
Nenhum metal cristaliza-se segundo a redecbica simples, pois esta estrutura muitoaberta e a ligao metlica atua no sentido de
mais aproximar os tomos, formando malhasmais compactas. A clula unitria da redecristalizada cbica simples est indicada na
figura 1.15, onde cada tomo ocupa o vrticede um cubo cuja aresta (a) igual a 2 raiosatmicos (r).
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Estrutura cristalina cbica de corpocentrado (CCC)
A estrutura cristalina cbica de corpo centrado(C) apresenta um tomo em cada vrtice daclula unitria e um tomo no centro, como
indicado na figura 1.16
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O nmero de coordenao da estrutura cbica
de corpo centrado igual a 8 e o nmero detomos por clula unitria igual a 2, pois aotomo do centro somam-se as fraes de um
oitavo, correspondentes aos oito tomos dosvrtices. O fator de empacotamento daestrutura C igual a:
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Estrutura cristalina cbica de facecentrada (CFC)
A figura abaixo apresenta a clula unitria daestrutura cristalina cbica de face centrada (CFC)que possui um tomo em cada vrtice do cubo e
um tomo no centro de cada face.
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FIGURA Clula unitria da estrutura cristalinacbica da face centrada. Cada clula unitriapossui quatro tomos, um devido soma das
fraes de um oitavo, correspondentes aostomos nos vrtices, e mais trs devido somadas metades dos tomos dos centros das faces.
O fator de empacotamento desta estrutura igual a:
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verifica-se que o nmero de coordenao daestrutura CFC igual a 12 e tambm que avizinhana de cada tomo a mesma. Muitos
metais se cristalizam segundo a estrutura CFC,como , por exemplo o caso dos metais ferrogama, nquel, cobre, alumnio, prata, ouro,
chumbo e platina
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Metalurgia da deformao
Os materiais devem se deformar facilmente,mantendo-se resistentes o suficiente parasuportar os esforos devido ao estiramento e
dobramentos sucessivos requeridos peloprocesso de conformao
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Resistencia e conformabilidade
Conformabilidade ou trabalhabilidade
a capacidade dos materiais deformarem-seplasticamente em um processo de conformao
sem ruptura.
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Fundamentos da conformao mecnica: Trabalho ideal dedeformao.Influncia do atrito em operaes de conformao mecnica.
Trabalho edeformao redundantes. Geometria da zona de deformao;influncia nosprocessos de conformao. Estudo de processos deconformao: Mtodosgeneralizados para clculo de esforos. Conformao dechapas: estiramentoe embutimento; curvas limites; influncia da microestrutura.Laminao,
forjamento, trefilao e extruso: relao entre condies deprocessamento,microestrutura e propriedades dos produtos.
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Os aos IF (Intersticial Free) ou aos ARBL( AltaResistncia e Baixa Liga) usados pela industria
automobilstica e as Ligas de alumnio dosistema ALFeSI ou ALFeMn, usados na fabricaode chapas e folhas finas possuem alta
conformabilidade, capazes de suportar grandesdeformaes sem ruptura.
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Deformao plstica em monocronais
Em uma escala microscpica a deformaoplstica o resultado do movimento dostomos devido tenso aplicada. Durante
este processo ligaes so quebradas e outrasrefeitas.
Pl d D li t d M t i i
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Plano de Deslizamento de Materiais
A conformao plstica em metais ocorresempre por deslizamento ou cisalhamento deplanos de baixos ndices e em direes
particulares nos cristais.
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Nos slidos cristalinos a deformao plsticageralmente envolve o escorregamento de planos
atmicos, o movimento de discordncias. Aformao e movimento das discordncias tmpapel fundamental para o aumento daresistncia mecnica em muitos materiais. Aresistncia Mecnica pode ser aumentadarestringindo-se o movimento das discordncias.
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A cristalizao
o processo (natural ou artificial) da formaode cristaisslidos de uma soluouniforme,ou seja homognea. Ela consiste de dois
principais eventos, a nucleaoe ocrescimento dos cristaisou crescimentomolecular.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Cristalhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Solu%C3%A7%C3%A3ohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Solu%C3%A7%C3%A3ohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Cristal7/21/2019 Conforma Ao Mecanica Salvo Automaticamente
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A nucleao a etapa em que as molculas dosolutodispersas no solventecomeam a sejuntar em clusters, em escala nanomtrica.
Esses clusters constituem o ncleo e s setornam estveis a partir de um certo tamanhocrtico, que depende das condies de operao
http://pt.wikipedia.org/wiki/Solutohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Solventehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Clusterhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Nan%C3%B3metrohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Nan%C3%B3metrohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Clusterhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Solventehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Soluto7/21/2019 Conforma Ao Mecanica Salvo Automaticamente
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Conformao
Maneira pela qual se juntam as partes de umcorpo organizado.
