Introd conform mec metais i

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IntrProcMats 1
Introdução ao Processamento de Materiais
José Adilson de Castro
Luciano Pessanha Moreira
Luiz Carlos Rolim Lopes
Escola de Engenharia Metalúrgica Industrial de Volta Redonda
Universidade Federal Fluminense 
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Etapas de Produção de Aços 
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Etapas de Acabamento de Aços 
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Segundo Módulo 
Prof. Luciano Pessanha Moreira
2. Processamento e aplicações de materiais metálicos II
2.1 Introdução
2.2 Classificações dos Processos de Conformação Mecânica
Processos Volumétricos
Processos de Conformação de Chapas
2.3 Comportamento Mecânico dos Materiais 
Propriedades Mecânicas
Efeitos do Encruamento, Temperatura e Taxa de Deformação
2.4 Processos de usinagem 
Corte Ortogonal, Desbaste e Acabamento
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Biblio
Livros
AMSTEAD, B. H., OSTWAD, P.F. e BEGEMAN, M. L., Manufacturing Processes, 
8a Ed., John Wiley & Sons, 1986.
BRESCIANI FILHO, E. et al., Conformação Plástica dos Metais, Ed. da 
UNICAMP, Campinas, São Paulo, 1997.
HELMAN, H. e CETLIN, P.R., Fundamentos da Conformação Mecânica dos 
Metais. Ed. Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1983. 
KALPAKJIAN, S., Manufacturing Processes for Engineering Materials. 
SCHEY, J. A., Introduction to Manufacturing Processes. McGraw Hill, New 
York, 3a Ed., 2000.
Internet 
Centro de Informação Metal Mecânica www.cimm.com.br
MATTER www.matter.org.uk
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Introdução
� Os processos de fabricação de peças metálicas por conformação mecânica 
são responsáveis pela produção de um grande número de produtos;
� Diversos materiais metálicos podem ser conformados, destacando-se os 
aços, as ligas de alumínio, as ligas de cobre e as ligas de titânio, entre os 
materiais empregados industrialmente;
� Os produtos conformados apresentam uma grande gama de geometrias, 
desde as mais simples até as mais complexas, representadas pelos 
produtos de grandes comprimentos como perfis, chapas, folhas, tubos, 
barras e peças diversas como eixos, engrenagens, bielas, entre outros;
� A conformação mecânica, também denominada conformação plástica, 
representa um conjunto de processos em que a modificação da forma e das 
dimensões da peça metálica ocorre pela ação de tensões mecânicas que 
causam a deformação plástica dessa peça, sem que haja remoção de 
material como ocorre nos processos de usinagem. Assim, nos processos de 
conformação não há variação do volume das peças conformadas. 
Processos de Conformação Mecânica dos Metais
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Processos de Conformação Mecânica
Mecanismo básico : mudança de forma por processo 
de deformação plástica
Conformação de materiais policristalinos (metais) : 
sem mudança de volume (regime incompressível)
Desvantagens ou inconvenientes :
1. Esforços necessários são elevados (>> consumo de energia)
2. Custo elevado de usinagem/fundição de ferramental
Característica : produção em grande escala
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Processos de Conformação Mecânica
Classificação Geral
Processos Volumétricos ou Massivos
Dimensões do esboço metálicos muito próximas. 
Exemplo: Esboço plano Largura (W) ~ Espessura (t)
Processos de Conformação de Chapas
Dimensões do esboço metálicos muito distintas. 
Exemplo: Esboço plano Largura (W) >> Espessura (t)
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Processos Volumétricos ou Massivos
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Processos de Conformação de Chapas
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Processos de Conformação Mecânica
Outras classificações
1. Esforço predominante 
2. Temperatura de trabalho
3. Forma do esboço ou produto final
4. Região de deformação
5. Fluxo do material
6. Produto
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Classificações : Esforço predominante
1) Compressão direta: predomina a solicitação externa por compressão 
sobre a peça de trabalho. Nesse grupo podem ser classificados os 
processos de forjamento (livre e em matriz) e laminação (plana e de 
perfis).
2) Compressão indireta: as forças externas aplicadas sobre a peça 
podem ser tanto de tração quanto de compressão, mas as que 
efetivamente provocam a conformação plástica do metal são de 
compressão indireta, desenvolvidas pela reação da matriz sobre a peça. 
Exemplos: trefílação e extrusão de tubos e fios, e a estampagem 
profunda (embutimento) de chapas. 
3) Estiramento: onde a peça toma a forma da matriz através da aplicação 
de forças de tração em suas extremidades, é o principal exemplo é o 
estiramento de chapas finas. 
4) Cisalhamento: onde ocorrem forças cisalhantes suficientes ou não para 
romper o metal no seu plano de cisalhamento. Os melhores exemplos 
deste tipo de processo são a torção de barras e o corte de chapas. 
5) Flexão: as modificações de forma são obtidas mediante a aplicação de 
um momento fletor. Esse princípio é utilizado para dobrar chapas, barras 
e outros produtos. Por exemplo, processos de dobramento livre, 
dobramento de borda, dobramento de matriz e calandragem. 
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Esforço predominante
Processo Ilustração 
Laminação 
 
