Lista processamento de materiais metalicos

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1. Quais as diferenças entre os processos de conformação em volume e 
de chapas? 
Processo de conformação em volume (laminação, extrusão, forjamento, trefilação): 
é um processo que gera grandes volumes, grandes deformações e grandes 
reduções também, produtos sem encruamentos e com acabamento ruim. 
 
Processo de conformação de chapas (laminação, estampagem, dobramento, spin 
forming, estiramento): 
Conformação de chapas é o processo de transformação mecânica que consiste em 
conformar um disco plano ("blank") à forma de uma matriz, pela aplicação de 
esforços transmitidos através de um punção. Na operação ocorrem alongamento e 
contração das dimensões de todos os elementos de volume, em três dimensões. A 
chapa, originalmente plana, adquire uma nova forma geométrica. 
 
2. Quais os principais aspectos da conformação plástica dos metais? 
O material é considerado isotrópico e homogêneo, massa e volume são 
conservados, o comportamento plástico depende da taxa de deformação e da 
temperatura, deformação e temperatura alteram a microestrutura (propriedades), os 
efeitos da deformação plástica no material devem ser conhecidos. 
 
3. O que é instabilidade plástica em tração? 
Instabilidade plástica é onde se inicia o empescoçamento. A instabilidade deve ser 
evitada. A tensão limite de resistência dos materiais dúcteis define na realidade o 
início da instabilidade plástica, onde a deformação plástica avança até a ruptura 
final. 
 
 
 
4. Demonstre o critério de Considère? 
Cosidère demonstrou que o ponto de instabilidade ocorre quando a taxa de 
encruamento é menor que a taxa de redução de área (amolecimento geométrico). 
 
 
 
A premissa básica do critério de Considère baseia-se na estricção como uma 
manifestação de instabilidade plástica durante o ensaio de tração começa, 
geralmente, quando a carga máxima é atingida: o endurecimento por deformação 
provoca um aumento na tensão de fluência (devido à diminuição da área da seção 
transversal da amostra) maior do que a capacidade do material em suportar a carga. 
Assim, um material plástico ideal, o qual não apresenta qualquer 
encruamento/endurecimento por deformação, pode ficar instável em tração e iniciar 
a estricção assim que se inicia a fluência. O critério de Considère, também 
chamado de critério de carga máxima, assume que a condição de ocorrência de 
instabilidade é satisfeito quando a carga aplicada, F, passa por um máximo. Esta 
condição é descrita: 
∂F= σ ∂A + A ∂σ = 0 
onde F, σ e A são a carga, a tensão e a seção da área transversal, respectivamente. 
Da constância de volume, se deduz: 
∂V/V = ∂L/L + ∂A/A = 0 
∂σ/σ = ∂L/L = −∂A/A = ∂ε = ∂e/(1 + e) 
onde L é o comprimento da amostra. 
 Assim, supondo que as deformações plásticas são independentes do tempo, 
segundo Considère, a instabilidade plástica será alcançada quando for verificado o 
seguinte critério: 
∂σ/∂ε = σ 
 A equação acima indica que, em um ensaio de tração uniaxial, o material se 
deformará progressivamente até alcançar o ponto onde ∂σ/∂ε = σ, a partir do qual se 
formará a estricção local com uma deformação para a qual a inclinação da curva de 
tensão verdadeira e deformação verdadeira se iguala à deformação verdadeira 
correspondente a essa deformação. A seção geométrica do estreitamento do 
pescoço será reduzida até que a carga medida comece a diminuir e a fratura ocorre. 
Quando a carga alcança seu máximo, se define a deformação crítica, εC. Se o 
comportamento do material obedece a lei uma lei potencial do tipo Hollomon: σ=Kεn, 
é possível determinar facilmente a deformação correspondente à estricção local: 
∂σ/∂ε = σ = Kεn = nKεn−1 
 Portanto, a deformação de estricção é numericamente igual ao coeficiente de 
endurecimento por deformação, n (εC = n). 
Considère propôs também uma maneira gráfica para determinar a 
deformação de início da instabilidade plástica. Este método alternativo utiliza a 
definição de deformação de engenharia, e: 
ε = ln (1 + e) 
ou melhor, ∂ε = ∂e/(1 + e) 
 Desta maneira, uma forma alternativa para estabelecer a condição de 
instabilidade é: 
∂σ/∂e = σ/(1 + e) 
 
