Ciência dos Materiais - Aula3

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Ciência dos Materiais
e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 3 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 3 
Conteúdo Programático da Aula
2. Fundamentos da Transformação Mecânica 
2.1 – Laminação
- Introdução; 
- Tipos de laminadores e suas aplicações; 
- Cilindros de laminação;- Cilindros de laminação;
- Laminação a quente;
- Laminação a frio;
- Laminação de barras, perfis e tubos; 
- Classificação dos produtos laminados;
P t t â i- Processamento termomecânico.
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Introdução 
Laminação é um processo de conformação mecânica que 
consiste em modificar a seção transversal de um metal na 
forma de lingotes placas barras tiras chapas ou fios pelaforma de lingotes, placas, barras, tiras, chapas ou fios pela 
passagem entre dois cilindros com geratriz retilínea 
(laminação de produtos planos) ou contendo canais 
t lh d (l i ã d d t ã l ) dentalhados (laminação de produtos não planos), sendo 
que a distância entre os dois cilindros deve ser 
menor que a espessura inicial da peça metálicamenor que a espessura inicial da peça metálica. 
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Introdução 
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Figura 1 – Representação esquemática da laminação.g p ç q ç
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Introdução 
A laminação é considerada como o processo de 
conformação mecânica de metais mais utilizado em 
função de sua alta produtividade e da possibilidade 
de um preciso controle dimensional do produto.de um preciso controle dimensional do produto. 
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Tipos de laminadores e suas aplicações 
Um laminador consiste basicamente de cilindros (ou rolos), 
mancais, gaiola (quadro do laminador) e um motor para 
ffornecer potência aos cilindros e controlar a velocidade de 
rotação. As forças envolvidas na laminação podem facilmente 
atingir milhares de toneladas e, portanto, é necessária uma 
estrutura rígida e motores adequadamente especificados para 
fornecer a potência necessária.
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Tipos de laminadores e suas aplicações 
Utilizam-se vários arranjos de cilindros na laminação, 
sendo o mais simples constituído por dois cilindros com 
eixos horizontais, colocados verticalmente um sobre o outro. 
Este equipamento é chamado de laminador duo e pode ser 
reversível ou não. Nos duos não reversíveis (Figura 2a), 
como o sentido do giro dos cilindros é fixo, o material sócomo o sentido do giro dos cilindros é fixo, o material só 
pode ser laminado em um sentido. Nos reversíveis (Figura 
2b), a inversão da rotação dos cilindros permite que a 
laminação ocorra nos dois sentidos de passagem dolaminação ocorra nos dois sentidos de passagem do 
material entre os rolos.
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Tipos de laminadores e suas aplicações
Figura 2 – Laminadores duos não reversíveis (a) e reversíveis (b).
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Tipos de laminadores e suas aplicações 
A Figura 3 mostra uma vista esquemática de um
laminador duo, constituído por um quadro, dois
cilindros de trabalho e os mancais nos quais giram
os cilindros. Neste laminador, o cilindro inferior é
fixo e o cilindro superior pode se mover durante afixo e o cilindro superior pode se mover durante a
operação, através de um sistema de parafusos ou
acionamento hidráulico. 
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Tipos de laminadores e suas aplicações
Figura 3 – Laminador duo com regulagem de cilindro durante a operação.
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Tipos de laminadores e suas aplicações 
No laminador trio, esquematizado na Figura 4, os 
cilindros sempre giram no mesmo sentido mas ocilindros sempre giram no mesmo sentido, mas o 
material pode ser laminado nos dois sentidos, 
passando alternadamente entre o cilindro superior 
i t diá i t t ili de o intermediário e entre este e o cilindro 
intermediário. 
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Tipos de laminadores e suas aplicações
Figura 4 – Laminador trio.
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Tipos de laminadores e suas aplicações 
A medida que a laminação processa produtos cada vez 
mais finos os cilindros tornem se de pequeno diâmetromais finos, os cilindros tornem-se de pequeno diâmetro. 
Estes cilindros podem sofrer flexão e devem ser apoiados 
por cilindros de encosto (vide Figuras 5 e 6), formando 
j d i d l i d ádum arranjo denominado como laminador quádruo, 
reversível ou não.
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Tipos de laminadores e suas aplicações
Figura 5 – Laminador quádruo.
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Tipos de laminadores e suas aplicações
Figura 6 – Detalhamento do laminador quádruo.