Antes de 4000AC os homens das cavernas
empregavam ouro e cobre nativos e meteoritosricos em ferro, sem fundi-los, para a confecode pequenos artefatos metlicos
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Os processo de conformao mecnica alterama geometria do material atravs de forasaplicadas por ferramentas adequadas que
podem variar desde pequenas matrizes atgrandes cilindros.
Atualmente, so fabricados desde pequenas
peas como agulhas e pregos at navios.
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Conformao o processo mecnico onde seobtm peas atravs de compresso de metais
Slidos em moldes, utilizando a deformao
plstica da matria-prima para opreenchimento das cavidades dos moldes.
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Elsticidade
Elasticidade o ramo da fsica que estuda ocomportamento de corpos materiais que sedeformam ao serem submetidos a aes
externas (foras devidas ao contato com outroscorpos, ao gravitacional agindo sobre suamassa, etc.), retornando sua forma original
quando a ao externa removida.
http://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica7/21/2019 Conforma Ao Mecanica Salvo Automaticamente
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Plasticidade
Plasticidade a propriedade de um corpomudar de forma de modo irreversvel.
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Deformao elstica
As deformaes elsticas so proporcionais aoesforo aplicado e so deformaes reversveis, ouseja, quando a deformao de tenso que provocoua deformao elstica retirada, o material rochosovolta ao seu estado inicial. Um exemplo dedeformao elstica a sofrida por uma mola ouelstico quando sujeita a tenses. Quando o limiteda elasticidade das rochas ultrapassado, estasentram em ruptura e passam a sofrer deformaesplsticas.
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Deformao plstica
Deformao Plstica quando a tenso no maisproporcional a deformao ocorrendo ento adeformao no recupervel e permanente. A partirda perspectiva atmica, a deformao plsticacorresponde a quebra de ligaes com tomosvizinhos originais em seguida formao de novasligaes com novos tomos vizinhos, uma vez queum grande numero de tomos ou molculas semove em relao uns aos outros; com a remoo datenso, eles no retornam as posies originais.
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Princpio bsico As propriedades mecnicas deum material dependem da:
a- composio qumica
conforme o teor doselementos na composio das ligas;b- estrutura interna orientao e interaes dostomos com os vizinhos nas ligaes qumicasinfluencia o mdulo de elasticidade;c- processamento responsvel pela caractersticafinal do produto. O grau de reduo e atemperatura de conformao influenciam amicroestrutura;d- tratamentos trmicos alteram a microestrutura eas propriedades dos materiais;
Ligaes qumicas:
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Ligaes qumicas:
As ligaes qumicas dependem do tamanho dostomos e das foras de atrao inter-atmicas.So responsveis pela estabilidade energtica da
estrutura eletrnica dos tomos individuaisenvolvidos e so classificadas em primrias esecundrias. As ligaes primrias so
classificadas em inicas, covalentes e metlicas.A principal ligao secundria a de Van derWaals.
Ligao inica
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Ligao inica
Ocorre em compostos cuja composio envolveelementos metlicos como no metlicos. Ostomos de um elemento metlico perdemfacilmente os seus eltrons de valncia para ostomos no metlicos. O cloreto de sdio NaCl omaterial inico clssico. A ligao inica chamadano direcional, isto , a magnitude de ligao igual em todas as direes ao redor do on. responsvel pela temperatura alta de fuso dosmateriais cermicos: fuso do MgO = 2800C.
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Ligao covalente
As configuraes eletrnicas estveis so adquiridaspelo compartilhamento de eltrons entre tomosadjacentes. Cada um contribuir com pelo menosum eltron para a ligao e os eltronscompartilhados podem ser considerados comopertencentes a ambos. A ligao covalente direcional. A fora atrativa entre os tomos grande como no caso do diamante que apresentaalto grau de dureza e elevada temperatura de
fuso. A gua tambm apresenta ligaes comcarter covalente.
Ligao metlica
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Ligao metlica
encontrada nos metais e ligas. Os materiaismetlicos possuem um, dois ou no mximo trseltrons de valncia. A ligao metlica encontrada para os elementos do Grupo IA e IIA na
tabela peridica e para todos os metaiselementares. Os eltrons de valncia formam umanuvem eletrnica uniformemente dispersa emtorno dos ncleos e so responsveis pelascaractersticas de condutividade eltrica e trmicados metais. A ligao metlica apresenta carterno direcional.
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Ligaes de Van der Waals
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Ligaes de Van der Waals
Ligao inter-atmica ou intermolecular mais fracae que ocorre principalmente em gases inertes.Nesses gases, a rbita mais externa de valncia estcompleta e como consequncia, os tomos
possuem atrao mtua muito pequena. Soimportantes na formao dos compostospolimricos e apresentam 3 tipos:- Molculas simtricas (CH4).
