CONFORMAO MECNICA

Cristina Sayuri Fukugauchi

2015

PROCESSOS

Famlias de Processo de Fabricao

1. Conformao Mecnica 2. Fundio 3. Soldagem 4. Tratamentos Superficiais 5. Usinagem

V1 =S1xL1=S2xL2=V2

Objetivos da Conformao

Obteno de produtos finais com especificao de: A) dimenso e forma; B) propriedades mecnicas; C) condies superficiais;

Classificao dos Processos de Conformao Plstica

Os processos de conformao plstica podem ser classificados de acordo com vrios critrios: 1. Tipo de esforo predominante; 2. Temperatura de trabalho; 3. Forma do material trabalhado ou do produto final; 4. Tamanho da regio de deformao (localizada ou geral); 5. Tipo de fluxo do material (estacionrio ou intermitente); 6. Tipo de produto obtido (semi-acabado ou acabado).

Tipo de esforo predominante

A) processos de conformao por compresso direta; B) processos de conformao por compresso indireta; C) processos de conformao por trao; D) processos de conformao por cisalhamento; E) processos de conformao por flexo.

Temperatura de trabalho

A) Trabalho mecnico a quente; B) Trabalho mecnico a frio; C) Trabalho mecnico a morno

LAMINAO

Introduo

Processo de conformao mecnica que consiste na passagem

de um corpo slido na forma de lingote, placa,tira, etc., entre

dois cilindros que giram na mesma velocidade perifrica, mas

em sentidos diferentes

Retilneos (laminao de produtos planos): reduo da espessura

Canais entalhados (laminao de produtos no planos)

Para obteno de produtos laminados as principais etapas so:

1. preparao do material inicial para a laminao;

2. aquecimento do material inicial;

3. laminao a quente;

4. acabamento e/ou tratamento trmico (caso de ser produto final);

5. decapagem;

6. laminao a frio (caso seja necessrio);

7. tratamento trmico;

8. acabamento e revestimento.

Durante as etapas de laminao, deve-se efetuar um controle de qualidade do

produto para se detectar a presena de defeitos, tais como trincas e vazios

internos, afim de se evitar que um produto com excesso de defeitos, portanto,

rejeitvel, continue sendo processado, com desperdcio de tempo e energia.

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.

Processo pode ser realizado:

continuo ou em etapas

com uma ou mais ferramentas rotativas (cilindros de laminao)

com ou sem ferramentas adicionais (p.ex.: mandris, calos ou hastes)

Permitindo:

alcanar as dimenses dos produtos semi-acabados ou da pea pronta.

caldeamento de rechupes e poros provenientes do processo de lingotamento

conformao da estrutura de solidificao do lingote.

melhora das propriedades mecnicas.

Trem contnuo

Laminao: Uso e Vantagens

Alta produtividade

Controle dimensional do produto acabado que pode ser bastante

preciso.

Processo primrio

Matria prima para outros processos

Muito utilizado

Caracterstica bsica do processo:

A tenso predominante, que conduz o processo a tenso de compresso.

Os cilindros de laminao podem tanto ser motores ou ento movidos pelo movimento do material que est sendo laminado.

Laminao

TRANSVERSAL LONGITUDINAL CISALHANTE

CLASSIFICAO CONFORME A CINEMTICA

Laminao

LAMINAO PLANA LAMINAO DE PERFIS

CLASSIFICAO CONFORME A GEOMETRIA

Laminao

PRODUTOS

Quanto a classificao dos produtos laminados pode-se

classificar em: produtos semi-acabados (blocos, placas, tarugos

etc.) e produtos acabados (planos: perfis, trilhos etc.) e no

planos: barras, fio-mquina, tubos sem costura etc.

Laminao

Laminadores

Um laminador consiste:

cilindros (ou rolos),

mancais,

uma carcaa chamada de gaiola ou quadro para fixar estas partes

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.

LAMINADORES

Nos cilindros de laminao podem-se distinguir nele trs partes bsicas; corpo, pescoo e apoio.

CLASSIFICAO DOS CILINDROS:

So produzidos em uma enorme variedade de materiais, desde o ao simples com 0,50% de

carbono, passando pelos ferros fundidos especiais e nodulares, at os carbonetos de tungstnio.