 Pela figura acima, o ponto A da curva σ-e, representa uma deformação 
negativa de valor absoluto, 1. Uma reta partindo do ponto A (e = –1, σ = 0) e 
tangente à curva σ-e indicará o ponto de carga máxima porque, de acordo com a 
equação acima, a inclinação neste ponto é σ/(1 + e). A tensão neste ponto é a 
tensão verdadeira com carga máxima. Embora o critério clássico de Considère 
tenha sido baseado na deformação de engenharia, também pode ser desenvolvido 
em termos de deformação verdadeira. Isto se faz representando σ e ∂σ/∂e em 
função de ε, ou através da introdução do coeficiente de encruamento, γ, como 
mostra a figura abaixo. 
 
 Na primeira aproximação, o início da instabilidade se define pela condição 
expressa na equação ∂σ/∂ε = σ, e na segunda expressa por: 
γ −1= 0 
 Geralmente, o critério de Considère não pode ser aplicado em um ensaio de 
compressão já que uma particularidade muito importante e específica do ensaio de 
compressão é o aumento da área da seção da amostra. Este aumento faz aumentar 
a taxa de endurecimento. No entanto, quando um teste de compressão é realizado a 
alta temperatura, vários mecanismos de endurecimento convencionais tornam-se 
instáveis, e surgem os de amolecimento por fluência e os de instabilidade plástica. 
Neste caso, se a velocidade de amolecimento por fluência excede o aumento da 
secção transversal, uma carga máxima será atingida, seguida de uma carga 
mínima. 
https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/7901/Articulo%201.pdf 
 
5. Qual o efeito da temperatura e da taxa de deformação no 
comportamento plástico dos metais? 
O trabalho a quente é definido como a deformação sob condições de temperatura e 
taxa de deformação tais que processos de recuperação e recristalização ocorrem 
simultaneamente com a deformação. De outra forma, o trabalho a frio é a 
deformação realizada sob condições em que os processos de recuperação e 
recristalização não são efetivos. No trabalho a morno ocorre recuperação, mas não 
se formam novos grãos (não há recristalização). 
No trabalho a quente, devido à intensa vibração térmica -que facilita muito a difusão 
de átomos e a mobilidade e aniquilamento das discordâncias - o encruamento e a 
estrutura distorcida dos grãos produzida pela deformação, são rapidamente 
eliminados pela formação de novos grãos livres de deformação, como resultado da 
recristalização. É possível conseguir grandes níveis de deformação, uma vez que os 
processos de recuperação e recristalização acompanham a deformação. Ela ocorre 
a uma tensão constante. E como a tensão de escoamento plástico decresce com o 
aumento da temperatura, a energia necessária para a deformação é geralmente 
muito menor para o trabalho a quente do que para o trabalho a frio ou a morno 
 
 
 
6. Qual a diferença entre trabalho a quente e trabalho a frio? 
 
No trabalho a quente, devido à intensa vibração térmica -que facilita muito a 
difusão de átomos e a mobilidade e aniquilamento das discordâncias - o 
encruamento e a estrutura distorcida dos grãos produzida pela deformação, são 
rapidamente eliminados pela formação de novos grãos livres de deformação, 
como resultado da recristalização. É possível conseguir grandes níveis de 
deformação, uma vez que os processos de recuperação e recristalização 
acompanham a deformação. Ela ocorre a uma tensão constante. E como a tensão 
de escoamento plástico decresce com o aumento da temperatura, a energia 
necessária para a deformação é geralmente muito menor para o trabalho a quente 
do que para o trabalho afrio ou a morno. 
 