- Molculas assimtricas ou polares (H2O).- Pontes de hidrognio (influncia na altatemperatura de evaporao da H2O)
ESTRUTURA CRISTALINA
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ESTRUTURA CRISTALINA
A cristalizao dos metais ocorre durante asolidificao e est relacionado ao fenmeno deequilbrio energtico do sistema. Em condies
ideais o processo caracterizado pela formaoinicial de inmeros centros ou ncleos decristalizao, chamados embries,
aleatoriamente distribudos na massa lquida.
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Estruturas cristalinas
So arranjos regulares, tridimensionais, detomos no espao. A regularidade com que ostomos se agregam nos slidos decorre decondies geomtricas impostas pelos tomos
envolvidos, pelo tipo de ligao atmica e pelacompacidade. Essas estruturas cristalinasobservadas nos slidos so descritas atravs de umconceito geomtrico chamado rede espacial, epodem ser explicadas pelo modo como os poliedrosde coordenao se agrupam, a fim de minimizar aenergia do slido.
Cristalizao
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Cristalizao
a remoo de um soluto de uma soluosaturada, pela formao de um composto slido(tipicamente cristalino), atravs da perda da
solubilidade provocada por um mto.do fsico
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Explicar por que um grupo de tomos se cristaliza em umaestrutura em vez de outra no tarefa fcil devido
complexidade do fenmeno de ligaes atmicas. Podemosestabelecer algumas regras simples, que descrevem quaisfatores so determinantes na agregao dos tomos (poliedrosde coordenao) e ento explicar as estruturas cristalinasobservadas. Este procedimento terico auxilia na compreenso
do modo como estruturas cristalinas individuais se relacionamentre si, tanto geomtrica como quimicamente.
Idealmente, o arranjo mais estvel dos poliedros de coordenaonum cristal ser aquele que minimiza a energia por unidade de
volume ou, em outras palavras, aquele que:
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1. preserva a neutralidade eltrica;
2. satisfaz direcionalidade e ao carter discretode todas as ligaes covalentes;
3. minimiza a forte repulso on-on;
4. agrupa os tomos o mais compactamentepossvel, compatvel com (1), (2) e (3).
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medida que os ncleos de cristalizao incorporamnovos tomos da vizinhana h formao de cristais. Deuma forma geral os materiais metlicos e cermicosapresentam estrutura cristalina com arranjos atmicos
tridimensionais que no se alteram quando as superfciesexternas so alteradas. A estrutura interna de um cristalde quartzo mantida quando as superfcies sodesgastadas para formar gros de areia. Quando o
mesmo elemento qumico apresenta estruturas cristalinasdiferentes em funo da temperatura denominadoalotrpico. Ex: carbono e ferro.
principais fatores que afetam a
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principais fatores que afetam arecristalizaoso
Uma quantidade mnima de deformao prvia: se o trabalho a frio prvio zero, no h energia de ativao para a recristalizao e ficam mantidos osgro originais;quanto maior a deformao prvia, menor ser a temperatura derecristalizao;
Quanto menor a temperatura, maior o tempo necessrio recristalizao;Quanto maior a deformao prvia, menor ser o tamanho de gro resultante(pois ser maior o nmero de ncleos a partir dos quais crescero os novosgros).OBS: Uma estrutura de gros grosseiros apresenta propriedades mecnicaspobres, ao passo que um tamanho de gro fino fornece ao material alta
resistncia sem diminuir-lhe muito a ductilidade.Adies de elementos de liga tendem a aumentar a temperatura derecristalizao (pois retardam a difuso).
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Conformao
Caractersticas
Os processos de conformao mecnica alterama geometria do material atravs de forasaplicadas por ferramentas adequadas que
podem variar desde pequenas matrizes atgrandes cilindros, como os empregados nalaminao. Em funo da temperatura e domaterial utilizado a conformao mecnica podeser classificada como trabalho a frio, a morno ea quente.