Trefilação 
 
Extrusão 
 
Forjamento 
 
Estampagem (profunda) 
 
Estiramento de chapas 
 
Dobramento 
 
Calandragem 
 
Corte 
 
 
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Esforço predominante
Trabalho Semi-produtos ou produtos
Processo Força Preponderante
a quente a frio Aços Não ferrosos
X
Placas / Chapas
Barras / Perfis
Placas / Chapas
BarrasLaminação Compressão direta
X Chapas
Trefilação Compressão indireta X
Barras / Arames
Fios
Barras / Arames
Fios / Tubos
X Tubos
Barras / Tubos / 
Perfis
Extrusão Compressão indireta
X Peças pequenas Peças longas
X Peças forjadas
Forjamento Compressão direta
X Peças pequenas forjadas
X Peças grandes estampadasEstampagem
(profunda)
Compressão indireta
em parte X Peças de chapas estampadas
Estiramento
de chapas
Tração X Peças de chapas estiradas
Dobramento Flexão X X Peças de chapas e tiras dobradas
Calandragem Flexão X Tubos
Corte Cisalhamento X X
Peças cortadas de chapas ou
Perfis pequenos diversos
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Classificações : Temperatura
� Quando a temperatura de trabalho T é maior que a temperatura 
que provoca a recristalização do metal, o processo é denominado 
trabalho a quente e, abaixo desta temperatura, trabalho a frio. 
� No trabalho mecânico a frio, provoca-se o aparecimento do efeito 
de encruamento do metal, ou seja, o aumento da resistência 
mecânica com a deformação plástica. 
� O trabalho mecânico a frio permite aumentar a resistência mecânica 
de certos materiais não-ferrosos que não podem ser endurecer por 
meio de tratamentos térmicos. 
� No trabalho mecânico a quente, a deformação plástica é realizada 
numa faixa de temperatura, e durante um determinado tempo, em 
que o encruamento é eliminado por mecanismos de recuperação e 
recristalização do metal.
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Classificações : Temperatura
Frio
Morno
T /Tfusão 0.6
Temperatura Homóloga
T /Tfusão
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Classificações ...
3. Forma do Esboço ou Produto Final
Placas, chapas, perfis : laminação, estampagem ...
Tubos, barras, fios : trefilação, extrusão ...
4. Região de Deformação
Localizada : laminação, trefilação, extrusão
Generalizada : estampagem profunda, forjamento
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Classificações ...
5. Fluxo de Deformação do Material
Contínuo ou quase-estacionário : 
laminação, trefilação, extrusão
6. Produto final (Acabamento)
Intermitente : 
Estampagem, forjamento
Primário : semi-acabado
Secundário : acabado
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Classificações...
5. Fluxo de Deformação do Material
Intermitente : Estampagem profunda
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Processos de Conformação Mecânica
Variáveis Independentes
1. Material de partida (% química)
2. Geometria do esboço de partida
3. Geometria do ferramental 
4. Lubrificação 
5. Temperatura de trabalho
6. Velocidade de processamento
7. Quantidade de deformação
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Processos de Conformação Mecânica
Variáveis Dependentes
1. Esforços/Energia/Potência 
2. Propriedades finais do produto
3. Temperatura final ou de saída 
4. Acabamento superficial 
5. Tolerâncias6. Escoamento do material
IntrProcMats 22
Comportamento Mecânico dos Materiais
Medidas
Carga P 
Alongamento ∆L
Máquina universal de ensaios 
Ensaio de tração uniaxial
IntrProcMats 23
Ensaio de Tração Uniaxial
Corpos de provas
IntrProcMats 24
Ensaio de Tração Uniaxial
Corpos de provas
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Tração Uniaxial
Definições : curva tensão-deformação
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Tração Uniaxial : Medidas de Engenharia
Tensão de engenharia
0
A
PS =
Deformação de engenharia
0
0
0
L
LL
L
Le
−
=∆=
onde
0
A Área inicial da seção transversal
0
L Base de medida inicial
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Tração Uniaxial : Medidas Verdadeiras
Tensão verdadeira
A
P=σ
Deformação verdadeira 