 
 
7. Quais as principais diferenças nos critérios de escoamento de Tresca 
e von Mises? 
Os critérios de resistência de Tresca e Von Mises foram propostos para a previsão 
da falha de corpos formados por materiais dúcteis. Entretanto, existe uma ligeira 
diferença entre a previsão da condição de falha dada por ambos os critérios em 
situações em que o corpo em análise encontra-se solicitado por um estado de 
cisalhamento puro. 
Quando um estado de cisalhamento puro atua sobre o corpo em análise, constata-
se que o critério de von Mises admite um estado de tensão aproximadamente 15% 
mais elevado que o previsto pelo critério de Tresca. Resultados experimentais em 
indicam que o critério de Von Mises é mais preciso na previsão de falha. 
 
8. Para o caso de expansão de uma membrana esférica por pressão interna p 
conforme figura abaixo, dados diâmetro da esfera (2r)= 0,51 m, espessura da 
esfera (t) = 0,0254 m e limite de escoamento uniaxial do material Y = 138 MPa, 
determine a pressão necessária para criar um escoamento. Considere o 
material perfeitamente elástico (encruamento desprezível), e que o estado de 
tensões na membrana é dado por: 
● (σ1 = σ2) = pr/2t 
● σ3 = 0 (r/t é muito grande). 
 
Critério de Tresca: k = Y/2 = 138 MPa/2 = 69 MPa 
 
 
 
= Y = 138 MPa 
 p = 2.t.Y/r = 2.0,0254.138M/0,255 = 27,5 MPa 
Critério de von Mises: Resultado é igual ao do critério de tresca. 
 
9. Uma liga de alumínio escoa uniaxialmente a uma tensão de 50 MPa. 
Suponha que este material é submetido ao seguinte estado de tensões: σ1 = 
25 MPa; σ2= 15 MPa; σ3 = -26 MPa; Utilizando o conceito de tensão 
equivalente para os critérios de Tresca e von Mises, verifique se o material 
escoará para este carregamento. Explique. 
-Tresca: 
 τmax = (σ1 – σ3)/2 = (25 - (-26))/2 = 25,5 MPa 
σ0 = σ1 – σ3 = 25 M - (-26 M) 51 MPa → A tensão máx é menor que a tensão de 
escoamento do material (50 MPa). 
-von Mises: 
2.σ0² = (σ1 – σ2)
2 + (σ2 – σ3)
2 + (σ3 – σ1)
2 = (25 – 15)2 + (15 – (-26))2 + ((-26) – 25)2 = 
2.σ0² → σ0 = 46,81 MPa → A tensão max é maior que a tensão de escoamento do 
material (50 MPa). 
Portanto, não é possível saber se o material escoará ou não. O escoamento é 
considerado iminente. 
 
10. O que é textura? Quais os tipos? Qual sua relação com o processamento 
plástico dos metais? 
Textura da superfície é um conjunto de características geométricas (em muitos 
casos) encontradas na superfície. É diferente da textura cristalográfica ou direcional 
da microestrutura. Descritas em termos de quantidades bem definidas e 
mensuráveis: 
-Falhas ou defeitos; 
-Direcionalidade; 
-Ondulação; 
-Rugosidade. 
 
Efeito do processamento na superfície: 
Direcionalidade: padrão predominante, usualmente visível a olho nu; 
Ondulação: desvio da planicidade da superfície. Descrita em termos do: 
-Espaçamento entre as cristas (largura); 
-Altura entre crista e vale (altura); 
Ondulação é conseqüência de: 
-Deflexões nas ferramentas, moldes ou peças; 
-Empenamentos localizados decorrentes de tensões ou temperatura; 
-Lubrificação heterogênea; 
-Vibração de ferramentas ou variação periódica de esforços mecânicos ou 
térmicos durante o processamento. 
 
Rugosidade: irregularidades finamente espaçadas, em escala menor que a 
ondulação; 
-Normalmente super impostas sobre a ondulação; 
-Definida em termos da sua altura, largura e extensão na qual é medida. 
 