http://www.cimm.com.br/portal/noticia/material_didatico/6462http://www.cimm.com.br/portal/noticia/material_didatico/64627/21/2019 Conforma Ao Mecanica Salvo Automaticamente
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Cada um destes trabalhos fornecercaractersticas especiais ao material e peaobtida. Estas caractersticas sero funo da
matria prima utilizada como composioqumica e estrutura metalrgica (natureza,tamanho, forma e distribuio das fasespresentes) e das condies impostas pelo
processo tais como o tipo e o grau dedeformao, a velocidade de deformao e atemperatura em que o material deformado
Principais processos de Conformao
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Principais processos de Conformao
O nmero dos diferentes processos unitrios deconformao mecnica, desenvolvidos paraaplicaes especficas, atinge atualmente algumascentenas. No obstante, possvel classific-los
num pequeno nmero de categorias, com base emcritrios tais como: o tipo de esforo que provoca adeformao do material, a variao relativa daespessura da pea, o regime da operao deconformao, o propsito da deformao.Basicamente, os processos de conformaomecnica podem ser classificados em
d f
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Principais processos de Conformao
Forjamento
Laminao
Trefilao
Extruso
Conformao de chapas (Embutimento,estiramento, Corte e dobramento)
T b lh F i
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Trabalho a Frio
O trabalho a frio acompanhado doencruamento (ingls "strain hardening") dometal, que ocasionado pela interao dasdiscordncias entre si e com outras barreiras tais como contornos de gro que impedem oseu movimento atravs da rede cristalina. Adeformao plstica produz tambm um
aumento no nmero de discordncias, as quais,em virtude de sua interao, resultam numelevado
estado de tenso interna na rede cristalina Um
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estado de tenso interna na rede cristalina. Ummetal cristalino contm em mdia 106a 108cm
de discordncias por cm3
, enquanto que ummetal severamente encruado apresenta cerca de1012 cm de discordncias por cm3. A estruturacaracterstica do estado encruado examinada aomicroscpio eletrnico, apresenta dentro decada gro, regi es pobres em discordncias,cercadas por um emaranhado altamente denso
de discordncias nos planos de deslizamento.
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Tudo isto resulta macroscopicamente numaumento de resistncia e dureza e numdecrscimo da ductilidade do material (ver
figura). Num ensaio de trao, isso se traduz noaumento da tenso de escoamento, Y, e dolimite de resistncia, Sr, bem como no
decrscimo do alongamento total (alongamentona fratura.
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A figura mostra que o limite de escoamento, Y,cresce mais rapidamente e se aproxima do
limite de resistncia, Sr, enquanto que aductilidadeexpressa aqui como efcai demodo bastante brusco aps uma limitada
quantidade de trabalho a frio. A microestruturatambm muda, com os gros se alongando nadireo de maior deformao, podendo o
material como um todo desenvolverpropriedades direcionais (anisotropia).
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Anisotropia (ani: no, iso: igual, tropia: volta) acaracterstica que uma substncia possui emque uma certa propriedade fsica varia com a
direo.
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O encruamento de um metal pode ser definidocomo sendo o seu endurecimento pordeformao plstica. Ocorre basicamente porqueos metais se deformamplasticamente por
movimento de discordncias e estas interagemdiretamente entre si ou com outras imperfeies,ou indiretamente com o campo de tensesinternas de vrias imperfeies e obstculos.Estas interaes levam a uma reduo namobilidadedas discordncias, o que acompanhada pela necessidade de uma tensomaior para provocar maior deformao plstica.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Deforma%C3%A7%C3%A3ohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Mobilidadehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Mobilidadehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Tens%C3%A3ohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Tens%C3%A3ohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Mobilidadehttp://pt.wikipedia.org/wiki/Deforma%C3%A7%C3%A3o7/21/2019 Conforma Ao Mecanica Salvo Automaticamente
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O encruamento pode ser tambm chamado detrabalho a frio porque este fenmeno acontece
em temperaturas abaixo da temperatura derecristalizao. Por tanto, aumentando atemperatura os efeitos do aumento da
resistncia do metal adquiridos pelo processo detrabalho a frio, podem ser diminudos ate voltars suas propriedades originais.1
A temperatura de recristalizao a temperatura em que o metal recristaliza no
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perodo de uma hora.2. Este processo pode acontecer no recozimento do metal eexistem trs etapas definidas: recuperao, recristalizao, e crescimento de gro.
Na recuperao existe uma reduo das discordncias devido a difuso dos
tomos. Os tomos se movimentam devido a energia recebida pelo aumento datemperatura, e sendo esta superior a energia interna contida pelas tenses criadasdas discordncias, permitem que parcialmente ou totalmente se movimentem.
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A recristalizao a etapa em que acontece arecriao dos gros. Estes esto aindadeformados apos a recuperao e passam a
ser criados novos gros com configuraoequiaxial. Para isto deve acontecer amovimentao dos contornos de gro e a
criao de novos gros. A temperatura derecristalizao aquela na qual em umperodo de uma hora se chega nesta etapa.
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O crescimento de gropode acontecer ou nodependendo se o metal deixado a uma temperaturaelevada. Os gros se unem, e assim aumentam detamanho.
Equiaxial
http://pt.wikipedia.org/wiki/Gr%C3%A3o_(metalurgia)http://pt.wikipedia.org/wiki/Gr%C3%A3o_(metalurgia)7/21/2019 Conforma Ao Mecanica Salvo Automaticamente
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