Ciência dos Materiais - Aula6

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Ciência dos Materiais
e MetalurgiaMET 1836 Prof Marcos Pereira / aula 6 e MetalurgiaMET 1836 – Prof. Marcos Pereira / aula 6
Conteúdo Programático da AulaConteúdo Programático da Aula
2. Fundamentos da Transformação Mecânica 
2.4 – Trefilação 
- Introdução;
F t i t- Ferramenta e equipamentos;
- Etapas do processo;
- Tensão carga e potência de trefilação;Tensão, carga e potência de trefilação;
- Defeitos nos produtos trefilados.
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Introdução
T fil ã é ã té i i é ti dTrefilação é uma operação em que a matéria-prima é estirada 
normalmente a frio através de uma matriz em forma 
de canal convergente (fieira ou trefila) por meio de uma forçade canal convergente (fieira ou trefila) por meio de uma força 
trativa aplicada do lado de saída da matriz (vide Figura 1). O
escoamento plástico é produzido principalmente pelas forças 
compressivas provenientes da reação da matriz sobre o 
material. A simetria circular é muito comum em peças trefiladas, 
ã b i tó i d t i ã bmas não obrigatória e os produtos mais comuns são barras, 
vergalhões, arames e tubos. 
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Introdução
Figura 1 – Representação esquemática de uma operação de trefilação.g p ç q p ç ç
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Introdução
Vantagens:
• O material pode ser estirado e reduzido em secção transversal 
mais do que com qualquer outro processo de conformação;
• A precisão dimensional possível de obtenção é maior do que em 
qualquer outro processo exceto a laminação a frio;
• A superfície produzida é uniformemente limpa e polida;
• O processo produz influência nas propriedades mecânicas doO processo produz influência nas propriedades mecânicas do 
material, o que permite, em combinação tratamentos térmicos 
adequados, a obtenção de produtos com diferentes propriedades 
mecânicas e mesma composição químicamecânicas e mesma composição química.
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Ferramenta e equipamentos
Figura 2 – Representação esquemática de uma fieira. Destaqueg p ç q q
para o ângulo de trefilação (approach angle) na zona cilíndrica.
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Ferramenta e equipamentos
Material da fieira: dependem das exigências do processo (dimensõesMaterial da fieira: dependem das exigências do processo (dimensões,
esforços) e do material a ser trefilado. Os mais utilizados são:
• Carbonetos sinterizados (sobretudo WC) – widia; 
• Metal duro,etc. (figura abaixo); 
• Aços de alto C revestidos de Cr (cromagem dura); 
• Aços especiais (por exemplo, Cr-Ni, Cr-Mo e Cr-W); 
• Ferro fundido branco;• Ferro fundido branco; 
• Cerâmicos (pós de óxidos metálicos sinterizados); 
• Diamante (p/ fios finos ou de ligas duras);
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Ferramenta e equipamentos
Bancadas de trefilação: adotadas no processamento de produtos não
bobináveis como barras vergalhões e tubosbobináveis, como barras, vergalhões e tubos.
Figura 3 – Trefilação de tubos sem suporte interno (a), com bucha fixa (b), 
com bucha flutuante (c) e com mandril passante (d).
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Figura 4 – Representação esquemática de uma trefiladora de tambor 
para trefilação de produtos bobináveis (arame).
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Figura 5 – Representação esquemática de uma trefiladora 
de tambor múltipla (contínua).
