Apostila_Conformacao_dos_Metais_fund_e_aplicacao

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Gerência de Ensino 
Coordenadoria de Recursos Didáticos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONFORMAÇÃO 
DOS 
METAIS 
 
 
FUNDAMENTOS E APLICAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Vitória - Março - 2008 
 
 
COORDENADORIA DE ENGENHARIA METALÚRGICA 
 
 
 
 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 
 
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CONFORMAÇÃO 
DOS 
METAIS 
 
 
FUNDAMENTOS E APLICAÇÃO 
 
 
Autor: 
 
MARCELO LUCAS PEREIRA MACHADO 
Engenheiro Metalurgista – UFF – RJ 
Doutor em Engenharia Elétrica/Automação – UFES 
Mestre em Engenharia Metalúrgica – PUC-RJ 
Pós-Graduado em Educação/Aperfeiçoamento em Conteúdos Pedagógicos - UFES 
Professor dos Cursos de Mestrado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais, 
Engenharia Metalúrgica e Tecnólogo em Siderurgia, do Instituto Federal de 
Educação Ciência e Tecnologia do Estado do Espírito Santo – IFES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Vitória -ES 
2009 
 
 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 
 
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SUMÁRIO 
 
1 - CONFORMAÇÃO DOS METAIS................................................................................7 
1.1 - CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ..................................7 
1.2 - CARACTERíSTICAS DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO .............................7 
1.3 - PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO DE METAIS NA FABRICAÇÃO...............10 
1.4 - VARIÁVEIS, CLASSIFICAÇÃO E DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS DE 
CONFORMAÇÃO DE METAIS...................................................................................11 
1.5 - CONFORMAÇÃO DE METAIS COMO UM SISTEMA .......................................13 
1.6 - CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL .................................................................14 
1.7 - EQUIPAMENTO E FERRAMENTAL ..................................................................15 
1.8 - CLASSIFICAÇÃO E BREVE DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS DE 
CONFORMAÇÃO.......................................................................................................17 
1.9 – REVISÃO DE ESTRUTURA CRISTALINA........................................................19 
1.9.1- Cristalinidade.................................................................................................19 
1.9.2 - Sistemas cristalinos......................................................................................20 
1.9.3 - Cristais cúbicos. ...........................................................................................21 
1.9.4 – Cristais hexagonais. ....................................................................................24 
1.9.5 - Outros retículos cristalinos. ..........................................................................26 
1.9.6 - Direções no cristal. .......................................................................................26 
1.9.7- Planos cristalinos...........................................................................................27 
1.9.8- Imperfeiçoes cristalinas .................................................................................29 
1.9.9 - Deformação plástica.....................................................................................36 
2 - FORJAMENTO.........................................................................................................41 
2.1 - DEFINIÇÃO........................................................................................................41 
2.2- CLASSIFICAÇÃO................................................................................................42 
2.2.1- Temperatura de trabalho ...............................................................................42 
 2.3 - GRAU DE RESTRIÇÃO AO FLUXO DE METAL ...............................................44 
2.3.1 - Forjamento livre (matriz aberta) ...................................................................44 
2.3.2 - Forjamento em matrizes fechadas ...............................................................44 
2.3.3 - Forjamento a quente em matriz aberta ........................................................45 
2.3.4 - Forjamento a quente em matrizes fechadas ................................................47 
2.3.5 - Forjamento a frio ..........................................................................................50 
 
