MATERIAIS PARA ENGENHARIA DE PETRÓLEO

- EPET069 -

Conformação dos Metais

Fundamentos da Conformação Plástica

Diagrama Tensão x Deformação

CONFORMAÇÃO DOS METAIS

Fundamentos da Conformação Plástica

Diagrama Tensão x Deformação

CONFORMAÇÃO DOS METAIS

Fundamentos da Conformação Plástica

Parâmetros de mudança de forma

CONFORMAÇÃO DOS METAIS

Fundamentos da Conformação Plástica

Resistência à mudança de forma

CONFORMAÇÃO DOS METAIS

Fundamentos da Conformação Plástica

Força de conformação (𝐹𝑐)

CONFORMAÇÃO DOS METAIS

Trabalho na conformação (𝑊)

𝐹𝑐 = 𝐴0 × 𝑘𝑓

𝑊 = 𝑉 × 𝑎

𝐴0 - Área inicial da seção transversal

𝑉 – Volume do material deformado;

𝑎 – Área varrida sob a curva de encruamento

No processo de laminação

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação

No processo de laminação

Condições de arrasto da peça;

𝜇 ≥ 𝑡𝑔𝛼

𝜇 – Coeficiente de atrito entre o cilindro de laminação e a peça;

𝛼 – ângulo de contato;

𝛼 =∆ℎ

𝑅

𝑅 – Raio de curvatura do cilindro de laminação

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação

No processo de laminação

Condições para redução máxima

∆ℎ𝑚á𝑥= 𝜇2 × 𝑅

Comprimento de arco de contato (𝐿)

𝐿 = 𝑅 × ∆ℎ

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação

No processo de laminação

Cálculo da carga de laminação (laminação a frio)

𝑃 = 𝜎0 × 𝐴

𝜎0 – Tensão de escoamento do material laminado

𝐴 – Área de contato

𝑃 = 1,2 × 𝜎0 × 𝐴

𝑃

𝑤= 1,2 × 𝜎0 × 𝑅 × ∆ℎ

ou

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação

No processo de laminação

Cálculo da carga de laminação (laminação a quente)

Equação de Sims:

𝑃

𝑤= 𝜎0 × 𝑅 × ∆ℎ × 𝑄𝑠

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação

No processo de laminação

Cálculo da carga de laminação (laminação a quente)

Equação de Ekelund:

𝑃

𝑤= 𝜎0 × 𝑅 × ∆ℎ × 𝑄𝑒

𝑄𝑒 = 1 +1,6𝜇𝐿 − 1,2∆ℎ

ℎ𝑖 + ℎ𝑓

onde,

𝜇 = 0,8(1,05 − 0,0005𝑇)

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação

No processo de laminação

Cálculo da carga de laminação (laminação a quente)

Equação de Orean-Pascoe:

𝑃

𝑤= 𝜎0 × 𝑅 × ∆ℎ × 𝑄𝑝

𝑄𝑝 =1

4𝑛 +

𝑅

ℎ𝑓

∆ℎ

ℎ𝑓

onde,

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação

No processo de laminação

Cálculo do torque de laminação (𝑀)

𝑀 = 2𝑃𝜆𝐿

𝜆 – Fator que leva em consideração a deformação elástica do cilindro de

laminação (0,5 a quente; 0,45 a frio)

Potência de laminação (𝑁)

𝑁 = 2𝜋𝑛𝑀

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação

Especificação do cilindro de laminação

• Sem ranhuras (placas e chapas);

• Com ranhuras (perfis e barras);

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação

Classificação dos produtos laminados:

• Semiacabados: blocos, placas e tarugos

(palanquilhas);

• Acabados: planos e não planos;

Tarugo

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Laminação

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Forjamento

Forjamento é o processo de conformação mecânica do

qual se obtém a forma desejada da peça por

martelamento ou aplicação gradativa de pressão;

Temperaturas de aplicações do forjamento:

• a quente (convencional);

• a frio.

Categorias do forjamento:

• Forjamento livre ou em matriz aberta;

• Em matriz fechada ou em matriz.

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Forjamento

(a) Forjamento em matriz aberta e (b) Forjamento em matriz fechada

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Forjamento

• Forjamento em matriz aberta:

• usado quando o número de peças é

relativamente pequeno e o tamanho delas é

grande (eixos de turbinas e de navios, grandes

virabrequins e anéis);

• Forjamento em matriz fechada:

• o metal deve assumir a forma esculpida nas

duas matrizes, havendo restrições ao livre

espalhamento do material.

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Forjamento

Equipamentos utilizados:

• Martelos: provocam deformação no metal por

impacto;

• Prensas: submetem o metal a uma força de

compressão em baixa velocidade.

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Forjamento

Classificação:

• A classificação desses produtos pode se dar

considerando o processo a que foram submetidos e

da qualidade particularmente dimensional do

produto acabado.

• Assim, podem ser:

• forjados em matriz aberta e forjados em

matriz fechada;

• forjados em martelos;

• forjados em máquinas forjadas;

• forjados a quente ou a frio;

• forjados em diferentes níveis de precisão

dimensional.

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Forjamento

Cálculo do esforço no forjamento (𝑃)

Estado plano de deformação

𝑃 = 𝑃𝑚(𝑎𝑏)

𝑃𝑚 = 𝜎0 1 +𝜇𝑏

2ℎ

e

onde,

𝑃 – esforço ou pressão de forjamento para deformar a peça

𝑃𝑚 – a carga media agindo sobre a interface metal/matriz

𝑎𝑏 – área afetada pela pressão 𝑃 exercida pela matriz

𝜎0 – tensão media de escoamento do metal forjado

𝜇 – coeficiente de atrito entre as interfaces de forjamento

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Forjamento

Cálculo do esforço no forjamento

A trefilação realiza-se pela operação de conduzir um fio (uma

barra ou tubo) através de uma ferramenta denominada fieira, de

formato externo cilíndrico e que contém um furo no centro por

onde passa o fio.

Esse furo, com diâmetro decrescente, apresenta um perfil na

forma de funil curvo ou cônico

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Trefilação

A passagem do fio pela fieira provoca a redução de sua seção e,

como a operação é comumente realizada a frio, ocorre o

encruamento com alteração das propriedades mecânicas do

material do fio.

Essa alteração se dá no sentido da redução da ductilidade e do

aumento da resistência mecânica.

Portanto, entre as diversas etapas da trefilação, pode ocorrer a

necessidade de se realizarem tratamentos térmicos de

recozimento, para diminuir o efeito do encruamento e para

fornecer à peça ductilidade suficiente para a continuidade do

processo.

OPERAÇÕES DE CONFORMAÇÃO DOS METAIS Trefilação