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Etapas do processo
A operação de trefilação é precedida por algumas etapas preparatóriasA operação de trefilação é precedida por algumas etapas preparatórias
que eliminam todas as impurezas superficiais, por meios físicos e
químicos:químicos:
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Etapas do processo
• Matéria-prima: fio-máquina (vergalhão laminado a quente);
• Descarepação: mecânica (descascamento) ou química (decapagem);Descarepação: mecânica (descascamento) ou química (decapagem);
• Lavagem;
• Recobrimento: neutralizar resíduos de ácido proteger a superfície do• Recobrimento: neutralizar resíduos de ácido, proteger a superfície do 
arame e servir de suporte para o lubrificante de trefilação;
• Secagem (em estufa): também remove H2 dissolvido na superfície do g ( ) 2 p
material;
• Trefilação: primeiros passes a seco; eventualmente recobrimento com Cu 
S (t fil ã ú id )ou Sn (trefilação a úmido);
• Recozimento: subcrítico para eliminar efeitos do encruamento;
• Tratamento térmico (patenteamento): acima da temperatura crítica com 
resfriamento controlado ao ar ou banho de chumbo (perlita fina ou bainita).
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Tensão, carga e potência de trefilação
Figura 6 – Tensões agindo em elemento durante trefilação.
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Tensão, carga e potência de trefilação
Não considerando o atrito entre a ferramenta e o material, uma primeira
abordagem para a tensão de trefilação pode ser dada por:abordagem para a tensão de trefilação pode ser dada por:
(1)
onde:
- Q = tensão de trefilação;
- = média do limite de escoamento (entrada e saída) do trefilado;
- = limite de escoamento do trefilado; limite de escoamento do trefilado;
- r = redução por passe de trefilação.
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Tensão, carga e potência de trefilação
Considerando o atrito, a Eq. (1) pode ser reescrita como:
(2)
sendo: σo’ = tensão de escoamento do material;
B µ cot αB = µ cot α
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Tensão, carga e potência de trefilação
Como a trefilação de arames envolve ferramentas cônicas, a 
equação anterior torna-se:
(3)
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Tensão, carga e potência de trefilação
Rowe e Johnson propuseram uma equação alternativa paraRowe e Johnson propuseram uma equação alternativa para 
o cálculo da tensão de trefilação considerando o atrito 
entre a ferramenta e o material:
(4)(4)
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Defeitos nos produtos trefilados
• provenientes de defeitos na matéria-prima (fissuras,lascas, 
vazios, inclusões);• gerados durante o processo de conformaçãogerados durante o processo de conformação. 
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Defeitos nos produtos trefilados
Se o ângulo de trefilação (abordagem) da fieira é superiorSe o ângulo de trefilação (abordagem) da fieira é superior 
a um certo valor crítico (αcr1) ocorre um cisalhamento interno 
no material, que provoca a adesão superficial do produto 
na ferramenta e forma uma falsa matriz (zona morta), 
através da qual prossegue a trefilação (vide Figura 7). 
(5)( )
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Defeitos nos produtos trefilados
S â l d t fil ã é i t lSe o ângulo de trefilação é superior a um outro valor 
crítico (αcr2) a zona morta não adere à fieira mas desliza 
para trás (descascamento) provocando umapara trás (descascamento), provocando uma 
separação entre a superfície e o núcleo do 
produto. Este, por sua vez, deixa de se deformar e 
se movimenta através da ferramenta com velocidade 
de saída igual a de entrada, conforme 
ti Fi 7esquematiza a Figura 7. 
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Defeitos nos produtos trefilados
Fi 7 C l ã d fl d t i l â l d t fil ãFigura 7 – Correlação do fluxo de material com o ângulo de trefilação. 
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Defeitos nos produtos trefilados
Fi 8 F ã d t i t i t fil dFigura 8 – Formação de trincas centrais nos trefilados. 
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Defeitos nos produtos trefilados
• redução é pequena (D/L > 2)
• α � αcr1
→ a ação compressiva da fieira não atinge a região central do produto. a ação compressiva da fieira não atinge a região central do produto.
→ as camadas mais internas da peça não recebem compressão radial,
mas são arrastadas pelo material das camadas superficiaismas são arrastadas pelo material das camadas superficiais.
→ deformação heterogênea que gera tensões secundárias trativas no
núcleo da peçanúcleo da peça. 
→ solução é aumentar a relação D/L (menor ângulo α ou aumentar a
redução no passe i e adotar outra fieira com saída mais estreita)redução no passe, i.e, adotar outra fieira com saída mais estreita) .