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Caractersticas Os processos de conformao mecnica alteram a geometria do material atravs de foras aplicadas por ferramentas adequadas que podem variar desde pequenas matrizes at grandes cilindros, como os empregados na laminao. Em funo da temperatura e do material utilizado a conformao mecnica pode ser classificada como trabalho a frio, a morno e a quente. Cada um destes trabalhos fornecer caractersticas especiais ao material e pea obtida. Estas caractersticas sero funo da matria prima utilizada como composio qumica e estrutura metalrgica (natureza, tamanho, forma e distribuio das fases presentes) e das condies impostas pelo processo tais como o tipo e o grau de deformao, a velocidade de deformao e a temperatura em que o material deformado. Principais processos de Conformao O nmero dos diferentes processos unitrios de conformao mecnica, desenvolvidos para aplicaes especficas, atinge atualmente algumas centenas. No obstante, possvel classific-los num pequeno nmero de categorias, com base em critrios tais como: o tipo de esforo que provoca a deformao do material, a variao relativa da espessura da pea, o regime da operao de conformao, o propsito da deformao. Basicamente, os processos de conformao mecnica podem ser classificados em: Forjamento: Conformao por esforos compressivos tendendo a fazer o material assumir o contorno da ferramenta conformadora, chamada matriz ou estampo. Laminao: Conjunto de processos em que se faz o material passar atravs da abertura entre cilindros que giram, modificando-lhe (em geral reduzindo) a seo transversal; os produtos podem ser placas, chapas, barras de diferentes sees, trilhos, perfis diversos, anis e tubos. Trefilao: Reduo da seo transversal de uma barra, fio ou tubo, puxando-se a pea atravs de uma ferramenta (fieira, ou trefila) com forma de canal convergente. Extruso: Processo em que a pea empurrada contra a matriz conformadora, com reduo da sua seo transversal. A parte ainda no extrudada fica contida num recipiente ou cilindro (container); o produto pode ser uma barra, perfil ou tubo. Conformao de chapas: Compreende as operaes de: Embutimento; Estiramento; Corte; Dobramento. emperatura na Conformao

Os processos de conformao so comumente classificados em operaes de trabalho a quente, a morno e a frio. O trabalho a quente definido como a deformao sob condies de temperatura e taxa de deformao tais que processos de recuperao e recristalizao ocorrem simultaneamente com a deformao. De outra forma, o trabalho a frio a deformao realizada sob condies em que os processos de recuperao e recristalizao no so efetivos. No trabalho a morno ocorre recuperao, mas no se formam novos gros (no h recristalizao). No trabalho a quente, devido intensa vibrao trmica -que facilita muito a difuso de tomos e a mobilidade e aniquilamento das discordncias - o encruamento e a estrutura distorcida dos gros produzida pela deformao, so rapidamente eliminados pela formao de novos gros livres de deformao, como resultado da recristalizao. possvel conseguir grandes nveis de deformao, uma vez que os processos de recuperao e recristalizao acompanham a deformao. Ela ocorre a uma tenso constante. E como a tenso de escoamento plstico decresce com o aumento da temperatura,ver figura, a energia necessria para a deformao geralmente muito menor para o trabalho a quente do que para o trabalho a frio ou a morno.

VARIAO DA TENSO DE COMPRESSO COM A DEFORMAO EM FUNO DA TEMPERATURA PARA UM AO DE BAIXO CARBONO No trabalho a frio, como o encruamento no aliviado, a tenso aumenta com a deformao. Assim a deformao total- que possvel de se obter sem causar fratura- menor no trabalho a frio do que no trabalho a quente e a morno. Exceto quando se realizam tratamentos trmicos de recozimento para aliviar os efeitos do encruamento. No trabalho a morno ocorre uma recuperao parcial da ductilidade do material e a tenso de conformao situa-se numa faixa intermediria entre o trabalho a frio e a quente.

Costuma-se definir, para fins prticos, as faixas de temperaturas do trabalho a quente, a morno e a frio baseadas na temperatura homloga, que permite a normalizao do comportamento do metal, ver figura. Em um metal puro, que no sofre transformao de fase no estado slido, os pontos de referncia em termos de temperatura so: o zero absoluto e o ponto de fuso. Estes pontos, traduzidos em graus Kelvin, estabelecem os extremos da escala homloga de temperaturas.

REPRESENTAO DA TEMPERATURA HOMLOGA E DAS FAIXAS DE TEMPERATURA : trabalho a frio (TF), a morno (TM) e a quente (TQ). Em termos de conformao mecnica, chama-se de: trabalho a quente (TQ) aquele que executado em temperaturas acima de 0,5Tf trabalho a morno (TM), executado na faixa compreendida (grosseiramente) entre 0,3 e 0,5 Tf e trabalho a frio (TF) aquele que executado entre 0 e 0,3 Tf . importante compreender que a distino bsica entre TQ e TF portanto, funo da temperatura em que se d a recristalizao efetiva do material. Assim, embora para muitas ligas comerciais a temperatura do TQ seja realmente elevada em relao ambiente, para metais como Pb e Sn, que se recristalizam rapidamente temperatura ambiente aps grandes deformaes, a conformao temperatura ambiente TQ. Por outro lado, a conformao a 1100C TF para o tungstnio, cuja temperatura de recristalizao superior a esta, embora seja TQ para o ao.

Gerao de Calor na Conformao Mecnica Nos processos de conformao, tanto a deformao plstica quanto o atrito contribuem para a gerao de calor. Da energia empregada na deformao plstica de um metal, apenas 5 a 10% ficam acumulados na rede cristalina, sob a forma de energia interna, sendo os restantes 90 a 95% convertidos em calor. Em algumas operaes de conformao contnua, como extruso e trefilao, efetuadas em altas velocidades, a temperatura pode aumentar de centenas de graus. Uma parte do calor gerado dissipada (transmitido s ferramentas ou perdido para a atmosfera), mas o restante permanece na pea, elevando-lhe a temperatura.

Em condies idealmente adiabticas e sem atrito, o mximo acrscimo terico de temperatura devido deformao plstica dado pela expresso:

Para uma deformao e = 1,0 tem-se DTmx igual a 74C para alumnio, 277C para ferro e 571C para o titnio. Se a velocidade de um dado processo alta, a perda do calor gerado ser pequena e o aumento efetivo da temperatura ser prximo do valor terico. &nsp; Faixas de Temperaturas Permissveis no Trabalho a Quente O limite inferior de temperatura para o trabalho a quente de um metal a menor temperatura para a qual a taxa de recristalizao rpida o bastante para eliminar o encruamento quando o metal est submetido quela temperatura. Para um dado metal ou liga metlica a menor temperatura de trabalho a quente depender de fatores tais como a quantidade de deformao e o tempo em que o material estar submetido a temperatura em questo. Uma vez que quanto maior o nvel de deformao menor a temperatura de recristalizao, o limite inferior de temperatura para o trabalho a quente diminuir para grandes deformaes. Um metal trabalhado com elevada velocidade de deformao e resfriado rapidamente ir requerer uma temperatura de trabalho a quente maior do que se este for deformado e resfriado vagarosamente, para a obteno de um mesmo nvel final de deformao. O limite superior de trabalho a quente determinado pela temperatura em que ocorre o incio de fuso ou o excesso de oxidao. Geralmente, a temperatura mais elevada de trabalho a quente limitada bem abaixo do ponto de fuso devido a possibilidade de fragilizao quente (existncia de compostos com menor ponto de fuso). Basta uma pequena quantidade de um filme de constituinte com baixo ponto de fuso nos contornos de gro para fazer um material desagregar-se quando deformado (fragilidade a quente). Geralmente emprega-se Tmax Tf 55C (ou Tf 100F) para evitar esta possibilidade. Para uma dada condio de presso e temperatura de trabalho haver uma quantidade mxima de deformao que pode ser fornecida pea (limitao esta baseada na resistncia ao escoamento, e no na ductilidade), como mostrado na figura. Se a temperatura de pr - aquecimento do tarugo inicial aumenta, a resistncia diminui e a deformao aumenta para uma dada presso aplicada; assim, as curvas "isobricas" aumentam com a temperatura, que obviamente ser sempre inferior linha solidus. A fragilizao a quente limita a temperatura de trabalho a valores inferiores

temperatura solidus. E visto que com taxas de deformao altas ficar retido mais calor na pea. A temperatura da pea dever ser menor para evitar que ela atinja a faixa de fragilidade a quente.

DIAGRAMA ESQUEMTICO DOS EFEITOS DE TEMPERATURA, PRESSO E TAXA DE DEFORMAO SOBRE A FAIXA DE TRABALHO PERMISSVEL NA CONFORMAO A QUENTE

O trabalho a frio acompanhado do encruamento (ingls "strain hardening") do metal, que ocasionado pela interao das discordncias entre si e com outras barreiras tais como contornos de gro que impedem o seu movimento atravs da rede cristalina. A deformao plstica produz tambm um aumento no nmero de discordncias, as quais, em virtude de sua interao, resultam num elevado estado de tenso interna na rede cristalina. Um metal cristalino contm em mdia 106 a 108 cm de discordncias por cm3, enquanto que um metal severamente encruado apresenta cerca de 1012 cm de discordncias por cm3. A estrutura caracterstica do estado encruado examinada ao microscpio eletrnico, apresenta dentro de cada gro, regies pobres em discordncias, cercadas por um emaranhado altamente denso de discordncias nos planos de deslizamento. Tudo isto resulta macroscopicamente num aumento de resistncia e dureza e num decrscimo da ductilidade do material (ver figura). Num ensaio de trao, isso se traduz no aumento da tenso de escoamento, Y, e do limite de resistncia, Sr, bem como no decrscimo do alongamento total (alongamento na fratura), ef.

AUMENTO DO LIMITE DE ESCOAMENTO E DE RESISTNCIA TRAO E DIMINUIO DO ALONGAMENTO (e reduo de rea na fratura)COM O ENCRUAMENTO DEVIDOS AO TRABALHO A FRIO A figura mostra que o limite de escoamento, Y, cresce mais rapidamente e se aproxima do limite de resistncia, Sr, enquanto que a ductilidade expressa aqui como ef cai de modo bastante brusco aps uma limitada quantidade de trabalho a frio. A microestrutura tambm muda, com os gros se alongando na direo de maior deformao, podendo o material como um todo desenvolver propriedades direcionais (anisotropia). OBS: VIDEO CIMM. Trabalho a Morno

Os processos de deformao a morno objetivam aliar as vantagens das conformaes a quente e a frio. Dos processos de conformao a morno um dos mais difundidos e com maiores aplicaes industriais o forjamento. O trabalho a morno consiste na conformao de peas numa faixa de temperaturas onde ocorre o processo de recuperao portanto, o grau de endurecimento por deformao consideravelmente menor do que no trabalho a frio. Existe alguma controvrsia sobre a faixa de temperaturas empregada na conformao a morno dos aos mas, certamente se torna importante entre 500 e 800 C. A temperatura inferior de conformao limitada em aproximadamente 500C devido a possibilidade de ocorrncia da "fragilidade azul" em temperaturas mais baixas. Esta fragilizao aumenta a tenso de escoamento e diminui a ductilidade. Ela ocorre em temperaturas em torno de 200 a 400C onde, tomos intersticiais difundem-se durante a deformao formando atmosferas em torno das discordncias geradas, ancorando-as. O nome azul refere-se a colorao do xido formado na superfcie do ao nesta faixa de temperaturas.