=ε⇒=ε
0
L
Lln
L
dLd
onde
A Área atual da seção transversal
0
L Base de medida atual
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Tração Uniaxial : 
Medidas Verdadeiras X Engenharia
Aço C qualidade EEP
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
T
en
sã
o
 (
M
P
a)
Deformação
 Engenharia
 Verdadeira
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Tração Uniaxial : 
Relações entre “S x e” e “σ x ε”
Tensão
Deformação
VerdadeiraEngenhariaDefinição
A
P=σ
0
A
PS =








=ε
0
L
Lln
0
0
L
LL
e
−
=
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Encruamento
� Fenômeno pelo qual um material endurece devido à
deformação plástica (Trabalho à Frio)
� Mecanismo de endurecimento : aumento de imperfeições 
e discordâncias e promovidas pela deformação
� Mecanismo de deformação plástica : escorregamento 
(Cisalhamento) de planos atômicos 
� A medida que se aumenta o encruamento maior é a força 
necessária para produzir uma maior deformação
� Pode ser removido através de tratamentos térmicos 
(Recristalização)
IntrProcMats 31
Encruamento
IntrProcMats 32
Encruamento
IntrProcMats 33
Encruamento
(a) Variação nas propriedades mecânicas, reveladas por um ensaio de tração, do 
níquel com quantidades cada vez maiores de deformação por laminação. 
(b) Recuperação das propriedades mecânicas de acordo com ciclos de recozimento 
de 1 hora nas temperaturas indicadas (Meyers e Chawla, 1983)
IntrProcMats 34
Encruamento
σ
ε
Trabalho a frio
IntrProcMats 35
Encruamento na Tração Uniaxial
Equação de Hollomon
nKε=σ
onde
K Coeficiente de resistência
n Expoente de encruamento
(Regime de deformações plásticas)
IntrProcMats 36
Encruamento na Tração Uniaxial...
Alumínio 1100-0
)Klog()log(n)log( +ε=σ
IntrProcMats 37
Ductilidade 
� Capacidade ou medida de quanto um metal pode escoar 
plasticamente sem que ocorra fratura
� Medidas de ductilidade 
(%)100
L
LL
e
0
0f
f
−
=Deformação na fratura
(%)100
A
AA
q
0
f0
−
=Redução de área
IntrProcMats 38
Resiliência e Tenacidade 
� Resiliência : Capacidade de um metal absorver energia 
quando deformado elasticamente e liberá-la quando 
descarregado
Energia de deformação elástica por unidade de volume
εσ=
2
1U
0
Área sob a região 
elástica da curva σ - ε
� Tenacidade : capacidade para absorver energia no 
domínio plástico
IntrProcMats 39
Taxa de Deformação
onde
Verdadeira
L
v
dt
L/dL
dt
L/dL
dt
d TD ===ε=ε&
Engenharia
0
0T0D
L
v
dt
L/dL
dt
L/dL
dt
dee ====&
v Velocidade da travessa da máquina de ensaios
D
L Comprimento de deformação
T
L Comprimento total
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Efeito da Taxa de Deformação
Variação no limite de escoamento em função da taxa de deformação e temperatura 
de teste para uma liga de alumínio (Dieter, 1988)
IntrProcMats 41
Taxa de Deformação
mKε=σ & onde
K Coeficiente de resistência
m Expoente de sensibilidade a taxa de deformação
12
ε>ε &&Mesmo material : 2 ensaios 
)ln(
)ln(
m
12
12
m
1
2
1
2
εε
σσ
=⇒