 
11. Uma chapa de Ti puro, com espessura de 1,0 mm ensaiada em tração até 
um nível de deformação entre 6 a 10%, apresentou as variações de 
comprimento e contração na largura conforme tabela abaixo, quando o corpo 
de prova era alinhado em diferentes direções em relação à direção de 
laminação. Calcule os índices de anisotropia planar e normal e comente os 
resultados. 
[1] Comentário: Corrigida com o 
prof!! 
[2] Comentário: Corrigida com o 
prof!! 
[3] Comentário: Corrigida com o 
prof!! 
 
Para calcular a largura: 
Por conservação de volume: L0.W0 = Lf.Wf 
Para 0°: 50.W0 = 54,64.Wf 
W0 / Wf = 54,64 / 50 
W0 / Wf = 1,0928 
Wf / W0 = 50 / 54,64 = 0,9151 
 
Para 90°: 50.W0 = 53,24.Wf 
W0 / Wf = 53,24 / 50 
W0 / Wf = 1,0948 
Wf / W0 = 50 / 53,24 = 0,9391 
 
Para 45°: 50.W0 = 53,58.Wf 
W0 / Wf = 53,58 / 50 
W0 / Wf = 1,0716 
Wf / W0 = 50 / 53,58 = 0,9332 
 
 
 
 
 
 
 
 
= 4170,3 
 
 
 
= 4039,34 
 
 
 
= -1955,30 
 
Rmédia = [R(0°) + 2.R(45°) + R(90°)] / 4 = (4170,3 + 2 x 4039,34 - 1955,30) / 4 = 
2573,42 → Contrai mais na largura do que na espessura. 
 
 
 R = [R(0°) - 2.R(45°) + R(90°)] / 2 = (4170,3 - 2 x 4039,34 - 1955,30) / 2 = -
2931,84 → Maior contração ocorre em 45°. 
 
12. O que são tensões residuais? 
Tensões residuais são aquelas que permanecem na peça quando todas as forças 
externas e/ou gradientes de temperatura são removidos. Estas tensões são 
formadas pelo estado de tensões internas do material, que se mantém equilibrados 
(somatório das forças e dos momentos igual a zero) quando livre de forças externas. 
Elas estão presentes em todos os componentes mecânicos utilizados pela 
engenharia. Uma das principais causas de seu aparecimento é a ocorrência de 
deformações plásticas não uniformes ao longo de uma secção da peça, causadas 
por efeitos térmico e mecânico. Então, para que estas tensões permaneçam na 
estrutura após a remoção dos esforços externos, alguma região do componente por 
menor que seja foi solicitada além do limite elástico do material. Assim sendo, pode-
se afirmar que se não ocorrem deformações plásticas, não serão geradas tensões 
residuais. 
 
13. Uma chapa de alumínio com 5 mm de espessura e 250 mm de 
comprimento laminada a frio apresenta um perfil de tensões residuais que 
chegam a 140 MPa na superfície e -140 MPa no centro. Sabendo-se que o 
limite de escoamento deste material é 150 MPa e o seu módulo elástico é de 70 
GPa, calcule o comprimento que este material deverá ser estirado para que as 
tensões residuais sejam eliminadas. Considere como um material elástico 
perfeitamente plástico. 
 = 140M/70G + 150M/70G = 0,00414 m = 4,14 m 
 
 
 
→ 4,14 = ln (Lf/0,25) → Lf = 0,2510 m 
 
14. Uma peça é conformada a partir de um material que possui um limite de 
escoamento de 110 MPa. Durante seu processamento, o material é submetido 
ao seguinte estado de tensão: σ1, σ2 = σ1/3, σ3 = 0. Esquematize o círculo de 
Mohr para este estado de tensões e determine a tensão σ1 necessária para 
causar o escoamento pelos critérios de Tresca e de von Mises. 
Y = σ1 – σ3 = 110 MPa 
2.(110)² = (σ1 – σ1/3)² + (-σ1)² + (σ1/3– 0)² = 125 MPa 
 
15. Por que a rugosidade é especificada em alguns projetos de peças e 
componentes? Explique pelo menos 5 razões. 
-Precisão em encaixes e estanqueidade; 
-Considerações tribológicas (atrito, desgaste e lubrificação); 
-Fadiga e sensibilidade ao entalhe; 
-Contato elétrico e térmico – transferência; 
-Corrosão – aprisionamento de meio corrosivo; 
-Recobrimentos subseqüentes – ancoramento; 
-Catálise – área de troca; 
 