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Tipos de laminadores e suas aplicações 
Quando os cilindros de trabalho são muito finos, 
podem sofrer flexão tanto na direção vertical 
quanto na horizontal e devem ser apoiados 
em ambas as direções Um tipo de laminadorem ambas as direções. Um tipo de laminador 
que permite estes apoios é o Sendzimir, 
apresentado nas Figuras 7 e 8. 
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Tipos de laminadores e suas aplicações
Figura 7 – Representação esquemática de laminador tipo Sendzimir.
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Tipos de laminadores e suas aplicações
Figura 8 – Vista lateral de um laminador tipo Sendzimir.
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Cilindros de laminação 
Os cilindros de laminação são de aço fundido ou forjado, 
ou de ferro fundido, coquilhados ou não:
• Aços carbono e aços liga: desbaste;
• Aços carbono e ferros fundidos: intermediários;ç ;
• Ferros fundidos: acabamento.
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Cilindros de laminação 
C õ d t ê t ( id Fi 9)Compõem-se de três partes (vide Figura 9): 
• mesa onde se realiza a deformação do material que podemesa,onde se realiza a deformação do material, que pode 
ser lisa (Figura 10), no caso de produtos planos ou com 
canais (Figura 11), no caso de perfis; 
d i i• pescoços, onde se encaixam os mancais; 
• trevos ou garfos de acionamento, que servem de ligação 
entre o cilindro e os eixos de força. ç
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Cilindros de laminação 
Figura 9 – Partes de um cilindro de laminação.
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Cilindros de laminação
Figura 10 – Cilindros lisos.g
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Cilindros de laminação
Figura 11 – Cilindros com canais.
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Cilindros de laminação 
C tá iComentário:
Os cilindros são aquecidos pelo material laminado aOs cilindros são aquecidos pelo material laminado a 
quente e é de grande importância um resfriamento 
adequado, usualmente através de jatos de água, 
para extensão da vida útil dos mesmos epara extensão da vida-útil dos mesmos e 
minimizar a incidência de defeitos nos produtos. 
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Laminação a quente 
Quando o aço é lingotado convencionalmente, a 
primeira operação de laminação envolve intensaprimeira operação de laminação envolve intensa 
redução das dimensões do produto (laminação 
primária) e ocorre a quente, com o objetivo de refinar a 
estrutura dendrítica e promover o caldeamento deestrutura dendrítica e promover o caldeamento de 
bolhas e vazios provenientes da fabricação do material.
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Laminação a quente 
Para a laminação primária adota-se um laminador 
d b t d (bl i l bbi ill) édesbastador (blooming ou slabbing mill), que é 
usualmente do tipo duo reversível e cuja distância entre 
os rolos pode ser variada durante a operação. Na 
operação de desbaste utiliza-se também laminadores 
universais (Figura 12), o que permite um melhor 
controle das dimensões do produto.co t o e das d e sões do p oduto
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Laminação a quente 
Figura 12 – Laminador do tipo universal.
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Laminação a quente 
As operações de desbaste envolvem grandes
deformações e produzem produtos semi acabadosdeformações e produzem produtos semi-acabados,
como blocos de seção quadrada ou retangular (blooms),
tarugos de seção quadrada (billets) e placas de seçãota ugos de seção quad ada (b ets) e p acas de seção
retangular(slabs). 
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Laminação a quente 
Figura 13 – Produtos da laminação primária.g ç p
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Laminação a quente 
As placas são laminadas a quente até chapas grossas ou 
ti N l i ã d h tilitiras. Na laminação de chapas grossas utilizam-se 
laminadores duos, trios, quádruos ou quádruos 
reversíveis, sendo este último o mais utilizado. Na 
laminação de tiras, bem como na de chapas média ou na 
de chapas finas laminadas a quente, comumente utilizam 
laminadores duos ou quádruos reversíveis numa linha q
contínua de laminação. 
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Laminação a quente 
Na laminação contínua, existe uma seqüência de gaiolas
de laminação alinhadas num arranjo conhecido como 
trem contínuo de laminação. Cada gaiola realiza um 
passe de laminação (passagem do material entre os 
ili d i i f i ) d tcilindros superior e inferior) e o produto em processo
permanece em várias gaiolas de maneira simultânea
realizando sucessivos passes, conforme pode serrealizando sucessivos passes, conforme pode ser 
observado na Figura 14.
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Laminação a quente
Fi 14 T d l i ãFigura 14 – Trem de laminação.
