Ciência dos Materiais - Aula5

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Ciência dos Materiais
e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 5 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 5 
Conteúdo Programático da AulaConteúdo Programático da Aula
2. Fundamentos da Transformação Mecânica 
2.1 – Laminação (continuação)
- Carga, torque e potência de laminação;
Fib t â i- Fibramento mecânico;
- Defeitos nos produtos laminados.
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Carga, torque e potência de laminação
A d l i ã é f ãA carga de laminação é função:
• do diâmetro dos cilindros;do diâmetro dos cilindros;
• da resistência do material à deformação (aspectos metalúrgicos, 
temperatura do processo e taxa de deformação);
• do atrito entre material e cilindro.
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Carga, torque e potência de laminação
A Eq (5) apresentada na aula 4 define a carga de laminação comoA Eq. (5), apresentada na aula 4, define a carga de laminação como
sendo pressão de laminação versus a área de contato. Desconsiderando
inicialmente o atrito, tal equação pode ser reescrita como:q ç p
(12)( )
l ’ é li it d t d t i l t d i i lna qual σo’ é o limite de escoamento do material no estado uniaxial 
ou triaxial de tensões, respectivamente, em laminações com e sem
alargamento.alargamento.
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Carga, torque e potência de laminação
Sob condições da atrito a pressão média de laminação ( ) é definida
como:
( )(12)
onde:onde:
- Q = µ Lp / ;
- = média de espessuras entre entrada e saída do laminado;- = média de espessuras entre entrada e saída do laminado;
- = média dos valores do escoamento entre entrada e saída do
laminado.
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Carga, torque e potência de laminação
Então, a Eq. (5) fica reescrita como:
(13)
(14) ( )
l t t ã édi d t d t i l ( édina qual representa a tensão média de escoamento do material (média
entre os limites de escoamento e resistência mecânica). O fator 
deve ser adotado no caso de um estado triaxial com o correspondentedeve ser adotado no caso de um estado triaxial, com o correspondente . 
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Carga, torque e potência de laminação
Calcule a carga de laminação necessária para umaCalcule a carga de laminação necessária para uma 
redução a quente de 30% em uma placa com 40 mm de 
l i d d ili d d 900espessura, num laminador duo com cilindros de 900 mm 
(diâmetro). A placa possui 760 mm de largura e considere 
µ = 0,3, que a tensão de escoamento do material varia de 
140 MPa (entrada) a 200 MPa (saída), no estado uniaxial 
de tensão e de 190 MPa (entrada) a 250 MPa (saída) no 
estado triaxial. 
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Carga, torque e potência de laminação
Comentários:
• a Eq. (14) indica que a carga de laminação aumenta com o aumento q ( ) q g ç
do diâmetro dos cilindros e com a redução de espessura desejada;
• quando a resistência do material à deformação é maior do que a 
f d l i ã h d ã d ã é i í lforça de laminação, nenhuma redução de seção é mais possível;
• isto ocorre quando o rolo se encontra sob condições severas de 
deformação elástica causadas pela flexão do rolo e achatamento dodeformação elástica causadas pela flexão do rolo e achatamento do 
raio de contato;
• como o limite de escoamento e de resistência aumentam de maneira 
contínua com o processamento do material, devido ao encruamento, 
costuma-se adotar a tensão de escoamento nos cálculos da carga 
de laminação, com o objetivo de se minimizar a necessidade do 
t d t d t ãaumento desta durante a operação; 
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Carga, torque e potência de laminação
• o atrito é de grande importância na laminação uma vez que é• o atrito é de grande importância na laminação, uma vez que é 
necessário para que o material seja puxado pelo cilindro, dando 
início a deformação. A partir do ponto neutro o atrito se torna 
contrário ao sentido da laminação e a Figura 9 da aula 4 indica quecontrário ao sentido da laminação e a Figura 9 da aula 4 indica que 
boa parte da pressão de laminação é usada para superar o atrito da 
ferramenta com o material. 
• a influência do atrito na carga de laminação fica evidenciada nas 
Eqs. (12) e (14), onde se observa que um maior coeficiente de atrito 
t l d â t Q taumenta o valor do parâmetro Q e este, por sua vez, provoca 
aumentos na carga de laminação. 