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2.3.6 - Equipamentos para forjamento ....................................................................51 
3 - EXTRUSÃO..............................................................................................................56 
 3.1 - GENERALIDADES.............................................................................................57 
3.2 - CLASSIFICAÇÃO...............................................................................................57 
3.2.1 – Quanto a temperatura de trabalho...............................................................57 
3.2.2 – Quanto as dimensões do produto................................................................59 
3.2.3 – Quanto ao sentido de deslocamento do pistão............................................60 
3.2.4 - Outros processos de extrusão......................................................................62 
3.3 - EQUIPAMENTOS DE EXTRUSÃO....................................................................63 
 3.4 - PARÂMETROS FÍSICOS...................................................................................65 
 3.5 - DEFEITOS DA EXTRUSÃO...............................................................................66 
4 - TREFILAÇÃO...........................................................................................................69 
 4.1 – CLASSIFICAÇÃO DOS PRODUTOS TREFILADOS.........................................72 
4.2 - MECÂNICA DA TREFILAÇÃO ...........................................................................72 
 4.3 - FIEIRA................................................................................................................73 
 4.4 - CÁLCULO DE CARGA NA TREFILAÇÃO .........................................................77 
 4.5 - TREFILAÇÃO DE VERGALHÕES E ARAMES..................................................78 
 4.6 - TRATAMENTOS TÉRMICOS ............................................................................81 
 4.7 - MÁQUINAS DE TREFILAR INDUSTRIAIS ........................................................82 
4.7.1 - Máquina de Trefilar em Série ("Tandem"), com Deslizamento.....................82 
4.7.2 - Máquina de trefilar cônica, com deslizamento..............................................83 
4.7.3 - Máquina de trefilação de 3 sarihos (Morgan) ...............................................85 
4.7.4 - Máquinas de trefilar em série, sem deslizamento ........................................86 
5 - LAMINAÇÃO ............................................................................................................88 
5.1 - DEFINIÇÕES DOS PRODUTOS LAMINADOS:.................................................92 
5.1.1 - Classificação dos produtos semi-acabados .................................................93 
5.1.2 - Classificação dos produtos acabados ..........................................................94 
5.2 - CLASSIFICAÇÃO DOS LAMINADORES .........................................................102 
5.3 - ÓRGÃOS MECÂNICOS DE UM LAMINADOR ................................................114 
5.4 - CILINDROS DE LAMINAÇÃO:.........................................................................118 
5.4.1 - Classificação dos cilindros: ........................................................................120 
5.5 – LAMINAÇÃO AQUENTE. ...............................................................................123 
6 – OUTROS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO ....................................................125 
 
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7 – FUNDAMENTOS DA CONFORMAÇÃO APLICADOS A LAMINAÇÃO.................132 
7.1 – INTRODUÇÃO.................................................................................................132 
7.2 - PARÂMETROS DA LAMINAÇÃO ....................................................................132 
7.3 - EQUAÇÕES DE FLUXOS TÉRMICOS NA LAMINAÇÃO ................................140 
7.4 - ASPÉCTOS METALÚRGICOS NA LAMINAÇÃO ............................................147 
7.4.1 - Processos de restauração do grão.............................................................150 
7.4.2 - Fatores que afetam a redução crítica de recristalização. ...........................158 
7.4.3 - Efeito da Temperatura e Elementos de Liga ..............................................158 
7.4.4 - Efeito da Quantidade de Deformação. .......................................................159 
7.4.5 - Tamanho de grão da austenita completamente recristalizada após 
deformação............................................................................................................161 
7.4.6 - Crescimento do grão após completa recristalização na laminação. ...........162 
7.4.7 - Tamanho de grão da austenita parcialmente recristalizada .......................165 
7.4.8 - Mudanças estruturais no aço durante o resfriamento. ...............................165 
7.4.9 - Efeito da microestrutura do aço na tensão de escoamento do material .....167 
7.5 - CÁLCULO DA FORÇA DE LAMINAÇÃO UTILIZANDO MODELOS 
MICROESTRUTURAIS ............................................................................................173 
7.6 - CÁLCULO DA FORÇA DE LAMINAÇÃO UTILIZANDO AS CARACTERÍSTICAS 
FÍSICAS DO LAMINADOR.......................................................................................177 
7.7 - TRATAMENTOS TERMOMECÂNICOS NA LAMINAÇÃO...............................184 
8 - FORNOS DE REAQUECIMENTO .........................................................................198 
8.1 - CLASSIFICAÇÃO DOS FORNOS DE REAQUECIMENTO .............................200 
8.2 - PRODUÇÃO.....................................................................................................205 
9 – LAMINAÇÃO DE TIRAS A QUENTE.....................................................................208 
10 - DECAPAGEM ......................................................................................................220 
11 - LAMINAÇÃO A FRIO ...........................................................................................226 
11.1 - PROCESSOS DE LAMINAÇÃO À FRIO........................................................229 
11.2 - CONSIDERAÇÕES SOBRE OS TIPOS DE LAMINADORES:.......................229 
11.3 - RESFRIAMENTO DOS CILINDROS:.............................................................230 
11.4 - LAMINADORES CONTINUOS: ......................................................................231 
11.5 - BOBINADEIRAS.............................................................................................231 
11.6 - OPERAÇÃO ...................................................................................................232 
11.7 - LAMINAÇÃO DE CHAPA FINA......................................................................233 
 
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11.8 - PRODUÇÃO DE FÔLHAS MUITA FINAS......................................................233 
11.9 - LAMINADORES DE ENCRUAMENTO E DE ACABAMENTO .......................233 
11.10 - PROCESSO DE LAMINAÇÃO A FRIO DA USINA ARCELORMITTAL VEGA 
(VEGA DO SUL).......................................................................................................235 
12 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................243 
 