Com relao ao trabalho a quente o processo a morno apresenta melhor acabamento superficial e preciso dimensional devido diminuio da oxidao e da dilatao contrao do material e da matriz. Estas caractersticas permitem se ter menores ngulos de sada (pode-se utilizar maiores cargas para a retirada da pea das matrizes sem deformar o produto). A maior desvantagem da conformao a morno com relao ao processo a quente o aumento do limite de escoamento que ocorre com o abaixamento da temperatura de deformao. O aumento da carga de conformao implicar na necessidade de se empregar prensas mais potentes e ferramentas mais resistentes. Os tarugos para a conformao, por sua vez, podem requerer decapagem para remoo de carepa e utilizao de lubrificantes durante o processo. Em relao ao trabalho a frio o processo a morno apresenta reduo dos esforos de deformao, o que permite a conformao mais fcil de peas com formas complexas, principalmente em materiais com alta resistncia. A conformao a morno melhora ainda a ductilidade do material e elimina a necessidade de recozimentos intermedirios que consomem muita energia e tempo. Trabalho a Quente

O trabalho a quente a etapa inicial na conformao mecnica da maioria dos metais e ligas. Este trabalho no s requer menos energia para deformar o metal e proporciona maior habilidade para o escoamento plstico sem o surgimento de trincas como tambm ajuda a diminuir as heterogeneidades da estrutura dos lingotes fundidos devido as rpidas taxas de difuso presentes s temperaturas de trabalho a quente. As bolhas de gs e porosidades so eliminadas pelo caldeamento destas cavidades e a estrutura colunar dos gros grosseiros da pea fundida quebrada e refinada em gros equiaxiais recristalizados de menor tamanho. As variaes estruturais devido ao trabalho a quente proporcionam um aumento na ductilidade e na tenacidade, comparado ao estado fundido. Geralmente, a estrutura e propriedades dos metais trabalhados a quente no so to uniformes ao longo da seo reta como nos metais trabalhados a frio e recozidos, j que a deformao sempre maior nas camadas superficiais. O metal possuir gros recristalizados de menor tamanho nesta regio. Como o interior do produto estar submetido a temperaturas mais elevadas por um perodo de tempo maior durante o resfriamento do que as superfcies externas, pode ocorrer crescimento de gro no interior de peas de grandes dimenses, que resfriam vagarosamente a partir da temperatura de trabalho. A maioria das operaes de TQ executada em mltiplos passes ou estgios; em geral, nos passes intermedirios a temperatura mantida bem acima do limite inferior do trabalho a quente para se tirar vantagem da reduo na tenso de escoamento, embora com o risco de um crescimento de gro. Como, porm, desejase usualmente um produto com tamanho de gro pequeno, a temperatura dos ltimos passes (temperatura de acabamento) bem prxima do limite inferior e a quantidade

de deformao relativamente grande. Pequenos tamanhos de gros daro origem a peas com melhor resistncia e tenacidade. Vantagens e desvantagens do Trabalho a Quente: De um ponto-de-vista prtico o TQ que o estgio inicial da conformao dos materiais e ligas apresenta um certo nmero de vantagens, mas tambm de problemas, como listado em seguida. Vantagens: menor energia requerida para deformar o metal, j que a tenso de escoamento decresce com o aumento da temperatura; aumento da capacidade do material para escoar sem se romper (ductilidade); homogeneizao qumica das estruturas brutas de fuso (e.g., eliminao de segregaes) em virtude da rpida difuso atmica interna; eliminao de bolhas e poros por caldeamento; eliminao e refino da granulao grosseira e colunar do material fundido, proporcionado gros menores, recristalizados e equiaxiais; aumento da tenacidade e ductilidade do material trabalhado em relao ao bruto de fuso. Desvantagens: necessidade de equipamentos especiais (fornos, manipuladores, etc.) e gasto de energia para aquecimento das peas; reaes do metal com a atmosfera do forno, levando as perdas de material por oxidao e outros problemas relacionados (p.ex., no caso dos aos, ocorre tambm descarbonetao superficial; metais reativos como o titnio ficam severamente fragilizados pelo oxignio e tem de ser trabalhados em atmosfera inerte ou protegidos do ar por uma barreira adequada); formao de xidos, prejudiciais para o acabamento superficial; desgaste das ferramentas maior e a lubrificao difcil; necessidade de grandes tolerncias dimensionais por causa de expanso e contrao trmicas; estrutura e propriedades do produto resultam menos uniformes do que em caso de TF seguido de recozimento, pois a deformao sempre maior nas camadas superficiais produz nas mesmas uma granulao recristalizada mais fina, enquanto que as camadas centrais, menos deformadas e sujeitas a um resfriamento mais lento, apresentam crescimento de gros.

Laminao - Introduo - Fundamentos

O que laminao: o processo de conformao mecnica que consiste em modificar a seo transversal de um metal na forma de barra, lingote, placa, fio, ou tira, etc., pela passagem entre dois cilindros com geratriz retilnea (laminao de produtos planos) ou contendo canais entalhados de forma mais ou menos complexa (laminao de produtos no planos), sendo que a distncia entre os dois cilindros deve ser menor que a espessura inicial da pea metlica. Uso - Vantagens: o processo de transformao mecnica de metais mais utilizado pois, apresenta alta produtividade e um controle dimensional do produto acabado que pode ser bastante preciso. Esforos envolvidos: na laminao o material submetido a tenses compressivas elevadas, resultantes da ao de prensagem dos rolos e a tenses cisalhantes superficiais, resultantes do atrito entre os rolos e o material. As foras de atrito so tambm responsveis pelo ato de "puxar" o metal para dentro dos cilindros. Etapas: A reduo ou desbaste inicial dos lingotes em blocos, tarugos ou placas realizada normalmente por laminao a quente. Depois dessa fase segue-se uma nova etapa de laminao a quente para transformar o produto em chapas grossas, tiras a quente, vergalhes, barras, tubos, trilhos ou perfis estruturais. A laminao a frio que ocorre aps a laminao de tiras a quente produz tiras a frio de excelente acabamento superficial, com boas propriedades mecnicas e controle dimensional do produto final bastante rigoroso Laminadores

Um laminador consiste basicamente de cilindros (ou rolos), mancais, uma carcaa chamada de gaiola ou quadro para fixar estas partes e um motor para fornecer potncia aos cilindros e controlar a velocidade de rotao. As foras envolvidas na laminao podem facilmente atingir milhares de toneladas, portanto necessria uma construo bastante rgida, alm de motores muito potentes para fornecer a potncia necessria. O custo, portanto de uma moderna instalao de laminao da ordem de milhes de dlares e consome-se muitas horas de projetos uma vez que esses requisitos so multiplicados para as sucessivas cadeiras de laminao contnua (tandem mill). Utilizam-se variadas disposies de cilindros na laminao, o mais simples constitudo por dois cilindros de eixo horizontais, colocados verticalmente um sobre o outro. Este equipamento chamado de laminador duo e pode ser reversvel ou no. Nos duos no reversveis, figura a), o sentido do giro dos cilindros no pode ser invertido e o material s pode ser laminado em um sentido. Nos reversveis, figura

b), a inverso da rotao dos cilindros permite que a laminao ocorra nos dois sentidos de passagem entre os rolos. No laminador trio, figura c), os cilindros sempre giram no mesmo sentido. Porm, o material pode ser laminado nos dois sentidos, passando-o alternadamente entre o cilindro superior e o intermedirio e entre o intermedirio e o inferior. A medida que se laminam materiais cada vez mais finos, h interesse em utilizar cilindros de trabalho de pequeno dimetro. Estes cilindros podem fletir, e devem ser apoiados por cilindros de encosto, figura d). Este tipo de laminador denomina-se qudruo, podendo ser reversvel ou no. Quando os cilindros de trabalho so muito finos, podem fletir tanto na direo vertical quanto na horizontal e devem ser apoiados em ambas as direes; um laminador que permite estes apoios o Sendzimir, figura e). Um outro laminador muito utilizado o universal, que dispe de dois pares de cilindros de trabalho, com eixos verticais e horizontais, figura f). Existem outros tipos de laminadores mais especializados, como o planetrio, passo peregrino, Mannesmann, de bolas, etc.

ARRANJOS TPICOS DE CILINDROS: ( a) - laminador duo; ( b) - laminador duo reversvel; (c) - laminador trio; (d) - laminador qudruo, (e) - laminador Sendzimir e ( f ) - laminador universal. A figura (a) abaixo mostra uma vista esquemtica de um laminador duo, constitudo por um quadro, dois cilindros de trabalho e os mancais nos quais giram os cilindros. Neste laminador o cilindro inferior fixo e o cilindro superior pode mover-se, durante a operao, atravs de um sistema de parafusos. Este movimento tambm pode ter acionamento hidrulico. Os quadros so construdos de ao ou ferro fundido e podem ser do tipo aberto ou fechado. O quadro fechado constitudo por uma pea inteiria e os cilindros devem ser colocados ou retirados por um movimento paralelo ao seu eixo. A parte superior do quadro aberto removvel e denomina-se chapu; neste caso, os cilindros so retirados por um movimento vertical, aps a remoo do chapu, figura (b). O quadro fechado mais resistente que o aberto, mas apresenta maiores problemas para troca de cilindros.

LAMINADOR DUO TPICO , com cilindro regulvel durante a operao a).

LAMINADOR DUO TPICO, b) Vista lateral de quadros fechados e abertos. Os cilindros de laminao so de ao fundido ou forjado, ou de ferro fundido, coquilhados ou no; compem-se de trs partes, figura abaixo: a mesa, onde se realiza a laminao, e pode ser lisa ou com canais; os pescoos, onde se encaixam os mancais; os trevos ou garfos de acionamento. Os cilindros so aquecidos pelo material laminado a quente e de grande importncia um resfriamento adequado deles, usualmente atravs de jatos de gua. Os mancais dos cilindros servem de apoio a estes cilindros; eventuais deformaes destas peas provocariam variaes dimensionais nos produtos, o que altamente indesejvel. Trs tipos de mancais so usados em laminadores: mancais de frico, onde o pescoo gira sobre casquilhos de bronze, madeira, etc., devidamente lubrificados; mancais de rolamento; mancais a filme de leo sob presso (tipo Morgoil). 1 2 PARTES DE UM CILINDRO DE LAMINAO LAMINAO A QUENTE

Quando o ao lingotado convencionalmente, a primeira operao de laminao ocorre em um laminador desbastador (blooming, slabbing mill), que usualmente um duo reversvel cuja distncia entre os rolos pode ser variada durante a operao. Na operao de desbaste utiliza-se tambm laminadores universais, o que permite um melhor esquadrinhamento do produto. Os produtos desta etapa so blocos (blooms, seo quadrada) ou placas (slab, seo retangular).