16. De que é constituída a superfície real dos metais? Explique. 
A superfície de um sólido delimita seu volume e define a região onde as interações 
com o ambiente ocorrem. É a fronteira geométrica entre o sólido e o ambiente; 
Corresponde a descontinuidade no arranjo periódico dos átomos (defeito); o estado 
vibracional, separação interatômica e estado eletrônico são muitodiferentes 
daqueles dos átomos do interior de um sólido. 
Superfície real: descreve uma região que se estende bem abaixo da superfície, até 
a profundidade de vários micrômetros. As propriedades mecânicas, físico-químicas 
e estruturais desta região diferem consideravelmente daquelas do ‘volume’ do 
material, bem como aquelas de uma superfície ideal. 
Uma superfície é constituída de várias camadas: 
. 
 
I – zona de contaminação – consiste de uma camada de gases adsorvidos, como 
vapor d’água, hidrocarbonetos e outros poluentes atmosféricos. Esta camada se 
estende a poucos nanômetros. 
II – Segunda zona – feita de produtos que surgem da interação com o ambiente e 
geralmente consiste de óxidos, cuja composição depende tanto do metal base como 
do ambiente. 
III – Terceira zona - estrutura do material que foi significativamente encruado e onde 
a matriz cristalina foi destruída. Esta camada, conhecida como camada de Beilby, 
se estende a profundidade de cerca de um micrômetro. 
IV – Quarta zona – foi mecanicamente deformada pelo acúmulo de tensão residual. 
Espessura vai de vários até dezenas de micrometros. 
V – Quinta zona – corresponde a estrutura original do material sem modificações. 
É importante distinguir a topografia da superfície em escala atômica de sua 
geometria em escala micrométrica. Em escala atômica, a superfície aparece como 
uma série de degraus/bordas e planos atômicos que contêm numerosos defeitos 
pontuais. 
 
Estrutura da superfície inclui: 
Rugosidade → flutuações de pequeno comprimento de onda; 
Ondulação → irregularidade da superfície com maior comprimento de onda; 
Orientação das irregularidades → direção principal do padrão de superfície 
predominante; 
Falha → interrupções unidirecionais inesperadas. 
 
17- Em testes de compressão de anel, o corpo de prova pode eventualmente 
apresentar uma geometria ovalizada no final do teste. Quais as razões que 
poderiam levar a esta situação? 
Lubrificação heterogênea ou deficiente. 
 
18. O que é ondulação? 
Ondulação → irregularidade da superfície com maior comprimento de onda; é o 
desvio da planicidade da superfície. 
 
19. Defina rugosidade e os principais parâmetros que a quantificam. Como é 
medida a rugosidade? 
Rugosidade → caracterizada por asperidades de amplitude e espaçamento 
variáveis; variações na altura da superfície em relação a um plano de referência. 
• 2D; 
• 3D. 
Parâmetros de rugosidade são normalmente classificados em 3 grupos de acordo 
com sua funcionalidade: de amplitude, espaçamento e híbridos 
 Método mais comum para medir a superfície do metal – RUGOSÍMETRO com 
agulha (stylus): Fina agulha é puxada suave e constantemente sobre uma superfície 
Resultado: gráfico que representa o deslocamento vertical da agulha em função da 
distância percorrida ao longo da superfície. 
 
20. Num ensaio de compressão de anel, com uma amostra de altura inicial de 
10 mm, diâmetros externo e interno de 30 e 15 mm respectivamente, qual seria 
o diâmetro interno ao final do ensaio com uma redução na altura de 50%, se as 
condições de lubrificação levassem a uma condição de de 0,20? Dado: 
 
di = 15 mm 
df = 0,65.di = 0,65.15 = 9,75 mm 
Do gráfico, redução do diâmetro será de 35%. 
 