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Laminação a quente 
Deve-se observar que no lingotamento contínuo 
(Figura 15) são produzidas placas e tarugos 
di t t d á i d li t ã i ti ddiretamente da máquina de lingotar, não existindo 
a laminação primária (desbastadora). Entretanto, a
laminação também é feita a quente e conhecida comolaminação também é feita a quente e conhecida como 
preparadora (secundária), na qual se processa a 
redução das dimensões do produto sem, contudo, 
que este atinja sua forma final. 
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Laminação a quente
Fi 15 Li t t tíFigura 15 – Lingotamento contínuo.
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Laminação a frio 
A laminação a frio também é uma laminação secundária e 
empregada para produzir folhas e tiras adotando como 
matéria prima chapas e barras laminadas a quente p p q
anteriormente. Tal processo se caracteriza por operações 
de acabamento que envolvem pequenas deformações no 
material o que resulta em produtos com qualidadematerial, o que resulta em produtos com qualidade 
superficial e tolerâncias dimensionais superiores àquelas 
de produtos laminados a quente. Além disso, o 
encruamento resultante da redução a frio pode serencruamento resultante da redução a frio pode ser 
aproveitado para dar maior resistência ao produto.
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Laminação a frio 
Trens de laminadores quádruos de alta velocidade com três 
a cinco gaiolas são utilizados na etapa de laminação a frio g p ç
do material. Normalmente, esses trens de laminação são 
concebidos para terem tração avante e a ré. A laminação 
contínua tem alta capacidade de produção o que resultacontínua tem alta capacidade de produção, o que resulta 
na diminuição do custo de produção.. 
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Laminação a frio 
A redução total atingida por laminação a frio varia, 
geralmente, de 50 a 90%. Quando se estabelece o grau 
d d ã d i l d l i ã d jde redução em cada gaiola de laminação, deseja-se 
uma distribuição tão uniforme quanto possível 
nos diversos passes. Normalmente, uma menorp ,
redução é feita no último passe para permitir um 
melhor controle do aplainamento, bitola e
acabamento s perficialacabamento superficial. 
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Laminação a frio 
A eliminação do limite de escoamento descontínuo 
(aparente) nas tiras de aço recozido é um problema ( p ) ç p
tecnológico muito importante na laminação a frio, pois a 
ocorrência deste fenômeno provoca uma deformação 
heterogênea (bandas de Lüders) na superfície das chapasheterogênea (bandas de Lüders) na superfície das chapas 
durante conformação posterior, como estampagem, 
produzindo irregularidades na espessura final do produto. 
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Laminação a frio 
A prática normal para a eliminação do problema é dar uma 
pequena redução final a frio no aço recozido, chamada de 
passe de encruamento superficial que elimina opasse de encruamento superficial, que elimina o 
alongamento descontínuo no escoamento. Esse passe de 
acabamento também resulta numa melhora da qualidade 
superficial e controle dimensional Outros métodos podemsuperficial e controle dimensional. Outros métodos podem 
ser utilizados na melhoria do controle dimensional das tiras 
ou folhas laminadas, entre estes estão o aplainamento por 
rolos e o desempeno por traçãorolos e o desempeno por tração. 
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Laminação de barras, perfis e tubos 
Placas Blocos Tarugos
Laminação aLaminação a 
quente
Chapas Perfis Trilhos Barras
Barras
Laminação a 
frio
Tubos
Barras
Trefilados
Folhas
Tubos
Tubos
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Laminação de barras, perfis e tubos 
Produtos de seção circular e hexagonal, bem como perfis
estruturais como vigas em I calhas e trilhos sãoestruturais como vigas em I, calhas e trilhos são 
produzidos em grande quantidade por laminação a quente
com cilindros ranhurados (canais). 
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Laminação de barras, perfis e tubos 
A laminação de barras e perfis difere da laminação de planos,
pois a seção transversal do metal é reduzida em duas
direções. Entretanto, em cada passe o metal é 
normalmente comprimido somente em uma direçãonormalmente comprimido somente em uma direção, 
sendo girado de 90o no passe subseqüente.
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Laminação de barras, perfis e tubos 
A maioria dos laminadores de barras é equipada com 
guias para conduzir o tarugo para as ranhuras 
e repetidores para inverter a direção da barra e 
conduzi-la para o próximo passe. Os laminadores 
desse tipo podem ser normalmente duos oudesse tipo podem ser normalmente duos ou 
trios. A instalação comum para a produção de barras 
consiste em uma cadeira de desbaste, uma cadeira 
formadora e uma cadeira de acabamento. 