As placas so laminadas at chapas grossas (material mais espesso) ou tiras a quente. Na laminao de chapas grossas utilizam-se laminadores duos ou qudruos reversveis, sendo este ltimo o mais utilizado. Na laminao de tiras, comumente utilizam laminadores duos ou qudruos reversveis numa etapa preparadora e um trem contnuo de laminadores qudruos. A figura abaixo mostra esquematicamente um trem contnuo de laminao. O material, aps a laminao ento, bobinado a quente, decapado e oleado indo a seguir para o mercado ou para a laminao a frio. Deve-se observar que, com o lingotamento contnuo, produzem-se placas e tarugos diretamente da mquina de lingotar, evitando-se uma srie de operaes de laminao, em especial a laminao desbastadora. As indstrias de transformao de no ferrosos operam com uma diversidade muito grande de produtos, portanto os equipamentos utilizados na laminao a quente desses materiais so muito menos especializados do que os empregados na laminao a quente de aos. Os lingotes de materiais no ferrosos so menores e as tenses de escoamento so normalmente mais baixas do que as dos materiais ferrosos, o que permite o uso de laminadores de pequeno porte. Laminadores duos ou trios so normalmente usados para a maioria dos metais no ferrosos na laminao a quente, entretanto, laminadores qudruos contnuos so usados para as ligas de alumnio. Obs vdeo.

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LAMINAO A FRIO

Compartilhar A laminao a frio empregada para produzir folhas e tiras com acabamento superficial e com tolerncias dimensionais superiores quando comparadas com as tiras produzidas por laminao a quente. Alm disso, o encruamento resultante da reduo a frio pode ser aproveitado para dar maior resistncia ao produto final. Os materiais de partida para a produo de tiras de ao laminadas a frio so as bobinas a quente decapadas. A laminao a frio de metais no ferrosos pode ser realizada a partir de tiras a quente ou, como no caso de certas ligas de cobre, diretamente de peas fundidas. Trens de laminadores qudruos de alta velocidade com trs a cinco cadeiras so utilizados para a laminao a frio do ao, alumnio e ligas de cobre. Normalmente esses trens de laminao so concebidos para terem trao avante e a r. A laminao contnua tem alta capacidade de produo, o que resulta num custo de produo baixo. A reduo total atingida por laminao a frio geralmente varia de 50 a 90%. Quando se estabelece o grau de reduo em cada passe ou em cada cadeira de laminao, deseja-se uma distribuio to uniforme quanto possvel nos diversos passes sem

haver uma queda acentuada em relao reduo mxima em cada passe. Normalmente, a porcentagem de reduo menor feita no ltimo passe para permitir um melhor controle do aplainamento, bitola e acabamento superficial. A eliminao do limite de escoamento descontnuo nas tiras de ao recozido um problema prtico muito importante, pois a ocorrncia deste fenmeno provoca uma deformao heterognea em posterior processamento (linhas de Lders). Isto devido ao alongamento descontnuo do limite de escoamento. A prtica normal dar uma pequena reduo final a frio no ao recozido, chamada de passe de encruamento superficial, que elimina o alongamento descontnuo do limite de escoamento. Esse passe de acabamento tambm resulta numa melhora da qualidade superficial e controle dimensional. Outros mtodos podem ser utilizados na melhoria do controle dimensional das tiras ou folhas laminadas, entre estes esto o aplainamento por rolos e o desempeno por trao. 4 LAMINAO DE BARRAS E PERFIS

Barras de seo circular e hexagonal e perfis estruturais como: vigas em I, calhas e trilhos so produzidos em grande quantidade por laminao a quente com cilindros ranhurados, conforme mostrado abaixo. A laminao de barras e perfis difere da laminao de planos, pois a seo transversal do metal reduzida em duas direes. Entretanto, em cada passe o metal normalmente comprimido somente em uma direo. No passe subseqente o material girado de 90o. Uma vez que o metal se expande muito mais na laminao a quente de barras do que na laminao a frio de folhas, o clculo da tolerncia necessria para a expanso um problema importante no planejamento dos passes para barras e perfis. Um mtodo tpico para reduzir um tarugo quadrado numa barra alternando-se passes atravs de ranhuras ovais e quadradas. O planejamento dos passes para perfis estruturais muito mais complexo e requer bastante experincia. A maioria dos laminadores de barras equipada com guias para conduzir o tarugo para as ranhuras e repetidores para inverter a direo da barra e conduzi-la para o prximo passe. Os laminadores desse tipo podem ser normalmente duos ou trios. A instalao comum para a produo de barras consiste em uma cadeira de desbaste, uma cadeira formadora e uma cadeira de acabamento. 5 PROCESSAMENTO TERMOMECNICO

Na indstria de fabricao do ao as dimenses externas de muitos produtos comerciais so resultado da deformao a quente, como na laminao, enquanto que, as propriedades mecnicas so obtidas pela adio de elementos de ligas e por tratamento trmico aps laminao a quente. Melhoria nas propriedades mecnicas

acima das obtidas pelo efeito dos elementos de liga so frequentemente obtidas por tratamento trmico. No processamento do ao, por exemplo, por laminao, algumas vezes so obtidas melhorias de propriedades mecnicas do material quando comparadas com materiais mecanicamente processados e normalizados. Alm desse fato, as propriedades mecnicas obtidas por tmpera imediatamente aps laminao e revenido so algumas vezes melhores do que as do material laminado, resfriado ao ar e ento temperado e revenido. Nestes casos, a deformao a quente torna-se um constituinte necessrio do tratamento trmico e mudanas metalrgicas ocasionadas pela deformao a quente resultam em um efeito benfico adicional s propriedades mecnicas dos aos aps resfriamento ou aps tratamento trmico. O processamento termomecnico a tcnica desenvolvida para melhorar as propriedades mecnicas dos materiais atravs do controle do processo de deformao quente. Laminao controlada, resfriamento acelerado e tmpera direta, so exemplos tpicos de processamentos termomecnicos. Estes processos economizam energia na produo do ao pela minimizao ou at mesmo eliminao do tratamento trmico aps deformao quente, portanto, aumentam a produtividade na fabricao de aos de maior resistncia. Os tratamentos termomecnicos geralmente ocasionam uma mudana no projeto de composio qumica do ao e reduo na produtividade do processo de deformao quente, mas, tornam possveis redues na quantidade total de elementos de liga, melhoram a soldabilidade, aumentam a tenacidade e algumas vezes produzem novas e benficas caractersticas no ao. 6 CONFORMAO DE CHAPAS - INTRODUO

O que : Conformao de chapas o processo de transformao mecnica que consiste em conformar um disco plano ("blank") forma de uma matriz, pela aplicao de esforos transmitidos atravs de um puno. Na operao ocorrem : alongamento e contrao das dimenses de todos os elementos de volume, em trs dimenses. A chapa , originalmente plana, adquire uma nova forma geomtrica. Classificao dos Processos: A conformao de chapas metlicas finas pode ser classificada atravs do tipo de operao empregada . Assim pode-se ter : estampagem profunda, corte em prensa, estiramento, etc. 7 MTODOS CONFORMAO MQUINAS FERRAMENTAS DE E

Compartilhar Mquinas utilizadas

Ferramental Acessrio

7.1.1 Mquinas utilizadas A maior parte da produo seriada de partes conformadas a partir de chapas finas realizada em prensas mecnicas ou hidrulicas. Nas prensas mecnicas a energia geralmente, armazenada num volante e transferida para o cursor mvel no mbolo da prensa. As prensas mecnicas so quase sempre de ao rpida e aplicam golpes de curta durao, enquanto que as prensas hidrulicas so de ao mais lenta, mas podem aplicar golpes mais longos. As prensas podem ser de efeito simples ou de duplo efeito. Algumas vezes pode ser utilizado o martelo de queda na conformao de chapas finas. O martelo no permite que a fora seja to bem controlada como nas prensas , por isso no adequado para operaes mais severas de conformao. OBS: As mquinas de conformar sero tratadas mais detalhadamente em seo especfica.

7.1.2 Ferramental Acessrio As ferramentas bsicas utilizadas em uma prensa de conformao de peas metlicas so o puno e a matriz. O puno, normalmente o elemento mvel, a ferramenta convexa que se acopla com a matriz cncava. Como necessrio um alinhamento acurado entre a matriz e o puno, comum mant-los permanentemente montados em uma subprensa, ou porta matriz, que pode ser rapidamente inserida na prensa. Geralmente, para evitar a formao de rugas na chapa a conformar usam-se elementos de fixao ou a ao de grampos para comprimir o "blank" contra a matriz. A fixao conseguida por meio de um dispositivo denominado anti-rugas ou prensa-chapas, ou ainda, em prensas de duplo efeito por um anel de fixao. A seguir especificam-se alguns dos conjuntos tpicos do ferramental usado em processos especficos, a saber: estampagem profunda, conformao progressiva (corte/perfurao), processo Guerin e repuxamento. A figura abaixo mostra esquematicamente uma prensa e o ferramental de estampagem profunda. Freqentemente, matrizes e punes so projetados para permitir que os estgios sucessivos de conformao de uma pea sejam efetuados na mesma matriz, a cada golpe da prensa. Este procedimento conhecido como conformao progressiva.

Um exemplo a matriz para recorte e perfurao de arruelas planas, figura abaixo. A tira metlica alimentada, deslizando at a primeira posio de corte. O furo da arruela puncionado. Segue-se um segundo deslizamento, aps o que a arruela recortada. Durante o corte da arruela o puno executa o furo central da prxima pea. O processo Guerin uma variao do processo convencional de matriz e puno. Neste processo, ver figura, uma "almofada" de borracha serve como matriz. O puno fixado base de uma prensa hidrulica de efeito simples a camada de borracha fica numa caixa retentora, na trave superior da prensa. O disco (ou blank) colocado sobre o bloco de modelar (puno), e pressionado contra a borracha. Uma presso aproximadamente uniforme conseguida entre a borracha e o disco (blank). Este processo permite a fcil produo de peas rasas flangeadas, com flanges estirados. O repuxamento um mtodo empregado para a fabricao de fundos para tanques de ao e outras peas profundas de simetria circular. O "blank" fixado contra um bloco de modelagem que gira em alta velocidade. O blank conformado progressivamente contra o bloco por intermdio de uma ferramenta manual ou atravs de roletes, ver figura abaixo. 8 CORTE DE CHAPAS

8.1.1 Caractersticas Destina-se obteno de formas geomtricas, a partir de chapas submetidas ao de presso exercida por um puno ou uma lmina de corte. Quando o puno ou a lmina inicia a penetrao na chapa, o esforo de compresso converte-se em esforo cisalhante (esforo cortante) provocando a separao brusca de uma poro da chapa. No processo, a chapa deformada plasticamente e levada at a ruptura nas superfcies em contato com as lminas. A aresta de corte apresenta em geral trs regies: uma rugosa (correspondente superfcie da trinca da fratura), uma lisa (formada pelo atrito da pea com as paredes da matriz) e uma regio arredondada (formada pela deformao plstica inicial). A qualidade das arestas cortadas no a mesma das usinadas, entretanto quando as lminas so mantidas afiadas e ajustadas possvel obter arestas aceitveis para uma grande faixa de aplicaes. A qualidade das bordas cortadas geralmente melhora com a reduo da espessura da chapa. No corte por matriz e puno (piercing ou blanking) no existe uma regra geral para selecionar o valor da folga, pois so vrios os parmetros de influncia. A folga pode ser estabelecida com base em atributos, como: aspecto superficial do corte, imprecises, operaes posteriores e aspectos funcionais. Se no houver nenhum

atributo especfico desejado para superfcie do blank, a folga selecionada em funo da fora mnima de corte.