 
 
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1 - CONFORMAÇÃO DOS METAIS 
Um dado material, normalmente sem forma ou de geometria simples, é transformado 
em um componente útil através de um processo de fabricação. Este produto, na 
maioria das vezes, tem geometria complexa, com forma, tamanho, precisão, 
tolerâncias, aparência e propriedades bem definidas. 
1.1 - CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 
A fabricação e montagem de componentes metálicos podem ser classificadas, 
demaneira simplificada, em cinco áreas gerais: 
1. Processos para formas primárias em metais, tais como fundição, lingotamento,
coquilhamento e metalurgia do pó. Em todos estes processos de fabricação o
material inicialmente não tem forma definida, mas a obtém através do processo. 
2. Processos de conformação dos metais, tais como laminação, extrusão, forjamento a 
frio e a quente, dobramento e repuxo, nos quais o metal é conformado através de 
deformação plástica. 
3. Processos de usinagem dos metais, tais como corte em serra, torneamento, 
fresamento e brochamento, nos quais uma nova forma é gerada através da remoção 
de material. 
4. Processos de tratamento dos metais, tais como tratamento térmico, anodização e 
endurecimento superficial, nos quais a forma do componente permanece 
essencialmente imutável, mas sofre mudanças de aparência e propriedades. 
5. Processos de união, incluindo (a) união física, tais como aquelas por soldagem ou 
por difusão; e (b) união mecânica, tais como rebitamento, união eixo-cubo por 
contração e montagem mecânica. 
1.2 - CARACTERíSTICAS DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO 
Existem quatro características principais em qualquer processo de fabricação, a 
saber: 
 
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Geometria, tolerâncias, razão de produção ou produtividade e fatores ambientais e 
humanos. 
Geometria. 
Cada processo de manufatura é capaz de produzir uma família de geometrias. Dentro 
desta família há geometrias que podem ser produzidas somente com extraordinários 
custo e esforço. 
Por exemplo, o processo de forjamento permite a produção de componentes que 
podem ser facilmente extraídos de uma matriz, isto é, matrizes superior e inferior. 
Através do uso de matriz especial com partes deslizantes é possível obter peças com 
detalhes perpendiculares à direção de forjamento e com formas mais complexas. 
 
Tolerâncias. 
Nenhuma dimensão pode ser produzida exatamente como é especificada pelo 
projetista. Portanto, cada dimensão é associada a uma tolerância, assim como cada 
processo de fabricação permite a obtenção de certas tolerâncias dimensionais, de 
forma e acabamento superficial. 
A qualidade dessas dimensões, no entanto, pode ser melhorada pelo emprego de 
variantes mais sofisticadas destes processos e através de novos desenvolvimentos. 
Por exemplo, pelo uso do processo de fundição em cera perdida a vácuo é possível 
obter formas muito mais complexas com tolerâncias mais fechadas do que usando os 
processos com moldes de areia. 
Tolerâncias dimensionais servem a um duplo propósito: 
*Primeiro, elas permitem o funcionamento adequado dos componentes fabricados: por 
exemplo, um tambor de freio de automóvel deve ser circular, dentro de certos limites, 
para evitar vibrações e assegurar funcionamento correto dos freios. 
*O segundo propósito das tolerâncias dimensionais é proporcionar intercambiabilidade. 
Sem intercambiabilidade a capacidade de substituir um componente defeituoso (mil 
 
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rolamento, por exemplo) por um novo, de um fabricante diferente seria inimaginável na 
moderna produção seriada. 
Razão de Produção ou Produtividade. 
A razão de produção que pode ser atingida através de um dado processo de fabricação 
é provavelmente o seu aspecto mais significativo, porque ela indica os aspectos 
econômicos e a produtividade que pode ser atingida. 
Nos países industrializados, as indústrias de produção representam cerca de 30% a 
40% do produto interno bruto. Conseqüentemente, a produtividade destas indústrias, 
isto é, a produção de componentes discretos, conjuntos montados e produtos por 
unidade de tempo, é o fator mais importante a influenciar o padrão de vida num país, 
assim como sua posição competitiva no mercado internacional de bens de produção. 
A razão de produção ou produtividade pode ser aumentada através da melhoria dos 
processos de fabricação existentes ou pela introdução de novos processos e 
máquinas, todos requerendo novos investimentos. 
Contudo, o ingrediente mais importante para o aumento de produtividade reside no ser 
humano e nos recursos gerenciais, uma vez que boas decisões em investimentos 
(quando, quanto e em que) são tomadas por pessoas bem treinadas e motivadas. 
Como resultado, o presente e o futuro da produtividade na fabricação dentro de uma 
fábrica, indústria ou nação dependem não somente do nível de investimentos numa 
nova fábrica e equipamentos, mas também do nível de treinamento e disposição dos 
engenheiros e especialistas em fabricação dentro destas entidades. 
 