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Laminação de barras, perfis e tubos 
Uma vez que o metal se expande muito mais na laminação a
quente do que na laminação a frio, o cálculo das tolerâncias
á i ã é bl i t tnecessárias para a expansão é um problema importante no
planejamento dos passes para barras e perfis. Um método 
típico para reduzir um tarugo quadrado numa barra é p p g q
alternando-se passes através de ranhuras ovais e 
quadradas. O planejamento dos passes para perfis 
estruturais é complexo e requer experiência.
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Laminação de barras, perfis e tubos 
Figura 16 – Laminação de tubos com costura.
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Laminação de barras, perfis e tubos
Figura 17 – Laminação de tubos sem costura.
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Laminação de barras, perfis e tubos
Figura 18 – Laminador mandrilador.
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Laminação de barras, perfis e tubos
Figura 19 – Detalhamento do processo.
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Laminação de barras, perfis e tubos
Figura 20 – Esquema da distribuição de forças na deformação da região 
central do tarugo durante a laminação do tubo.
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Classificação dos produtos laminados 
Produtos planos:
• Chapas grossas � 6 mm de espessura;
Ch fi t 1 2 6 d• Chapas finas a quente: 1,2 a 6 mm de espessura;
• Chapas frias a frio: 0,3 a 2 mm de espessura;
• Chapas galvanizadas: laminadas com revestimento protetorChapas galvanizadas: laminadas com revestimento protetor 
de zinco (imersão ou deposição eletrolítica);
• Chapas estanhadas (folha de flandes): laminadas a frio 
ti t t t d t h (i ãcom revestimento protetor de estanho (imersão ou 
deposição eletrolítica).
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Classificação dos produtos laminados 
Produtos não-planos:
• Perfis do tipo I L V duplo T entre outros;• Perfis do tipo I, L, V, duplo T, entre outros;
• Tarugos com seção quadrada, redonda e sextavada;
• Barras finas de seção quadrada, redonda e chata;ç q , ;
• Fio máquina (matéria prima da trefilação).
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Figura 21 – Fio-máquina na saída do laminador.
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Processamento termomecânico 
Na indústria de fabricação do aço as dimensões dos produtos
são resultado da deformação a quente enquanto que assão resultado da deformação a quente, enquanto que as
propriedades mecânicas são obtidas pela adição de
elementos de ligas ou por tratamento térmico 
pós-fabricação ou pela combinação de ambos. 
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Processamento termomecânico 
No processamento do aço por laminação, algumas vezes são
btid lh i d i d d â i d t i lobtidas melhorias de propriedades mecânicas do material
quando comparadas com materiais mecanicamente
processados e normalizados ou recozidos. Além disto, asprocessados e normalizados ou recozidos. Além disto, as
propriedades mecânicas obtidas por têmpera imediatamente
após laminação e posterior revenido são algumas vezes
melhores do que aquelas do material laminado, resfriado ao 
ar e, então, temperado e revenido. Nestes casos, as 
deformações a quente e a frio tornam-se importantes nosdeformações a quente e a frio tornam-se importantes nos
tratamento térmico e nas mudanças metalúrgicas
que resultam efeitos benéficos adicionalàs propriedades
mecânicas dos aços .
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Processamento termomecânico 
O processamento termomecânico é a uma técnica
desenvolvida para melhorar as propriedades mecânicas dos
materiais através do controle do processo de deformação àmateriais através do controle do processo de deformação à
quente. Laminação controlada, resfriamento acelerado e
têmpera direta, são exemplos típicos de processamentos
t â i E t i itermomecânicos. Estes processos economizam energia na
produção do aço pela minimização ou até mesmo eliminação
do tratamento térmico após deformação à quente, portanto,p ç q , p ,
aumentam a produtividade na fabricação de aços de maior
resistência. 
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Processamento termomecânico 
Os tratamentos termomecânicos geralmente ocasionam uma
mudança no projeto de composição química do aço 
e redução na produtividade do processo de deformaçãoe redução na produtividade do processo de deformação 
à quente, mas, tornam possíveis reduções na quantidade 
total de elementos de liga, melhoram a soldabilidade, g , ,
aumentam a tenacidade e algumas vezes produzem 
novas e benéficas características no aço.