8.1.2 Fora e Potncia de Corte Na figura abaixo podem ser identificados os parmetros envolvidos no corte . Admite-se o clculo simples da fora pelo produto da rea pela tenso de ruptura em cisalhamento. Observe que a profundidade (s) adotada para este clculo representa a penetrao do puno na chapa no momento da ruptura. A potncia necessria para o corte calculada pelo produto entre a fora do puno e a velocidade da lmina.

8.1.3 Tipos de Corte Dependendo do tipo de corte, so definidos diversos grupos de operaes da prensa,conforme listagem abaixo: A operao de corte usada para preparar o material para posterior estampagem ("blank"). A parte desejada cortada (removida) da chapa original. A fabricao de furos em prensa (piercing ou punching) caracteriza uma operao de corte em que o metal removido descartado. A fabricao de entalhes (notching) nas bordas de uma chapa pode ser feita em prensa atravs do puncionamento destas regies. O corte por guilhotina uma operao que no retira material da chapa metlica. A rebarbao (trimming) uma operao que consiste em aparar o material em excesso (rebarbas) da borda de uma pea conformada. A remoo de rebarbas de forjamento em matriz fechada uma operao deste tipo. Existe um processo relativamente recente de corte fino de "blanks" (fine blanking), que se caracteriza pelo emprego de folgas muito pequenas (0,0002 pol.), com prensas e jogo de matrizes muito rgidos (para evitar dobramento da chapa). Com este equipamento possvel produzir "blanks" com superfcies de corte quase isentas de defeitos. As peas produzidas podem ser empregadas como engrenagens, cames, etc., sem que seja necessria a usinagem das bordas cortadas.

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DOBRAMENTO

Compartilhar Caractersticas Raio de Dobramento Efeito mola

9.1.1 Caractersticas Nesta operao, a tira metlica submetida a esforos aplicados em duas direes opostas para provocar a flexo e a deformao plstica, mudando a forma de uma superfcie plana para duas superfcies concorrentes, em ngulo, com raio de concordncia em sua juno. A figura mostra os esforos atuantes e a forma adquirida por uma tira submetida a dobramento.

Esforos e Linha Neutra em Tira submetida a Dobramento

9.1.2 Raio de Dobramento Para a operao de dobramento existe um raio de dobramento abaixo do qual o metal trinca na superfcie externa. o raio mnimo de dobramento, expresso geralmente em mltiplos da espessura da chapa. Um raio de dobramento de 3t indica que o metal pode ser dobrado formando um raio de trs vezes a espessura da chapa sem que haja o aparecimento de trincas. O raio mnimo de dobramento portanto um limite de conformao, que varia muito para os diversos metais e sempre aumenta com a prvia deformao a frio do metal.

Alguns metais muito dcteis apresentam raio mnimo de dobramento igual a zero. Isto significa que as peas podem ser achatadas sobre si mesmas, mas geralmente no se utiliza este procedimento para evitar danos no puno ou na matriz.

9.1.3 Efeito mola A operao de dobramento exige que se considere a recuperao elstica do material (efeito mola), para que se tenham as dimenses exatas na pea dobrada. A recuperao elstica da pea ser tanto maior quanto maior for o limite de escoamento, menor o mdulo de elasticidade e maior a deformao plstica. Estabelecidos estes parmetros, a deformao aumenta com a razo entre as dimenses laterais da chapa e sua espessura. O efeito mola ocorre em todos os processos de conformao, mas no dobramento mais facilmente detectado e estudado. O raio de curvatura antes da liberao da carga ( Ro) menor do que aps a liberao ( Rf ). O efeito mola ( ver figura abaixo) representado pelo smbolo K . 10 ESTIRAMENTO

Compartilhar Caractersticas A Estrico no Estiramento 10.1.1 Caractersticas a operao que consiste na aplicao de foras de trao, de modo a esticar o material sobre uma ferramenta ou bloco (matriz). Neste processo, o gradiente de tenses pequeno, o que garante a quase total eliminao do efeito mola. Como predominam tenses trativas, grandes deformaes de estiramento podem ser aplicadas apenas para materiais muito dcteis. Para estes materiais, almeja-se altos valores de coeficiente de encruamento.

Ferramental: O equipamento de estiramento consiste basicamente de um pisto hidrulico (usualmente vertical), que movimenta o puno. Duas garras prendem as extremidades da chapa. Na operao, no existe uma matriz fmea. As garras podem ser mveis permitindo que a fora de trao esteja sempre em linha com as bordas da chapa (figura). Garras fixas devem ser usadas somente para conformao de peas com grandes raios de curvatura, evitando-se com isto o risco de ruptura da chapa na regio das garras.

O estiramento uma das etapas de operaes complexas de estampagem de chapas finas. Na conformao de peas como partes de automveis ou de eletrodomsticos, comum haver componentes de estiramento.

10.1.2 A Estrico no Estiramento O limite de conformao no estiramento pode ser estabelecido pelo fenmeno da estrico. A estrico a reduo das dimenses da seo transversal, provocada pelas cargas de trao do processo. No estiramento deve ser evitada estrico localizada, comumente conhecida por empescoamento. Base Terica Em um ensaio de trao uniaxial, a estrico localizada acontece quando (d / ) = d , o que significa que assumindo uma lei potencial entre tenso e deformao (Equao de Hollomon,a maior deformao verdadeira iguala-se ao coeficiente de encruamento (n)). Nas operaes de estiramento uniaxial e biaxial, a estrico localizada acontece para as condies especificadas abaixo:

Assim, o empescoamento s acontecer quando u=2n . Ou seja, estrico muito mais difusa, implicando em um "amolecimento" geomtrico, com a diminuio de espessura ao longo de toda a pea. Isto no constitui limitao para a operao. Contudo, assim que ocorre a estrico localizada, facilmente detectada nas superfcies expostas, segue-se a fratura. Logo, a estrico localizada um limite de conformao. comum haver gradientes de deformao em operaes de estiramento. A regio que deforma mais se torna mais encruada e a deformao transferida para o elemento de volume vizinho. Se o coeficiente de encruamento for suficientemente grande, haver a redistribuio das deformaes ao longo de toda a pea e esta suportar mais deformaes, antes que a estrico localizada se inicie. Ento, para operaes que exigem altos graus de estiramento, exigem-se materiais com altos valores de n. 11 OPERAES DE ESTAMPAGEM PROFUNDA OU EMBUTIMENTO

11.1.1 Caractersticas o processo utilizado para fazer com que uma chapa plana (blank) adquira a forma de uma matriz (fmea), imposta pela ao de um puno (macho). O processo empregado na fabricao de peas de uso dirio (pra-lamas, portas de carros; banheiras, rodas, etc.). A distino entre estampagem rasa (shallow) e profunda arbitrria. A estampagem rasa geralmente se refere conformao de um copo com profundidade menor do que a metade do seu dimetro com pequena reduo de parede. Na estampagem profunda o copo mais profundo do que a metade do seu dimetro. Para melhorar o rendimento do processo, importante que se tenha boa lubrificao. Com isto reduzem-se os esforos de conformao e o desgaste do ferramental. Os leos indicados normalmente so para extrema presso, devendo garantir boa proteo contra a corroso da chapa, ser de fcil desengraxe e no levar oxidao do material (devido s reaes de subprodutos dos gases formados no aquecimento do metal). Geralmente, so leos minerais com uma srie de aditivos (Cl, Pb, P, gorduras orgnicas, etc.).

11.1.2 Outros Aspectos Deve-se ainda estudar a presso a ser aplicada no prensa-chapas: se esta for muito pequena, surgem rugas nas laterais da pea; se, por outro lado, for muito elevada, pode ocorrer a ruptura da pea na prensa. Cuidado deve se ter com o ferramental, para que haja folga suficiente entre a matriz e o puno que permita o escoamento do material para o interior da matriz, sem que surjam tenses cisalhantes ocasionadas pelo atrito e que levem ruptura do metal em prensa. s vezes, o dimetro do "blank" muito superior ao dimetro da pea a estampar, sendo que esta deve atingir uma profundidade de copo muito elevada. A fabricao poder exigir uma sequncia de operaes de estampagem, utilizando uma srie de ferramentas, com dimetros decrescentes (da matriz e do puno). O nmero de operaes depende do material da chapa e das relaes entre o disco inicial e os dimetros das chapas. 12 A ESTAMPABILIDADE DOS MATERIAIS METLICOS

Compartilhar Estampabilidade a capacidade que a chapa metlica tem de adquirir forma de uma matriz, pelo processo de estampagem sem se romper ou apresentar qualquer outro tipo de defeito de superfcie ou de forma.

A avaliao da estampabilidade de uma chapa metlica depende de muitos testes, tais como: ensaios simulativos (tipo Erichsen, Olsen, Fukui, etc.), ensaios de trao (obtendo-se o limite de escoamento e de resistncia, a razo elstica, o alongamento total at a fratura, o coeficiente de encruamento, os coeficientes de anisotropia normal e planar), ensaios de dureza, medida da rugosidade do material, metalografia, etc. Ainda assim, a anlise incompleta, pois nas operaes reais de estampagem ocorre uma combinao complexa de tipos de conformao. A estampabilidade torna-se funo no somente das propriedades do material, mas tambm das condies de deformao e dos estados de tenso e de deformao presentes. Anisotropia Coeficiente de Anisotropia Influncia da anisotropia na qualidade e preciso do embutimento

12.1.1 Anisotropia Durante os processos de conformao de chapas, gros cristalinos individuais so alongados na direo da maior deformao de trao. O alongamento conseqncia do processo de escorregamento do material durante a deformao. Nos materiais policristalinos os gros tendem a girar para alguma orientao limite devido a um confinamento mtuo entre gros. Este mecanismo faz com que os planos atmicos e direes cristalinas dos materiais com orientao aleatria (materiais isotrpicos) adquiram uma textura (orientao preferencial). Os materiais conformados se tornam anisotrpicos. A distribuio de orientaes tem, portanto um ou mais mximos. Se estes mximos so bem definidos so chamados de orientaes preferenciais, que iro ocasionar variaes das propriedades mecnicas com a direo, ou seja, anisotropia. Um modo de avaliar o grau de anisotropia das chapas quando deformadas plasticamente atravs do coeficiente de anisotropia.

12.1.2 Coeficiente de Anisotropia Por definio, o coeficiente de anisotropia ou coeficiente de Lankford ( r ) a razo entre a deformao verdadeira na largura ( w) e na espessura ( t) de um CP de trao, aps determinada deformao longitudinal pr-definida

Onde: l a deformao verdadeira ao longo do comprimento; w0 e wf so as larguras inicial e final, respectivamente e l 0 e l f so os comprimentos inicial e final, respectivamente. Considerando a anisotropia no plano da chapa, geralmente so definidos dois parmetros: a) Coeficiente de anisotropia normal (r ):

onde: r0o, r45o e r90o so os valores de r medidos a 0o , 45o e 90o com a direo de laminao. Este parmetro indica a habilidade de uma certa chapa metlica resistir ao afinamento, quando submetida a foras de trao e/ou compresso, no plano. b) Coeficiente de anisotropia planar ( r):

O coeficiente de anisotropia planar indica a diferena de comportamento mecnico que o material pode apresentar no plano da chapa. Um material isotrpico temr =1 e r = 0. Nos materiais para estampagem profunda um alto valor de r desejado (maior resistncia ao afinamento da chapa).