ε
ε
=
σ
σ
&&&
&
IntrProcMats 42
Taxa de Deformação
Ensaio de tração com mudanças na taxa de deformação ao longo do ensaio 
(Meyers e Chawla, 1983 e Dieter 1988)
IntrProcMats 43
Efeito da Taxa de Deformação
Valores do parâmetro m da equação para três metais obtidos em ensaios de 
compressão (Helman e Cetlin, 1983)
IntrProcMats 44
Efeito da Taxa de Deformação
Limite de escoamento em função da quantidade de deformação e temperatura obtido 
para três metais em ensaios de compressão (Helman e Cetlin, 1983)
IntrProcMats 45
Efeito da Temperatura
Em geral, quando T aumenta :
Resistência ao escoamento diminui 
aumentando a ductilidade
Temperatura homóloga 
f
h T
TT =
onde
T Temperatura de trabalho (0K)
f
T Temperatura de início de fusão (0K)
IntrProcMats 46
Efeito da Temperatura
Alterações microestruturais que 
podem ocorrer devido à
conformação plástica a frio e a 
quente nos processos de 
laminação e extrusão
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Temperatura na Conformação
Evolução do 
processo de 
recuperação das 
propriedades 
mecânicas de um 
material encruado 
sofrendo tratamento 
de recozimento de 
recristalização, 
Callister (1997) 
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Laminação a Quente
IntrProcMats 49
Laminação
Mecanismos de deformações dos metais
(a) escala do sistema 
(distribuição de tensões e 
deformação e atrito) 
(b) microestrutura 
observada por microscópio 
ótico (grãos e fases) 
(c) microestrutura 
observada por microscópio 
eletrônico (discordâncias, 
precipitados e sub-grãos) 
(d) retículo cristalino 
(átomos de soluto e defeitos 
estruturais)
IntrProcMats 50
Processamento Termomecânico
Passe #1
T1
 ε1
ε1
.
Passe #2
T2
 ε2
ε2
.
t1-2
P1 P2
IntrProcMats 51
Processamento Termomecânico
Laminação convencional
TMCR
Resfriamento com Água
R : Laminação de desbaste
F : Laminação de acabamento
Tempo
T
em
pe
ra
tu
ra
TMCR + Resfriamento Acelerado
IntrProcMats 52
Processamento Termomecânico
Aspectos Microestruturais
Recristalização
Alta Temperatura final de laminação Baixa
Convencional TMCR
Grão
Matriz
Bandas de 
deformação Nucleação na matriz
Ampliação
Nucleação adicional 
devido ao TMCRM
ic
ro
es
tr
ut
ur
a 
pa
rc
ia
lm
en
te
 
tr
an
sf
or
m
ad
a
M
ic
ro
es
tr
ut
ur
a 
au
st
en
ít
ic
a
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Processamento Termomecânico
Tamanho de grão : (a) aço de laminação convencional e (b) um aço TMCP
(a) (b)
IntrProcMats 54
Parâmetros de Laminação a Quente
1) Temperatura de Reaquecimento da placa
- Austenitização do aço;
- Depende da composição química do material;
- Dissolução de precipitados (de microligas Nb, V, Ti);
2) Temperatura de Não Recristalização (Tnr)
- Temperatura abaixo da temperatura de recristalização 
estática da austenita deformada;
- Depende da composição química do material;
3) Temperatura de acabamento
- Temperatura (normalmente superficial) da chapa logo após 
o passe final de laminação;
- Depende das propriedades mecânicas desejadas do produto 
final;
IntrProcMats 55
Parâmetros de Laminação a Quente
4) Temperatura de bobinamento
- Temperatura da tira na entrada da bobinadeira
- Depende das propriedades mecânicas desejadas do produto final
5) Temperatura de transformação de Austenita para Ferrita (Ar3)
- Temperatura de transformação austenita- ferrita no resfriamento ;
- Depende da composição química do material e taxa de resfriamento;
6) Redução por passe 
7) Taxa de deformação 
8) Tempo entre passes
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Laminação de Acabamento (Quente)
Quais são as principais variáveis ?
Temperatura de reaquecimento
Temperaturas inicial e final de acabamento
Taxa de resfriamento
Deformação por passe
Taxa de deformação por passe
Tempo entre passes
IntrProcMats 57
Laminação
Classificação de produtos laminados
Primeira classificação: planos e não-planos
• Planos : cuja forma da seção transversal é retangular, 
sendo que a largura do produto é várias vezes maior 
do que a sua espessura
• Produtos não-planos : formas em geral complexas e 
variadas. É o caso de perfis tais como H I, U, trilhos ...
Segunda classificação: acabados e semi-acabados
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Laminação
Classificação de produtos laminados (ABNT NBR 6215)
Produtos semi-acabadosou intermediários
• Blocos : área da seção transversal > 22.500 mm2 e 
relação altura / espessura 80 mm e largura/espessura > 4
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Laminação
Classificação de produtos laminados (ABNT NBR 6215)
Produtos acabados
(Laminações a quente e a frio)
• Bobinas : possuem largura mínima ~ 500 mm 
• Bobina fina a quente : espessuras entre 1,20 - 5,00 mm 
e largura > 500 mm
• Bobina grossa : espessura > 5,0 e 500 mm
• Bobina fina a frio : espessuras entre 1,38 - 3,00 mm e 
largura > 500 mm 
IntrProcMats 60
Laminação
Classificação de produtos laminados (ABNT NBR 6215)
Produtos acabados
(Laminações a quente e a frio)
• Chapas : planos com espessura mínima ~ 0,38 mm e 
largura mínima ~ 500 mm 
• Chapas grossas : espessura > 5,0 e largura > 500 mm 
obtida por laminação a quente com espessuras máximas 
152 mm (laminador reversível) e 12,7 mm (contínuo)
• Chapas finas a quente : espessuras entre 1,20 - 5,00 mm 
e largura > 500 mm
• Folhas : espessuras