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Carga, torque e potência de laminação
Uma crítica a Eq. (14) é que o coeficiente de atrito é influenciado
l t t d ã S d i lt tipela temperatura da operação. Sendo assim, uma alternativa 
para o cálculo da carga de laminação em processamentos 
a quente é a equação de Ekelund:a quente é a equação de Ekelund: 
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Carga, torque e potência de laminação
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Carga, torque e potência de laminação
fv = 
onde: k = tensão de escoamento do material
V = velocidade do cilindroVcil = velocidade do cilindro
Φ = diâmetro do cilindro
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Carga, torque e potência de laminação
P××2 (22)Pa××= 2
onde: M = momento ou torque
(22)
Lp
onde: M momento ou torque
2 = quantidade de cilindros
P = carga de laminação
5.0×= Lpa
P carga de laminação
M = Lp x P (23)
Figura 1 – Representação esquemática da laminação.
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Carga, torque e potência de laminação
W = M / t = (Lp x P) / t (24)( p ) ( )
onde: W = potência
M = momentoM = momento 
t = tempo
(25)( )
onde: v / R = ω = 1 / t
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Fibramento mecânico
C lt d d t b lh â i tí l d d fComo resultado do trabalho mecânico, as partículas de segunda fase,
inclusões, vazios e segregações tendem a assumir um formato 
análogo à deformação da peça como um todo Se as partículasanálogo à deformação da peça como um todo. Se as partículas 
e inclusões são dúcteis e mais macias do que a matriz, 
assumem forma alongada, como esquematizado na Figura 2 
(por exemplo, sulfeto de manganês vide Figura 3); se são 
frágeis, se fragmentam com orientação paralela à direção 
i i l d t b lh ( l Al O ) ã i dprincipal de trabalho (por exemplo, Al2O3); se são mais duras 
e mais resistentes do que a matriz, não se deformam 
(por exemplo, SiO2).(por exemplo, SiO2). 
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Fibramento mecânico
Figura 2 – Representação esquemática de alongamento de inclusões.g p ç q g
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Fibramento mecânico
Figura 3 – Inclusões alongadas de MnS observadas em aços
l i d t (MEV)laminados a quente (MEV).
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Fibramento mecânico
Tal alinhamento durante o trabalho a frio ou a quente, 
bem como a distorção preferencial da forma dos grãos 
no trabalho a frio, são responsáveis pela estrutura fibrosa 
típica (Figuras 4 5 e 6) e bandeada (Figura 7)típica (Figuras 4, 5 e 6) e bandeada (Figura 7) 
dos produtos conformados. 
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Fibramento mecânico
Figura 4 – Presença de estrutura fibrosa em seção longitudinal g ç ç g
de barra laminada a quente.
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Fibramento mecânico
Fi 5 S ã l it di l d f j f d idFigura 5 – Seção longitudinal de parafusos cujas roscas foram produzidas 
por usinagem (acima) e por laminação (abaixo). 
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Fibramento mecânico
Figura 6 – Parafuso com cabeça estampada. A região de segregação 
t t fib t i f dapresenta aspecto fibroso e na parte superior conformada 
de maneira análoga a deformação. 
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Fibramento mecânico
Fi 7 B d t l it di l d édiFigura 7 – Bandeamento longitudinal em aço de médio 
carbono laminado a quente. 
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Fibramento mecânico
O fibramento mecânico não deve ser confundido com a 
textura cristalográfica do material O primeiro provoca umatextura cristalográfica do material. O primeiro provoca uma
anisotropia que afeta principalmente as propriedades de
ductilidade, tenacidade à fratura e resistência à fadiga nas 
direções transversais do material praticamente não influidireções transversais do material , praticamente não influi 
no limite de escoamento. Já o segundo se refere a orientação 
dos planos cristalográficos.
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Defeitos nos produtos laminados
Fi 8 D f it d id üê i d fl õ l i ãFigura 8 – Defeitos produzidos por seqüência de flexões na laminação.