A relao entre r e a razo limite de estampagem mostrada na figura. Essa definida como a mxima razo possvel entre o dimetro do blank e do copo embutido, sem que ocorra falha. Os valores de r em aos efervecentes variam entre 0,8 e 1,2. Em aos acalmados ao alumnio, adequadamente produzidos, r pode variar entre 1,5 e 1,8. Em alguns aos IF (Intersticial free) r pode ser to alto quanto 2,2. Na direo oposta, a textura cbica do cobre ou de aos inoxidveis austenticos pode originarr to baixo quanto 0,1. A tendncia formao de orelhas na estampagem funo da anisotropia planar. As "orelhas" se formam a 0 e 90 com a direo de laminao, quando o coeficiente de anisotropia planar ( r) maior que zero e a 45o e 135 com a direo de laminao, quando o coeficiente de anisotropia planar menor que zero.

Relao entre r e a razo limite de estampagem

12.1.3 Influncia da anisotropia na qualidade e preciso do embutimento Os valores de coeficientes de anisotropia normal e planar so funes da textura cristalogrfica desenvolvida no material aps o recozimento da tira. A textura, por sua vez, funo de vrios parmetros do processo: composio qumica, temperaturas de acabamento e de bobinamento aps o laminador de tiras a quente, quantidade de reduo a frio, taxa de aquecimento, tempo e temperatura de encharque no recozimento.

A textura cristalogrfica pode ser medida por tcnicas especiais de difrao de raios-X. A orientao cristalogrfica ideal para maximizar (r) nos metais CCC seria uma tira com textura [111] na sua direo normal, e com os planos {111} orientados aleatoriamente no plano da chapa. A anisotropia cristalogrfica tem menor influncia sobre operaes de estiramento. Inicialmente, esta propriedade foi considerada indesejvel em materiais destinados a operaes de estampagem, devido chance de formao de orelhas. Contudo, de grande importncia no que se refere estampagem profunda, uma vez que nesta operao no se deseja a diminuio significativa da espessura do material.

13 FORJAMENTO INTRODUO

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Compartilhar O que : Forjamento o nome genrico de operaes de conformao mecnica efetuadas com esforo de compresso sobre um material dctil, de tal modo que ele tende a assumir o contorno ou perfil da ferramenta de trabalho. Ferramentas: Na maioria das operaes de forjamento emprega-se um ferramental constitudo por um par de ferramentas de superfcie plana ou cncava, denominadas matrizes ou estampos. Usos: A maioria das operaes de forjamento executada a quente; contudo, uma grande variedade de peas pequenas, tais como parafusos, pinos, porcas, engrenagens, pinhes, etc., so produzidas por forjamento a frio. Histrico: O forjamento o mais antigo processo de conformar metais, tendo suas origens no trabalho dos ferreiros de muitos sculos antes de Cristo. A substituio do brao do ferreiro ocorreu nas primeiras etapas da Revoluo Industrial. Atualmente existe um variado maquinrio de forjamento, capaz de produzir peas das mais variadas formas e tamanhos , desde alfinetes, pregos, parafusos e porcas at rotores de turbinas e asas de avio. Classificao dos processos: O forjamento pode ser dividido em dois grandes grupos de operaes: Forjamento em matriz aberta ou Forjamento livre e Forjamento em matriz fechada.

14 TIPOS DE FORJAMENTO E FERRAMENTAS

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Forjamento em Matriz Aberta Forjamento em Matriz Fechada Equipamentos e Mtodos Aplicaes

14.1.1 Forjamento em Matriz Aberta O material conformado entre matrizes planas ou de formato simples, que normalmente no se tocam (ver figura). usado geralmente para fabricar peas grandes, com forma relativamente simples (p. ex., eixos de navios e de turbinas, ganchos, correntes, ncoras, alavancas, excntricos, ferramentas agrcolas, etc.) e em pequeno nmero; e tambm para prconformar peas que sero submetidas posteriormente a operaes de forjamento mais complexas.

14.1.2 Forjamento em Matriz Fechada O material conformado entre duas metades de matriz que possuem, gravadas em baixo-relevo, impresses com o formato que se deseja fornecer pea (ver figura). A deformao ocorre sob alta presso em uma cavidade fechada ou semifechada, permitindo assim obter-se peas com tolerncias dimensionais menores do que no forjamento livre. Nos casos em que a deformao ocorre dentro de uma cavidade totalmente fechada, sem zona de escape, fundamental a preciso na quantidade fornecida de material: uma quantidade insuficiente implica falta de enchimento da cavidade e falha no volume da pea; um excesso de material causa sobrecarga no ferramental, com probabilidade de danos ao mesmo e ao maquinrio. Dada a dificuldade de dimensionar a quantidade exata fornecida de material, mais comum empregar um pequeno excesso. As matrizes so providas de uma zona oca especial para recolher o material excedente ao trmino do preenchimento da cavidade principal. O material excedente forma uma faixa estreita (rebarba) em torno da pea forjada. A rebarba exige uma operao posterior de corte (rebarbao) para remoo.

14.1.3 Equipamentos e Mtodos Os equipamentos comumente empregados incluem duas classes principais:

(a) Martelos de forja, que deformam o metal atravs de rpidos golpes de impacto na superfcie do mesmo; e (b) Prensas, que deformam o metal submetendo-o a uma compresso contnua com velocidade relativamente baixa.

Os processos convencionais de forjamento so executados tipicamente em diversas etapas, comeando com o corte do material, aquecimento, pr-conformao mediante operaes de forjamento livre, forjamento em matriz (em uma ou mais etapas) e rebarbao.

14.1.4 Aplicaes De um modo geral, todos os materiais conformveis podem ser forjados. Os mais utilizados para a produo de peas forjadas so os aos (comuns e ligados, aos estruturais, aos para cementao e para beneficiamento, aos inoxidveis ferrticos e austenticos, aos ferramenta), ligas de alumnio, de cobre (especialmente os lates), de magnsio, de nquel (inclusive as chamadas superligas, como Waspaloy, Astraloy, Inconel, Udimet 700, etc., empregadas principalmente na indstria aeroespacial) e de titnio. O material de partida geralmente fundido ou, mais comumente, laminado condio esta que prefervel, por apresentar uma microestrutura mais homognea. Peas forjadas em matriz, com peso no superior a 2 ou 3 kg, so normalmente produzidas a partir de barras laminadas; as de maior peso so forjadas a partir de tarugos ou palanquilhas, quase sempre tambm laminados, e cortados previamente no tamanho adequado. Peas delgadas, como chaves de boca, alicates, tesouras, tenazes, facas, instrumentos cirrgicos, etc., podem ser forjadas a partir de recortes de chapas laminadas. 15 FORJAMENTO EM MATRIZ

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Generalidades Mtodos do Forjamento em Matriz Formao da Rebarba- Funes

15.1.1 Generalidades Peas de formas complexas ou de preciso no podem ser obtidas por tcnicas de forjamento livre, exigindo matrizes especialmente preparadas que contenham o negativo (ou contorno) da pea a ser produzida. Tais matrizes so caras, exigindo na maioria das vezes, alta produo para justificar seu custo. A obteno de um formato complexo normalmente no possvel com uma nica etapa de trabalho, exigindo uma ou mais etapas de pr-forjamento. As etapas de prforjamento podem ser efetuadas com o auxilio de superfcies especialmente usinadas no prprio bloco das matrizes, ou em equipamento separado, ou mesmo por meio de outros processos como a laminao. O objetivo do pr-forjamento redistribuir o metal para posies mais adequadas ao forjamento subseqente. A pr-forma assim obtida pode ser conformada para uma configurao mais prxima da final em uma matriz de esboo ("blocker die"), que assegura uma distribuio adequada de metal, mas ainda no na forma final. Diante da dificuldade para se distribuir precisamente o material nas etapas de operaes unitrias, utiliza-se na maioria dos casos um certo excesso de material, que j na etapa de esboamento se permite escapar por entre as duas matrizes, formando uma rebarba que por vezes removida (cortada) antes do forjamento final nas matrizes de acabamento ("finishing dies"). Na etapa de acabamento o excesso de material tambm forma rebarba, que tem de ser fina para assegurar o preenchimento total da matriz e tolerncias rigorosas. Isto porque uma rebarba fina, em presena de atrito, gera alta presso de conformao.Veja o caso de distribuio de presso nas cavidades das matrizes, no caso de forjamento de uma p de turbina.

Para evitar um aumento excessivo desta presso as matrizes so usualmente projetadas de tal modo que a rebarba fica reduzida sua espessura mnima somente em uma largura pequena (garganta ou costura - flash land) sendo permitido ao

restante escoar livremente dentro da calha ou bacia ("flash gutter").Ver figura abaixo. A decomposio da conformao de uma pea complexa entre diversas etapas de trabalho e ferramentas permite em muitos casos economizar energia e material, reduzir o desgaste das ferramentas e aumentar a preciso do forjado.

15.1.2 Mtodos do Forjamento em Matriz As operaes de obteno das formas intermedirias de uma pea constituem a conformao intermediria, que se compe normalmente de trs etapas: i. ii. iii. distribuio de massas; dobramento (se for o caso); formao da seo transversal. Na etapa de distribuio de massas se procede retirada de material das pores nas quais a seo transversal deva ser reduzida, e o acmulo do material nas posies onde a seo deva ser aumentada (fase (b) da figura abaixo). As operaes mais empregadas para esta etapa so: o estiramento, o encalcamento, o alargamento, a laminao, a extruso e o rolamento, sendo o recalque usado para aumentar a seco transversal. O dobramento (segunda etapa), pode ser executado durante o forjamento, sem um estgio especial, quando for paralelo ao movimento da ferramenta. Em caso contrrio, efetuado numa etapa especfica durante (fase (c) da figura abaixo) ou mesmo aps o forjamento da pea. Pode envolver ou no uma reduo da seo transversal da pea e uma defasagem do eixo da mesma como o caso do forjamento de virabrequins (ver Dobramentos Intermedirios abaixo).

A formao da seo transversal, ou esboamento a ltima etapa da conformao intermediria, na qual as sees transversais so aproximadas das seces

definitivas da pea, de modo que as ferramentas acabadoras imprimam a forma e dimenses exatas da pea, com um consumo mnimo de energia. Esta etapa envolve uma distribuio de massa perpendicularmente ao eixo longitudinal da pea (ver fase (d) da figura acima). Observao: Por vezes necessrio mais de um estgio de esboo, quando uma nica ferramenta no capaz de estabelecer o fluxo adequado de metal ou exige um consumo de energia alm da capacidade do equipamento disponvel.

15.1.3 Formao da Rebarba- Funes Na etapa de conformao final, ao iniciar-se a formao da rebarba, em virtude da presena do estrangulamento ou garganta da rebarba entre as duas matrizes, as tenses compressivas na cavidade das matrizes elevam-se consideravelmente e causam o preenchimento de todos os recessos dessa cavidade. As funes da rebarba, portanto, so duas:

Atuar como "vlvula de segurana" para o excesso de metal na cavidade das matrizes; e Regular o escapamento do metal, aumentando a resistncia ao escoamento do sistema de modo que a presso cresa at valores elevados, assegurando que o metal preencher todos os recessos da cavidade. A figura abaixo uma curva tpica da variao da presso ou carga de forjamento em funo do avano das matrizes.