CILINDROS DE AO

Mediante o emprego de elementos de liga e de tratamentos trmicos adequados pode-se

conseguir altas durezas e resistncias adequadas com cilindros de ao. O teor de carbono varia

de 0,35 a 1%. Os principais elementos de liga so o cromo, o nquel e o molibdnio.

CILINDROS DE AO FUNDIDO:

Apresentam resistncia ao desgaste relativamente pequena mas, devido sua alta resistncia

flexo, permitem grandes redues em cada passagem. So usados; principalmente, nos

laminadores desbastadores, nas primeiras cadeiras de laminadores de tiras a quente e como

cilindros de encosto nos laminadores planos aquente e a frio. Podem tambm ser empregados

como cilindros preparadores.

CILINDROS DE AO FORJADO:

Apresentam melhor resistncia ao desgaste. So usados principalmente como cilindros de

trabalho de laminadores a frio.

CILINDROS DE FERRO FUNDIDO EM MOLDES DE AREIA

So empregados como cilindros acabadores de trens de grandes perfis e trens

comerciais, bem como cilindros preparadores de trens de perfis mdios.

CILINDROS DE FERRO FUNDIDO COQUILHADO

Possuem uma camada exterior dura, com grande resistncia ao desgaste podendo gerar

produtos com bom acabamento superficial. O ncleo, no entanto, mais tenaz e

possui boa resistncia ruptura. Podem ser usados em cadeiras acabadoras de trens

de fio-mquina, de trens de pequenos perfis, e em laminadores desbastadores.

CILINDROS DE FERRO FUNDIDO NODULAR

Alm de terem boa resistncia ao desgaste, apresentam resistncia ruptura

maior que os outros cilindros de ferro fundido cinzento. Podem ser usados em

cilindros de laminadores de tarugos e cilindros intermedirios de trens de fio-

mquina.

Quando um esboo aquecido laminado, uma parte de seu calor transmitida

aos cilindros, provocando o aquecimento destes. Como este aquecimento no

regular ao longo da mesa, formam-se as 'trincas trmicas' que marcam

(danificam) os cilindros podendo, inclusive, provocar sua ruptura. Estas trincas

podem, no entanto, ser evitadas ou atenuadas mediante um resfriamento

adequado dos cilindros.

Os laminadores so classificados de acordo com o nmero e arranjo de cilndricos e os trs

tipos principais so os laminadores duo, trio e

qudruo.

TIPOS DE LAMINADOR PARA LAMINAO CONVENCIONAL

DUO DUO REVERSVEL TRIO

SENDZIMIR QUADRO

Neste laminador o cilindro

inferior fixo e o cilindro

superior pode mover-se, durante

a operao.

O sentido do giro dos cilindros

no pode ser invertido e o

material s pode ser laminado

em um sentido

Laminador duo

A inverso da rotao dos

cilindros permite que a

laminao ocorra nos dois

sentidos de passagem entre os

rolos

Laminador duo reversvel

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.

Laminador trio

Usado para laminar materiais

mais finos, utiliza cilindros de

trabalho de pequeno dimetro

apoiados por cilindros de

encosto para no fletir.

Pode ser reversvel ou no.

Laminador qudruo

Os cilindros de trabalho so

muito finos, podem fletir tanto

na direo vertical quanto na

horizontal e so apoiados em

ambas as direes

Laminador Sendzimir

Dispe de dois pares de cilindros de trabalho, com eixos verticais e

horizontais

Laminador universal

EXEMPLO DE LAMINAO NO-CONVENCIONAL: LAMINAO PLANA DE ROSCAS

Laminao

EXEMPLO DE LAMINAO NO-CONVENCIONAL: LAMINAO DE ROSCAS COM ROLOS

Laminao

Laminao

FORAS E RELAES

Na laminao a passagem da pea pelos cilndricos ocorre atravs da ao da fora de atrito que atua na superfcie de contato entre peas e

os cilndricos. Essa fora proporcional ao ngulo de contato.