Fatores Ambientais e Humanos. 
Todo processo de fabricação deve ser examinado visando 
a) seus efeitos ambientais, isto é, em termos de poluição do ar, água e sonora, 
b) sua interface com os recursos humanos, isto é, em termos de segurança humana, 
efeitos fisiológicos e psicológicos; e 
 
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c) seu uso de energia e recursos materiais, particularmente em termos de escassez de 
energia e materiais. 
Conseqüentemente, a introdução e uso de um processo de fabricação devem antes ser 
considerados com vistas a estes fatores ambientais. 
 
1.3 - PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO DE METAIS NA FABRICAÇÃO 
Processos de conformação de metais incluem [73]: 
a) processos de conformação maciça como o forjamento, extrusão, laminação e 
trefilação; e 
b) processos de conformação de chapas como dobramento, repuxo e estiramento. 
Entre o grupo de processos de fabricação discutido anteriormente, a conformação de 
metais representa um grupo altamente significativo de processos para produção 
industrial, componentes militares e bens de consumo. 
Um modo comum de classificar os processos de conformação dos metais é considera-
los como conformação a frio (à temperatura ambiente) e a quente (a temperaturas 
acima da recristalização). Muitos materiais comportam-se diferentemente em diferentes 
temperaturas. 
Normalmente, a tensão de escoamento de um metal aumenta com o aumento da 
deformação durante a conformação a frio e com o aumento da taxa de deformação 
durante a conformação a quente. Entretanto, os princípios gerais que governam a 
conformação dos metais a várias temperaturas são basicamente os mesmos. 
Portanto, classificação dos processos de conformação baseados na temperatura inicial 
do material não contribui significativamente para o entendimento e melhoria destes 
processos. De fato, o projeto das ferramentas, máquinas, automação, manuseio de 
componentes e conceitos de lubrificação pode ser melhor considerado através de 
classificação baseada não na temperatura, mas sim na geometria específica de saída e 
entrada, assim como nas condições do material e da razão de produção. 
 
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Geometrias complexas, tanto no processo de conformação maciço quanto no de 
chapas, podem ser obtidas igualmente bem por conformação a frio ou a quente. 
Evidentemente, devido à menor resistência ao escoamento dos materiais deformados a 
elevadas temperaturas, as tensões nas ferramentas e as cargas nas máquinas são, 
relativamente, menores na conformação a quente se comparadas àquelas na 
conformação a frio. 
Conformação é especialmente atrativa em casos em que: 
a) geometria dos componentes é moderadamente complexa e o volume de produção é 
grande, de maneira que o custo do ferramental por unidade produzida possa ser 
mantido baixo - por exemplo, em aplicações automobilísticas; e 
b) as propriedades e integridade metalúrgica dos componentes são extremamente 
importantes, como é o caso de aeronaves de carga, motores a jato e componentes de 
turbinas. 
O projeto, análise e otimização de processos de conformação requerem: 
a) conhecimento analítico referente ao fluxo metálico, tensões e transferência de calor, 
b) informações tecnológicas relacionadas com lubrificação, técnicas de aquecimento e 
resfriamento, manuseio de materiais, projeto e fabricação de matrizes e equipamentos 
de conformação. 
 
1.4 - VARIÁVEIS, CLASSIFICAÇÃO E DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS DE 
CONFORMAÇÃO DE METAIS 
Na conformação de metais, um componente inicialmente simples - um tarugo ou uma 
chapa metálica, por exemplo - é plasticamente deformado entre as ferramentas (matriz 
ou estampo) para a obtenção da configuração final desejada. 
Portanto, um componente de geometria simples é transformado num outro complexo, 
em que as ferramentas guardam a geometria desejada e aplicam pressão ao material 
em deformação através da interface ferramenta-material. 
 