No projeto abaixo procura-se dimensionar a rebarba de modo que a extruso do metal atravs da garganta seja mais difcil do que o preenchimento do mais intrincado detalhe das matrizes; mas isto no deve ser feito em excesso de modo a criar cargas de forjamento intensas demais, com os conseqentes problemas de

desgaste ou quebra das matrizes. O ideal projetar a relao de rebarba (b/h) mnima necessria para o total preenchimento das matrizes. A rebarba da forma final removida em uma operao posterior de rebarbao, representando uma perda inevitvel de material no processo. Na etapa de conformao final til distinguir dois processos bsicos de movimentao de material: i. Recalque: reduo da altura inicial com escoamento de metal perpendicularmente a direo do movimento das matrizes; chama-se alargamento quando ocorre uma grande movimentao transversal de material sob atrito. Extruso: escoamento de material numa direo paralela ao do movimento das matrizes. Quando o sentido do movimento do material contra rio ao do trabalho, tem-se a extruso inversa ou ascenso, que geralmente aumenta a altura da pea a envolve um grande deslocamento de material sob atrito; neste caso so requeridas tenses elevadas na garganta da rebarba, para possibilitar a ascenso completa do material na matriz.Ver figura abaixo

ii.

16 TREFILAO INTRODUO

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O que : a trefilao uma operao em que a matria-prima estirada atravs de uma matriz em forma de canal convergente (FIEIRA ou TREFILA) por meio de uma fora trativa aplicada do lado de sada da matriz. O escoamento plstico produzido principalmente pelas foras compressivas provenientes da reao da matriz sobre o material. Forma resultante: simetria circular muito comum em peas trefiladas, mas no obrigatria. Condies trmicas: normalmente a frio. Uso - Produtos mais comuns:

Os Tubos podem ser trefilados dos seguintes modos:

sem apoio interno (REBAIXAMENTO ou AFUNDAMENTO)(fig.a) com mandril passante (fig.b) com plug (bucha) interno (fig. c) com bucha flutuante (fig.d)

Vantagens:

O material pode ser estirado e reduzido em seco transversal mais do que com qualquer outro processo; A preciso dimensional obtenvel maior do que em qualquer outro processo exceto a laminao a frio, que no aplicvel s bitolas comuns de arames; A superfcie produzida uniformemente limpa e polida; O processo influi nas propriedades mecnicas do material, permitindo, em combinao com um tratamento trmico adequado, a obteno de uma gama variada de propriedades com a mesma composio qumica

17 EXTRUSO - INTRODUO

Compartilhar O que : na extruso o material forado atravs de uma matriz, de forma similar ao aperto de um tubo de pasta de dentes. Formas resultantes: Praticamente qualquer forma de seo transversal vazada ou cheia pode ser produzida por extruso. Como a geometria da matriz permanece inalterada, os produtos extrudados tem seo transversal constante. Caractersticas: dependo da ductilidade do material a extrudar o processo pode ser feito a frio ou a quente, em altas temperaturas. Cada tarugo extrudado individualmente, caracterizando a extruso como um processo semi-contnuo. O produto essencialmente uma pea semi- acabada. A extruso pode ser combinada com operaes de forjamento, sendo neste caso denominada extruso fria.

Uso - produtos mais comuns: quadros de janelas e portas, trilhos para portas deslizantes, tubos de vrias sees transversais e formas arquitetnicas. Produtos extrudados podem ser cortados nos tamanhos desejados para gerarem peas, como maanetas, trancas e engrenagens, como mostrado na figura abaixo. Em operao combinada com forjamento pode gerar componentes para automveis, bicicletas, motocicletas, maaquinrio pesado e equipamento de transporte. Materiais: Aluminio, cobre, ao, magnsio e chumbo so os materiais mais comumente extrudados 18 TIPOS DE EXTRUSO

No processo bsico, denominado direto um tarugo cilndrico colocado numa cmara e forado atravs de uma abertura de matriz atravs de um pisto hidrulico. A abertura da matriz pode ser circular ou de outro formato. A extruso tambm pode ser indireta, hidrosttica ou por impacto. Destacam-se os mtodos mais usuais:

Extruso Indireta (reversa, invertida) : a matriz se desloca na direo do tarugo Extruso Hidrosttica: o dimetro do tarugo menor que o dimetro da cmara, que preenchida por um fluido . A presso transmitida ao tarugo atravs de um pisto. No h frico nas paredes da cmara. Extruso Lateral: o material do tarugo forado atravs de abertura lateral da cmara.Os eixos do puno e da pea tem diferentes direes ( ngulo reto).

19 EXTRUSO A QUENTE

Compartilhar feita em temperatura elevada para ligas que no tenham suficiente ductilidade a temperatura ambiente, de forma a reduzir as foras necessrias.

Caractersticas Projeto de Matrizes e Materiais

19.1.1 Caractersticas A extruso a quente apresenta alguns problemas como todo o processo de alta temperatura:

O degaste da matriz excessivo. O esfriamento do tarugo na cmara pode gerar deformaes no-uniformes. O tarugo aquecido coberto por filme de xido ( exceto quando aquecido em atmosfera inerte) que afeta o comportamento do fluxo do metal por suas caractersticas de frico e pode gerar um produto de pobre acabamento superficial.

Algumas medidas preventivas podem sanar ou minorar o efeito dos problemas mencionados acima:

Para reduzir o efeito de esfriamento e prolongar a vida da ferramenta, a matriz pode ser pr-aquecida. Para melhorar o acabamento superficial, a camada de xido removida atravs do uso de uma placa, com dimetro inferior ao da cmara, posicionada sobre o pisto. Ao extrudar o tarugo, uma casca cilndrica contendo a camada de xido permanece " colada " parede da cmara. Com isto elimina-se a presena de xidos no produto. A casca posteriormente removida da cmara.

Veja o campo de temperaturas para extruso de vrios metais:

19.1.2 Projeto de Matrizes e Materiais O projeto de matrizes requer experincia considervel. Dois exemplos de configuraes so mostrados na figura abaixo.

Os diferentes tipos de matrizes tem suas caractersticas classificadas abaixo. Linhas gerais para um projeto adequado so mostradas na figura abaixo. Destacamse: procurar simetria da seo transversal, evitar cantos vivos e mudanas extremas nas dimenses dentro da seo tansversal.

Os materiais para matrizes de extruso a quente so usualmente aos ferramenta para trabalho a quente. Revestimentos como zirconia podem ser aplicados para prolongar a vida das matrizes, especialmente em matrizes para produo de tubos e barras. Lubrificao importante na extruso a quente. O vidro excelente lubrificante para ao, ao inox, metais e ligas para altas temperaturas. No processo Sjournet, uma pastilha de vidro colocada na entrada da matriz. A

pastilha atua como um reservatrio de vidro fundido, que lubrifica a interface da matriz durante a extruso. Vidro pulverizado sobre o tarugo reduz a frico da interface cmara-tarugo. Para metais com tendnca a aderir parede da matriz, pode-se usar um revestimento fino de metal macio e de baixa resistncia, como cobre ou ao doce. O procedimento denominado jaquetamento ou enlatamento. Alm de formar um superfcie de baixa frico o tarugo fica protegido contra contaminao do ambiente, e vice-versa no caso de material txico ou radioativo. 20 EXTRUSO A FRIO

Compartilhar Desenvolvida nos anos 40 o processo que combina operaes de extruso direta, indireta e forjamento. O processo foi aceito na indstria particularmente para ferramentas e componentes de automveis , motocicletas, bicicletas, acessrios e equipamento agrcola. O processo usa tarugos cortados de barras laminadas, fios ou chapas. Os tarugos menores que 40mm de dimetro so cisalhados e tem suas bordas ajustadas por retificao. Dimetros maiores so usinados a partir de barras, com comprimentos especficos. Embora componentes extrudados a frio sejam em geral mais leves, fabricam-se componentes de at 45 kg e com commprimentos de at 2m. Metais obtidos por metalurgia do p so tambm extrudados a frio. Vantagens em relao a extruso a quente

melhores propriedades mecnicas resultantes do encruamento, desde que o calor gerado pela deformao no recristalize o metal controle das tolerncias, requerendo pouca ou nenhuma operao posterior de acbamento melhor acabamento superficial, devido em parte pela no existncia de camada de xido, desde que a lubrificao seja eficiente eliminao do pr-aquecimento do tarugo Taxas de produo e custos competitivos com outros mtodos. Alguma mquinas so capazes de produzir mais de 2000 partes por hora.

Desvantagens A magnitude da tenso no ferramental de extruso muito alta, especialmente para trabalhar peas de ao. A dureza do puno varia de 60 a 65 HRc e a da matriz de 58 a 62 HRc.

Veja abaixo um exemplo de produto extrudado a frio. Trata-se da parte metlica de uma vela de ignio automotiva. A pea acabada foi seccionada longitudinalmente no seu plano mdio, mostrando o fluxo de gros. 21 PROCESSOS DE FUNDIO

O processo de fundio consiste em vazar (despejar) metal lquido num molde contendo uma cavidade na geometria desejada para a pea final. Os processos podem ser classificados pelo tipo de molde e modelo e/ou pela fora ou presso usada para preencher o molde com o metal lquido. O processo de fundio permite obter, de modo econmico, peas de geometria complexa, sua principal vantagem em relao a outros processos. ABAIXO, REPRESENTAO ESQUEMTICA DA FUNDIO EM MOLDE DE AREIA O processo de fundio aplica-se a vrios tipos de metais, tais como aos, ferros fundidos, aluminio, cobre, zinco, magnesio e respectivas ligas. Porm existem tambm desvantagens. Os aos fundidos, por exemplo, podem apresentar elevadas tenses residuais, microporosidade, zonamento e variaes de tamanho de gro. Tais fatores resultam em menor resistncia e ductilidade, quando comparados aos aos obtidos por outros processos de fabricao como conformao a quente. 22 PROCESSOS TPICOS

CLASSIFICAO Existem muitas variantes no processo de fundio (grau de automao, produtividade, preciso dimensional, acabamento superficial) , entretanto destaca-se a influncia do tipo de molde nas propriedades fsicas do material resultante. A taxa de extrao de calor atravs do molde , determina o tamanho final de gro, e portanto a caracterstica de resistncia mecnica da pea . Por este motivo os processos de fundio so muitas vezes classificados de acordo com o tipo de molde utilizado. Os processos tpicos podem ser classificados em quatro grupos bsicos: 23 ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIO

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ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIO Apesar do grande nmero de variantes do processo de fundio, a obteno dos diferentes tipos de ferros fundidos pode ser sintetizada de acordo com o fluxograma a seguir:

24 SELEO DO PROCESSO

FATORES A CONSIDERAR O tipo de processo a usar deve ser escolhido adequadamente. Os mais importantes fatores a considerar so:

Quantidade de peas a produzir Projeto da fundio Tolerncias requeridas Grau de complexidade Especificao do metal Acabamento superficial desejado Custo do ferramental Comparativo econmico entre usinagem e fundio Limites financeiros do custo de capital Requisitos de entrega

25 COMPARAO PROCESSOS

ENTRE

Compartilhar Resumo das caractersticas dos principais processos de fundio, incluindo os grupos: fundio em areia, fundio em moldes de preciso ( molde permanente, fundio sob presso, molde cermico...) , fundio em casca e , molde de cura qumica.