O volume do material se mantm constante (a variao desprezvel), ou:

Volume Entrada = Volume de Sada

FORAS E RELAES

CLASSIFICAO QUANTO TEMPERATURA:

LAMINAO A QUENTE

LAMINAO A FRIO

Laminao

LAMINAO A QUENTE:

Utilizada para materiais que tenham baixa plasticidade a frio.

Serve como etapa de preparao para laminao final, a frio.

Permite grandes redues de espessura.

Foras de laminao menores que as da laminao a frio

Produz acabamento superficial pobre.

Resulta em tolerncias dimensionais largas.

Laminao a quente

Como ao lingotado convencionalmente a primeira operao de laminao ocorre em um laminador desbastador

usualmente um duo reversvel

utiliza-se tambm laminadores universais, o que permite um melhor esquadrinhamento do produto.

Os produtos desta etapa so:

Tarugos (blooms, seo quadrada)

Placas (slab, seo retangular)

Laminao

O processo de fabricao por laminao empregado em tubos de ao carbono,

ao-liga e ao inox, de 8 at 65 centmetros de dimetro. Existem vrios

processos de fabricao por laminao, mas o mais importante o

processo Mannesmann.

A formao por esse processo d-se a partir de uma barra circular macia de ao,

empurrada por dois cilindros oblquos que o rotacionam e transladam contra um

mandril fixo. Obtm-se um tubo bruto, que sofrer conformao de acabamento

atravs de laminadores perfiladores.

LINGOTAMENTO CONTNUO PARA PRODUO DE CHAPAS POR LAMINAO A QUENTE

LAMINAO A QUENTE

PRODUTOS OBTIDOS POR LAMINAO A QUENTE

Fenmenos Metalrgicos Durante A Laminao

Na laminao a quente industrial h a presena de gradientes de

temperatura, grau e velocidade de deformao, e de

composio qumica ao longo da espessura do laminado,

desconhecimento sobre as condies reais na interface cilindro de

trabalho laminado e problemas para se coletar dados precisos e

consistentes, o que dificulta o ajuste e aplicao de modelos

tericos ao controle de processo.

Inicialmente na laminao quente, a

microestrutura do ao consiste de gros

equiaxiais grosseiros de austenita. Durante o

passe no laminador, os gros de austenita

so deformados e alongados. As bandas de

deformao podem aparecer dentro dos

gros de austenita

Quando o ao deformado no estado de austenita a altas temperaturas, a tenso de

escoamento aumenta para um mximo e em seguida cai para um valor constante.

Isto devido ao fato de que aps um certo tempo de deformao, a gerao de

discordncias e sua posterior eliminao alcanam um certo equilbrio de modo que o

material pode continuar a ser deformado sem que ocorra qualquer aumento ou

diminuio na tenso de escoamento.

Esta tenso denominada de tenso de escoamento no regime estacionrio. Desta

forma, nos processos de restaurao dinmicos deve-se atingir um grau de

deformao crtico (mnimo) a partir do qual estes processos sejam estveis, o que em

geral no acontece.

As microestruturas obtidas por processo de restaurao dinmicos no so estveis e

em altas temperaturas so modificadas por processos de restaurao metadinmicos e

estticos.

LAMINAO A FRIO:

Requer material com boa plasticidade a frio.

precedida por laminao a quente.

As redues de espessura so limitadas pelo encruamento.

As foras de laminao so bem maiores que as da laminao a quente.

Produz acabamento superficial bom ou timo.

Resulta em tolerncias dimensionais mais estreitas que a laminao a quente.

Laminao

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.

Laminao a Frio

A reduo total varia de 50 a 90%

Deseja-se uma distribuio to uniforme quanto possvel nos

diversos passes sem haver uma queda acentuada

A porcentagem de reduo menor feita no ltimo passe

para permitir um melhor controle do aplainamento, bitola e

acabamento superficial.

Laminao a Frio - caractersticas

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.

Laminao de barras e perfis

LAMINAO A FRIO DE CHAPAS

Laminao

Ao final da laminao a frio, o ao encontra-se completamente encruado, e os

gros assumem uma forma alongada no sentido da laminao. Nesta etapa as

propriedades mecnicas do material so profundamente alteradas, ocorrendo uma

queda da ductilidade e aumento na resistncia mecnica.