21. Num ensaio de compressão de anel, uma amostra com altura inicial de 10 
mm, diâmetros externo e interno de 30 e 15 mm respectivamente, foi reduzida 
a uma altura de 50% da sua altura inicial. Determine e m se o diâmetro externo 
final foi de 39 mm. Dados: 
 
 
Redução de 50%, redução de di = 13%: 
 = 0,09 
m = 0,32 
 
22. Qual a importância da lubrificação do processamento dos metais? 
Se entre os corpos em contato existir um material ou substância com baixa 
resistência ao cisalhamento, o processo de atrito tende a se localizar neste, 
reduzindo sua magnitude: 
-Este material ou substância pode ser sólido, líquido ou gasoso, e denomina-se 
lubrificante. 
 
Funções durante a conformação: 
-Reduzir atrito , força e energia do processo; 
-Reduzir a temperatura durante o processo; 
-Reduzir o desgaste, agarramento (adesão) e caldeamento; 
-Melhorar o fluxo da peça no molde; 
-Barreira térmica no processamento a quente – perda de calor para o molde; 
-Desmoldante. 
 
23. Qual o papel da rugosidade do molde na lubrificação? 
-Cria reservatórios locais para os lubrificantes, que suportam parte da carga; 
-Cria reservatórios locais de lubrificantes, que podem reparar regiões onde o 
filme superficial foi destruído; 
-O molde (em geral mais duro) não deve ser muito rugoso para não danificar 
a peça (em geral Ra ~ 0,40 μm). 
-Efeito da geometria do molde: 
-Angulação adequada entre molde e peça permite maior ou menor retenção 
de lubrificante na interface. 
 
24. Quais os principais tipos de lubrificantes na conformação de metais? 
-Água (pura, destilada às vezes) – associa efeito lubrificante à resfriamento e 
remoção de contaminantes; 
-Óleos minerais puros – pouco usados isoladamente, mas combinados à óleos ou 
ácidos graxos, pode ser usado em laminação de pequenos lingotes, estampagem 
profunda ou extrusão; 
-Óleos graxos – saponificados e combinados a outros óleos formando graxas, para 
trefilação; 
-Ácidos graxos – combinados com sais metálicos à base de Na ou K, são muito 
utilizados em conformação a frio; 
-Ceras – combinadas com ácidos graxos ou sabões suportam grandes pressões, 
somente enquanto sólidas, para estampagem profunda, laminação e trefilação – 
exemplo parafina; 
-Sabões metálicos – utilizados na forma de pós, para estampagem profunda e 
trefilação de arames – exemplo estearato de cálcio; 
-Sólidos minerais – para altas pressões/temperaturas: grafita, bissulfeto de 
molibdênio, cal, talco, caulim, carbonatos, mica; 
-Sólidos metálicos macios – chumbo, cádmio, cobre, índio em trefilação de barras e 
tubos; 
-Vidros – principalmente em processos em alta temperatura, quando se torna 
viscoso, pode ser usado em extrusão de aços, trefilação de tubos; 
-Substâncias sintéticas – polietilenoglicol, silicone; 
-Polímeros – teflon, nylon, polietileno; 
-Aditivos EP – extreme pressure, compostos de enxofre e fósforo agregados a óleos 
minerais ou ácidos graxos. 
 
25. Quais os principais aspectos para a escolha de um lubrificante para a 
conformação de peças metálicas? 
-Eficiência: capaz de reduzir o atrito a níveis aceitáveis para o processo, reduzir o 
agarramento e o caldeamento, dissipar cargas estáticas; 
-Estabilidade: propriedades hidrodinâmicas ou de lubrificação limite durante todo o 
processo (temperatura e pressão); 
-Compatibilidade: Não atacar os materiais do molde e da peça; 
-Permanecer inerte diante de outros lubrificantes ou aditivos presentes; 
-Custo direto; 
-Custo indireto: redução do desgaste nos moldes, modo de aplicação, 
desmoldagem, operações posteriores de remoção/limpeza; 
-Dissipação de calor e remoção de contaminantes/abrasivos; 
-Proporcionar um bom acabamento superficial; 
-Saúde ocupacional: toxicidade; 
-Questões ambientais: emissões e resíduos.