26 NOES SOBRE A TEORIA DE SOLIDIFICAO

Compartilhar 26.1 NUCLEAO E CRESCIMENTO Um metal no estado slido possui tomos que vibram com uma certa freqncia em torno de posies geomtricas definidas (determinadas pelo tipo de arranjo cristalino especfico do metal em questo).

No estado lquido, tais tomos, alm de vibrarem, no possuem posio definida, pois esto em movimento dentro do lquido. Por se movimentarem, os tomos no estado lquido entram em coliso, envolvendo milhares de tomos simultaneamente. Pode-se imaginar que nesta coliso, surge um agrupamento momentneo de tomos, formando um ncleo , com um dado arranjo atmico (CCC, CFC, HC, etc). O ncleo um slido que pode crescer ou se dissolver, dependendo da temperatura do sistema. O crescimento do slido se d por migrao de tomos do liquido para o slido, acoplando os tomos nas posies de equilbrio do reticulado que especfico do metal em questo, conforme indicado na figura.

A temperatura na qual ocorre equilbrio termodinmico entre um slido e seu respectivo lquido a temperatura de fuso (que igual de solidificao apenas em substncias puras e sistemas eutticos). Contrariamente ao senso comum, tal definio no significa que a solidificao se inicia nesta temperatura. O estudo da solidificao envolve duas abordagens distintas. Na abordagem termodinmica, analisam-se as energias envolvidas na solidificao enquanto na abordagem cintica, analisa-se a velocidade com que os processos (de nucleao e crescimento) acontecem. Trataremos aqui da abordagem termodinmica 26.2 TEMPERATURA NA SOLIDIFICAO A solidificao composta dos processos de NUCLEAO e CRESCIMENTO DE CRISTAIS a partir de um lquido. Ocorre no resfriamento, conforme curva de temperatura abaixo.

CURVA TPICA DE TEMPERATURAS DE RESFRIAMENTO Na regio L (estado lquido) , a temperatura diminui por efeito de transmisso de calor atravs do molde. A temperatura aumenta a Partir de Tf -DT pelo efeito de rescalescncia. Inicia-se a solidificao, atravs do aparecimento dos primeiros ncleos slidos.No patamar L+S h a coexistncia dos estados lquido e slido. Ao final do patamar toda a massa est solidificada ( incio da regio S). Note: a solidificao se inicia numa temperatura situada no intervalo DT, portanto o lquido se encontra abaixo da temperatura de fuso ( Tf ),super-resfriado. 26.3 BALANO DE ENERGIA - ENERGIA DE GIBBS Em sistemas sob presso e temperatura constantes, a energia controladora do processo a energia livre de Gibbs (G). Tal energia definida por G = H -TS, onde T a temperatura, H a entalpia e S a entropia da substncia em questo.

A entalpia pode ser entendia fisicamente como uma medida da quantidade de calor existente na substncia e a mesma estocada na forma de amplitude de vibrao dos tomos. Portanto, a medida da entalpia (unidades de energia) reflete uma medida da energia de ligao entre os tomos. Por sua vez, a entropia pode ser entendida como uma medida da desorganizao interna da substncia, isto , uma medida de como os tomos se arranjam. Em um lquido, os tomos se arranjam de modo desordenado enquanto em um slido, h maior ordenao (menor entropia), pois os tomos ocupam posies regulares (formando o reticulado cristalino CCC, CFC e outros). Sabe-se que no universo a energia constante e que a variao da entropia igual ou maior que zero (tendncia desordem) A energia de Gibbs portanto um parmetro indicador da estabilidade em sistemas sob temperatura e presso constantes. O sistema tende a seu estado de mnima energia livre. Para o caso de transformao de fases numa substncia, trabalha-se com a variao da energia livre DG , na forma: DG= G slido G lquido ou DG = DH-TDS onde DH a variao de entalpia e DS a variao de entropia entre os estados da transformao (lquido e slido). Como conseqncia do fato de que o sistema (sob temperatura e presso constantes) tende a evoluir no sentido de minimizar a energia livre de Gibbs, temos que a variao desta energia (DG) um valor que indica o sentido espontneo de uma reao (quando o sistema se encontra sob temperatura e presso constantes), de acordo com: se DG > 0 : reao impossvel (no ocorre) se DG = 0 : reao em equilbrio se DG < 0 : reao pode ocorrer (sentido espontneo) Alm do aspecto de que o valor de DG indica a tendncia de reao , tal valor uma medida da energia disponvel para que ocorra a reao, podendo ser interpretado como a fora motriz da transformao. Quanto mais negativo for DG, maior a fora motriz e maior a tendncia de ocorrer a reao. 26.4 TERMODINMICA DA NUCLEAO O objeto deste enfoque a energia envolvida no processo, particularmente a fora motriz e a barreira energtica. A nucleao um fenmeno que pode ocorrer com a formao de ncleos diretamente a partir do lquido (nucleao homognea) ou com a formao de ncleos sobre superfcies pr-existentes (nucleao heterognea), abordadas abaixo: Nucleao Homognea O incio da solidificao ocorre com a formao de ncleos slidos estveis que

posteriormente crescem. Para que haja formao destes ncleos, preciso que DG 0 . Por outro lado, a formao de um ncleo envolve duas energias. A primeira uma energia de volume (DGVOL), resultante da transformao do lquido em slido e que liberada pelo sistema, atuando como fora motriz da solidificao. A segunda uma energia de superfcie (DGSUP), pois o surgimento do ncleo implica na criao de uma interface entre slido e lquido, que exige consumo de energia pelo sistema e atua como barreira solidificao. Assim, DGTOTAL= DGSUP + DGVOL 0 Uma vez que a nucleao se inicia com um certo super-resfriamento, DGVOL sempre negativo sendo a fora motriz do processo de solidificao. Assumindo-se que o ncleo inicial seja esfrico, tal variao de volume proporcional ao cubo do raio da esfera. (DGVOL ~ R3 ) Por outro lado, a criao da interface slido-lquido exige consumo de energia e o DGSUP positivo e proporcional superfcie da esfera, isto , proporcional ao quadrado do raio (DGSUP ~R2). As energias so ilustradas na figura abaixo:

Observa-se que o DGTOTAL menor que zero para raio do ncleo igual a R1, o que sugere que o menor ncleo estvel aquele que possui raio R1. Todavia, caso se forme momentaneamente um ncleo com raio igual a R2, (onde D GTOTAL > 0), tem-se duas possibilidades: O ncleo pode perder tomos para o lquido, reduzindo seu tamanho e, conseqentemente, aumentando DGTOTAL (seta 1), o que termodinamicamente impossvel (aumentar DG significa DG>0) Outra possibilidade o ncleo receber tomos do lquido, aumentando seu tamanho

e, conseqentemente, diminuindo DGTOTAL (seta 2), o que termodinamicamente vivel (DG < 0). Portanto, qualquer ncleo momentaneamente formado com tamanho entre Rc e R1, embora tenha gerado um DGTOTAL > 0 (o que o torna instvel), tende a crescer (direo da seta 2) pois isto reduz o DGTOTAL. Do exposto resulta que existe um tamanho mnimo para que os ncleos possam crescer e se tornar estveis. Este tamanho mnimo recebe o nome de raio crtico (Rc). A este reio crtico corresponde um DGCRIT , que a barreira energtica a ser vencida para haver solidificao. Esta barreira energtica tem origem na necessidade de criar superfcie (DGSUP, que consome energia) e por isso surge a necessidade de haver um certo super-resfriamento para que o lquido acumule energia volumtrica (DGVOL, fora motriz) capaz de compensar tal barreira energtica. Nucleao heterognea A nucleao heterognea ocorre quando a solidificao ocorre a partir de superfcies pr-existentes, tais como as paredes do molde ou quando da presena de partculas slidas no lquido. A figura abaixo ilustra que a superfcie a ser criada pela nucleao a partir de um substrato (nucleao heterognea) menor, (comparada a da nucleao homognea) podendo facilitar o processo pois exige menor energia de interface (barreira energtica) . Observa-se tambm que o ncleo resultante da presena de um substrato possui menor volume e portanto menor nmero de tomos.

A presena de qualquer tipo substrato no garantia de facilitar a nucleao, pois depende da tenso superficial entre ncleo e substrato, isto , depende da molhabilidade entre ambos que, por sua vez, depende da composio qumica do ncleo e do substrato. Esta molhabilidade pode ser avaliada pelo ngulo A anlise termodinmica realizada para a nucleao homognea pode ser aplicada para a nucleao heterognea, porm substituindo-se a varivel raio pela varivel nmero de tomos (N) que constituem um ncleo. Caso haja molhabilidade entre lquido e substrato, a energia crtica para nucleao

torna-se menor, conforme ilustrado abaixo (quanto maior a molhabilidade, menor o ngulo q e menor DGcrit para nucleao heterognea).

A figura abaixo ilustra as parcelas de energia de superfcie, volumtrica e total para o caso de nucleao com e sem substrato (ndices 2 e 1 respectivamente).

A presena de um substrato diminui (de DGS1 para DGS2) a energia de interface a ser criada (pois parte desta j existe no substrato), reduzindo a energia crtica total (de DGC1 para DGC2) e portanto o nmero de tomos necessrios para formar o ncleo crtico (de N1 para N2), facilitando a nucleao. (A presena de substrato diminui o nmero de tomos, mas no diminui o raio crtico).

27 INTRODUO FUNDAMENTOS

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Compartilhar O processo de fundio de ferro evoluiu ao longo do tempo, acompanhando as necessidades do desenvolvimento industrial e da vida moderna. Fatores como velocidade de consumo, sofisticao de maquinrio com exigncia de partes mais precisas, demandaram novas tecnologias para a fabricao de peas de ferro fundido. A proposta de um sistema contnuo de fundio, desenvolvido na Europa aps a segunda guerra, respondeu a muitas destas demandas, possibilitando essencialmente uma produo rpida e de qualidade. Neste processo, atualmente muito difundido nos pases desenvolvidos, possvel obter perfis e tubos de vrios formatos, com propriedades uniformes e sem os defeitos inerentes fundio convencional (areia). No Brasil o processo foi introduzido em 1975 pela Indstria de Fundio Tupy (www.tupy.com.br). O material apresentado neste mdulo baseado na experincia de fabricao e produtos desta empresa.

Perfis produzidos por Fundio Contnua O que : O processo de fundio contnua consiste em fundir e conformar o produto final numa nica operao, eliminando tempos intermedirios de esfriamento em moldes, garantindo controle e constncia de propriedades fsicas e geomtricas de cada produto. Etapas do processo: Aps a combinao criteriosa de matrias primas e respectiva fuso em forno apropriado, o metal liquido transferido para o trem de conformao contnua. Passa por uma coquilha de conformao (ver detalhe), definindo a seo transversal do perfil. Segue-se o resfriamento, corte e quebra. Veja abaixo a ilustrao do funcionamento do trem de fundio contnua.