Nessas circunstncias se faz necessrio um processo de recozimento para que as

propriedades mecnicas sejam recuperadas. Aps o recozimento, realizado um

processo de encruamento. Ele consiste em dar um leve alongamento tira (de 0,3

a 2% em geral) por combinao de um esforo de laminao e trao. Isto ocorre

atravs de um passe da chapa de ao bobina no laminador de Encruamento (Skin

Pass), com velocidade e presso controladas.

Laminao

Perfis estruturais

Blocos Laminados

Placas Laminadas

PRODUTOS OBTIDOS POR LAMINAO A FRIO

Laminao

Laminao - defeitos

a) Ondulao nas extremidades resultado do curvamento do cilindro; b)

trincas chevron no meio da tira; c) trincas de extremidade/aresta; d)

Abertura em jacar

INOVAO

Tanto a temperatura final do laminado aps o ltimo passe, quanto o grau de reduo

aplicado no mesmo afetam significativamente as propriedades fsicas do produto.

Desta forma, em muitos processos de laminao a quente, muitas operaes so

realizadas de modo a alcanar uma temperatura final que leva as propriedades fsicas

desejadas no produto. Estas operaes so chamadas de laminao controlada e mais

recentemente de tratamentos termo mecnicos.

No processo de laminao a quente o material aquecido at uma temperatura de

encharque, realizando a sua austenitizao, a seguir deformaes programadas so

impostas nas etapas de desbaste e acabamento e, finalmente, um resfriamento

controlado deste.

LAMINAO CONTROLADA

TRATAMENTOS TERMO MECNICOS

Uma das consequncias do processo de reaquecimento do ao o crescimento de

gro. O controle deste crescimento uma etapa importante no processo de laminao

controlada onde se desenvolvem grandes esforos para alcanar produtos com

estruturas de granulao fina.

Para aos microligados, a temperatura de reaquecimento deve ser alta o bastante para

solubilizar as partculas estveis que se formaram com as ligas.

A temperatura de reaquecimento tambm afeta a formao da chamada bandas de

deformao, a qual desenvolve um importante papel durante o processo subsequente

de restaurao do gro.

Para que o tamanho de gro final da austenita seja fortemente dependente do

reaquecimento do gro, necessrio a temperatura de reaquecimento seja mantida

acima da temperatura de crescimento do gro.

Parmetros de operao industrial, tais como: deformao, taxa de

deformao e temperatura podem ser correlacionados com os

fenmenos metalrgicos envolvidos no processo e tratados por

equaes empricas conhecidas na literatura.

A anlise e interpretao destes dados, em conjunto com os dados

operacionais, podem caracterizar o comportamento mecnico a

quente destes aos e, assim, diminuir os custos de processamento.

A laminao controlada ou tratamentos termomecnicos so uma srie de tratamentos trmicos e de

deformaes plsticas de modo a se alcanar as melhores propriedades mecnicas dos aos tais

como:

a - Maior resistncia ao escoamento;

b - Melhor tenacidade;

c - Melhor soldabilidade;

d - Maior resistncia fratura frgil;

e - Maior resistncia fratura dtil de baixo nvel de energia;

f - Menor impacto nas temperaturas de transio;

g - Boa conformao a frio, particularmente no dobramento;

h - Reduo de custo a qual possvel utilizando a laminao quente ao invs de

seo de tratamentos trmico posterior.

Um fator adicional reduo de custo o fato do processo de laminao controlada permitir que se

alcance as propriedades desejadas com menos quantidades de elementos de liga no ao do que as

necessrias no processo de laminao quente convencional.

Objetivos gerais da laminao controlada dos aos

AOS DP E TRIP

AOS COM GRO ULTRA-FINO

BOBINAS A QUENTE COM GRO ULTRA-FINO:

O NOVO L.T.Q. DA NAKAYAMA STEEL - 2000

O refino do tamanho de gro permite conciliar alta resistncia

mecnica e tenacidade, mas tende a

prejudicar a estampabilidade -

uma caracterstica geralmente

fundamental para as aplicaes

automotivas.

Uma possvel soluo para esse

impasse a associao de tamanho

de gro ultra-fino com microestruturas

que proporcionem alta estampabilidade

(dual phase ou contendo disperses

muito finas de

precipitados).