28 VANTAGENS

Compartilhar Vantagens da Fundio Contnua O produto da fundio contnua oferece tres vantagens fundamentais, que so: menos sobremetal a remover (semi-acabado mais prximo da dimenso final - ver exemplos na figura abaixo), melhor usinabilidade e boas propriedades mecnicas e metalrgicas, conforme descrito abaixo:

Formatos especiais prximos geometria final desejada Menos Sobremetal para Usinar Como as barras produzidas so mais prximas do formato final desejado, os custos de usinagem ficam reduzidos. possvel produzir perfis de vrios formatos geomtricos. Alm disto, como no existem ngulos de saida, incluses e defeitos superficiais, o sobremetal a ser removido por usinagem bastante reduzido. Melhor usinabilidade As caractersticas que garantem uma boa usinabilidade podem ser relacionadas a:

uniformidade da microestrutura, ausncia de incluses abrasivas ( no h gros de areia), ausncia de camada descarbonetada, e produo em ferros fundidos cinzentos e nodulares de alta qualidade.

Observe-se ainda que a presena de grafita na estrutura favorece a quebra de cavaco e atua como lubrificante. Todos os fatores citados permitem maiores velocidades de corte e menor desgaste de ferramentas.

Produtos de Fundio Contnua

Peas resultantes sem porosidade Este defeito de fundio, causado por liberao de gases, praticamente eliminado pois todos os fatores relacionados com o vazamento em molde no existem. O molde usado neste processo de grafite, que no libera gases em alta temperatura. A nica possvel fonte de formao de gases so os gases dissolvidos no metal lquido. Ausncia de Rechupes Os rechupes, normalmente formados em peas fundidas em moldes de areia so evitados na fundio continua pois o molde rgido, isto , no se expande durante a solidificao, permitindo uma alimentao adequada da pea. Alm disto, as barras produzidas tem geometria bem definida, o que possibilita um controle eficiente do processo de solidificao. Menor densidade em relao ao ao O produto da fundio continua possui densidade 10% menor do que o ao. A grafita presente no ferro fundido responsvel por esta diferena. Densidade FoFo em fundio continua=7,20 g/cm3 Densidade do ao=7,86 g/cm3. Estrutura mais refinada O uso de molde de grafite refrigerado resulta numa estrutura mais refinada em relao fundio convencional em areia, consideradas peas de mesma espessura. O produto resultante tem portanto melhores propriedades mecnicas. 29 TRATAMENTOS FUNDIO PS-

Os perfis e barras produzidos pela fundio contnua so passveis de tratamentos trmicos e superficiais para obteno de caractersticas especiais.

Ligas de Alta Resistncia Dentre os produtos obtidos no estado bruto de fundio, o ferro fundido nodular perlitico de classe FE70002 possui no mnimo 700 Mpa de tenso limite de resistncia. Todavia, mediante tratamento trmico possvel obter um produto ainda mais resistente, com tenso limite de resistncia entre 850 e 1600 Mpa com valores de alongamento de at 6%. Este produto, resultante do tratamento trmico de austempera feito em um ferro fundido nodular, conhecido mundialmente como ADI (austempered ductile iron) e se caracteriza por possuir grafita nodular em uma matriz composta de ferrita e austenita de alto carbono. (Alguns textos denominam incorretamente este material de ferro fundido nodular baintico, embora sua matriz no contenha bainita, mas ferrita e austenita). Ferros fundidos nodulares submetidos a tratamento de austmpera so indicados para fabricao de engrenagens, eixos de comando de vlvulas, pinos buchas e componentes que necessitem boa tenacidade combinada com alta resistncia ao desgaste. Existe possibilidade de obter uma vasta gama de combinaes de propriedades mecnicas, j que este material tem alta temperabilidade. Pode ser submetido a tmpera , revenido e normalizao. Tratamentos Superficiais Os objetivos destes tratamentos a elevao da resistncia ao desgaste (nitretao, tmpera superficial), ou fadiga (shot peening) ou corroso (cromagem). Os produtos de fundio contnua permitem a cromagem (peas para vidraria), nitretao , shot peening (engrenagens) e tmpera superficial (eixos de comando de vlvulas).

Exemplo de acessrios para Indstria Vidreira

30 APLICAES

A princpio, qualquer componente produzido em ferro fundido cinzento, nodular e em ao de algumas classes poderia ser produzido por fundio contnua. A tabela abaixo exemplifica usos onde a fundio contnua j substitui a fundio convencional e alguns perfis de ao. A gama de aplicaes vasta e cobre desde arruelas at corpos de vlvulas para circuitos hidrulicos.

Exemplo de Componentes Hidrulicos

SEGMENTO DE MERCADO

COMPONENTES

Hidrulica e Pneumtica

Manifolds mbolos Tampas de Cilindro Cabeotes de Cilindro Corpos de Vlvula Moldes Formas Pinos Punes Neck Rings Machos Polias Acoplamentos Roldanas Eixos Rguas Guia Buchas Arruelas Porcas Engrenagens Pinos

Vidraria

Mquinas e Equipamentos

Contrapesos Mesas Flanges Mancais Martelos Capas de Mancal Distanciadores mbolos de Pisto de Freio Anis Guias de Vlvulas Eixos de comando Sedes de vlvula Protetores de Termopar Matrizes Retentores Cones Plugs Placas de Vlvulas Rolos Para Leito de Resfriamento Coquilhas

Autopeas

Outros

31 MATERIAIS DA FUNDIO CONTNUA

Compartilhar Na fundio continua produzem-se atualmente dois tipos de material: o ferro fundido cinzento e o ferro fundido nodular. A seguir descrevem-se as caractersticas de cada um destes materiais, usando-se como exemplificao as classes produzidas pela Tupy. 31.1 FERRO FUNDIDO CINZENTO Caracterstica principal: o ferro fundido cinzento produzido por fundio contnua apresenta carbono na forma de grafita lamelar como caracterstica dominante de microestrutura (Classes FC200, FC300 e GMI da Tupy). Propriedades Mecnicas: so dependentes da estrutura final obtida, isto , dependem da matriz metlica e da quantidade e forma da grafita. Menor resistncia mecnica - est associada a maiores quantidades de grafita , veios mais longos, e maiores quantidades de ferrita.

Maior resistncia mecnica - est associada grafita mais refinada e matriz perltica, que confere ao material melhor acabamento superficial e maior dureza. VER POSIO DOS CORPOS DE PROVA PARA MEDIO DE PROPRIEDADES Classes - Ferro Fundido Cinzento FC 200 - Ferro Fundido Cinzento Perltico/Ferrtico FC 300- Ferro Fundido Cinzento Perltico GMI - Ferro Fundido Cinzento com Grafita Refinada 31.1.1 Ferro Fundido Nodular Caracterstica Principal: o ferro fundido nodular produzido por fundio contnua apresenta carbono na forma de grafita nodular como caracterstica dominante de microestrutura (Classes FE 40015, FE 45012, FE 55006 e FE 70002 da Tupy). A grafita nodular obtida pela adio de elementos qumicos e condies especiais de fabricao, que condicionam seu crescimento. Propriedades Mecnicas: so ligadas s propores de ferrita e/ou perlita da matriz , alm da forma da grafita. A tenso limite de resistncia trao do material bruto situa-se entre 400 e 700 MPa , com valores de alongamento de 2 a 15%. Classes - Ferro Fundido Nodular FE 40015- Ferro Fundido Nodular Ferrtico FE 45012 - Ferro Fundido Nodular Ferrtico/Perltico FE 55006 - Ferro Fundido Nodular Perltico/Ferrtico FE 70002 - Ferro Fundido Nodular Perltico 31.1.2 Informaes Complementares dos Produtos Normalmente os ferros fundidos cinzentos e nodulares so especificados por sua Tenso Limite de Resistncia Trao (tenso limite de ruptura) e Dureza. Estas propriedades so usadas pela facilidade de serem determinadas. Entretanto, em alguns casos necessrio basear a escolha adequada do material em outras caractersticas. A tabela abaixo lista estas caractersticas, relacionando-as com a tenso limite de resistncia trao, representada pelo smbolo LR PROPRIEDADES Tenso Limite de Resistncia ao Cisalhamento (MPa) Tenso Limite de Resistncia Toro (MPa) Tenso Limite de Resistncia Fadiga (MPa) (sem entalhe) Tenso Limite de Resistncia CINZENTO 1,15 x LR(1) 1,15 x LR(1) NODULAR 0,90 x LR(3;5) 0,90 x LR(3;5) FE 40015=0,50 x LR (3) FE 45012=0,45 x LR (3) FE 55006=0,40 x LR (3) FE 70002=0,40 x LR (3) .............

0,40 x LR(4;5)

[LR] 140-175 x 4,02(5)

Compresso (MPa)

[LR] 176-210 x 3,68(5) [LR] 211-245 x 3,61(5) FE40015= 15 - 13(2) FE45012= 10 - 5(2) FE55006= 5 - 2(2) FE70002= 5 - 2(2) FE 40015= 169(2) FE 45012= 169(2) FE 55006= 169(2) FE 70002= 172-176(2) FE 40015= 37- 36(2) FE 45012= 37- 36(2) FE 55006= 35- 34(2) FE 70002= 32- 31(2)

Resistncia ao Impacto (J) (com entalhe 20oC)

............

Mdulo de Elasticidade (GPa)

FC 200 = 88-113(1) FC 300 =108-137(1) ......GMI = 78-107(1) FC 200 = 51- 48(2) FC 300 = 47- 44(2) ......GMI = 44- 41

Condutividade Trmica (W/mK, 100 - 400oC)

31.2 USINAGEM COMO REFERENCIAL PR-HISTRICO A Pr-Histria compreende o perodo que vai desde o surgimento do homem at o aparecimento da escrita, sendo subdividida em:

Idade da Pedra Lascada (Paleoltico- fig. Machado de Pedra Lascada) Idade da Pedra Polida (Neoltico-fig. Foice de osso) Idade dos Metais (fig. Pontas de armas)

Observe que a usinagem evoluiu juntamente com o homem, sendo usada como parmetro de subdiviso de um perodo.

Fonte: SOUZA. Osvaldo, "Histria Antiga e Medieval", Editora Atica 31.3 SURGE O PRINCPIO DA FABRICAO No Periodo Paleoltico, as facas, pontas de lanas e machados eram fabricados com lascas de grandes pedras. No Periodo Neoltico, os artefatos eram obtidos com o desgate e polimento da pedra(Princpio da Retificao). 31.4 SURGE O CONHECIMENTO DE NOVOS MATERIAIS O Homem passa a usar metais na fabricao de ferramentas e armas no fim da prhistria. Os primeiros metais a serem conhecidos foram o cobre e o ouro, e , em

escala menor, o estanho. O ferro foi o ltimo metal que o homem passou a utilizar na fabricao de seus instrumentos. 31.5 A EVOLUO DA FERRAMENTA Com a pancada de uma cunha manual surgiu o cinzel, movimentando esta ferramenta para frente e para trs, aplicando-se presso surgiu a serra.

Dispositivo da era Neoltica usado no corte de pedras Um grande avano nesse perodo foi a transformao do movimento de translao em movimento de rotao (com sentido d