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O processo de conformação de metais comumente produz pouca ou nenhuma sobra e 
a geometria final do componente aparece num curto período de tempo, normalmente 
com um ou poucos golpes de uma prensa ou martelo. Como resultado final, a 
conformação de metais apresenta um potencial para economia de energia e material - 
especialmente em médios e grandes lotes, em que o custo de ferramental pode ser 
facilmente amortizado. 
Além disso, para um dado peso, componentes produzidos por conformação exibem 
melhores propriedades mecânicas, metalúrgicas e confiabilidade do que aqueles 
produzidos por fundição ou usinagem. 
Conformação de metais é a tecnologia da experiência orientada. No decorrer dos anos, 
uma grande quantidade de conhecimento e experiência tem sido acumulada neste 
campo, na sua maioria pelo método da tentativa-e-erro. No entanto, a indústria de 
conformação de metais tem sido capaz de fornecer sofisticados produtos fabricados 
dentro das mais rígidas normas, usando ligas recentemente desenvolvidas e difíceis de 
conformar. 
Os fenômenos físicos que descrevem uma operação de conformação são de difícil 
expressão através de relações quantitativas. 
O fluxo de metais, o atrito na interface ferramenta-peça, a geração e transferência de 
calor durante o fluxo plástico do metal e o seu relacionamento com a microestrutura, as 
propriedades e as condições do processo são difíceis de prever e analisar. 
Freqüentemente, quando se produzem componentes discretos, várias operações 
intermediárias de conformação (pré-conformação) são necessárias para transformar a 
geometria inicial simples em uma complexa, sem causar danos ao material ou 
prejudicar suas propriedades. 
Conseqüentemente, o principal objetivo de qualquer método de análise é auxiliar o 
engenheiro de conformação no projeto de conformação e/ou seqüência de pré-formas. 
Para uma dada operação de conformação (pré-conformaçãoou conformação final), o 
projeto essencialmente consiste em [73]: 
a) estabelecer as relações cinemáticas (forma, velocidades, taxas de deformações, 
 
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deformações) entre a parte deformada e a parte não deformada, isto é, prever o fluxo 
de metal; 
b) estabelecer o limite de conformabilidade, ou seja, determinar se é ou não possível a 
conformação sem rupturas internas ou na superfície do metal; e 
c) prever as forças e tensões necessárias para efetuar a operação de conformação a 
fim de que o ferramental e equipamento possam ser projetados ou selecionados. 
Para entender, projetar, dimensionar e otimizar a operação de conformação é útil: 
a) considerar o processo de conformação de metais como um sistema e 
b) classifica-lo de forma sistemática. 
 
1.5 - CONFORMAÇÃO DE METAIS COMO UM SISTEMA 
Um sistema de conformação metálica consiste de todas as variáveis de entrada, tais 
como [73]: 
1) o tarugo ou "blank" (geometria e material), 
2) o ferramental (geometria e material), 
3) as condições na interface ferramenta-peça, 
4) o mecanismo de deformação plástica, 
5) o equipamento usado, 
6) as características do produto final e, finalmente, 
7) o ambiente da fábrica onde o processo está sendo conduzido. 
A maneira de encarar o problema do ponto de vista do "sistema" na conformação de 
metais permite o estudo da relação entrada-saída e dos efeitos das variáveis do 
processo na qualidade do produto e no aspecto econômico do processo. 
 
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A chave para o sucesso na operação de conformação, isto é, para obter a forma e 
propriedades adequadas, é o entendimento e o controle do fluxo metálico. 
A direção deste fluxo, sua magnitude de deformação e a distribuição de temperatura 
envolvida afetam significativamente as propriedades do componente conformado. 
O fluxo metálico determina ambas as propriedades relacionadas com a deformação 
local e a formação de defeitos, tais como trincas ou dobras na superfície ou sob ela. 
O fluxo metálico local é, por sua vez, influenciado pelas variáveis do processo, as quais 
estão resumidamente relacionadas na Tabela 1.1. 
 
1.6 - CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL 
Para uma dada composição de material e uma história de deformação-tratamento 
térmico (microestrutura), a tensão de escoamento e a conformabilidade nas várias 
direções (anisotropia) são as mais importantes variáveis na análise de um processo de 
conformação de metais [73,77,78,79]. 
Para uma dada microestrutura, a tensão de escoamento, σ, é escrita como função da 
deformação ε , da taxa de deformação •ε e da temperatura T: 
 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛= • TF ,,εεσ (1.1) 
Para formular a Equação Constitutiva, Equação 1.1, é necessário conduzir testes de 
torção, de deformação plana, de compressão e testes de compressão uniforme. 
Durante qualquer desses testes, o trabalho plástico cria um certo aumento em 
temperatura, o qual deve ser considerado na estimativa e no uso dos resultados do 
teste. 
Atualmente estão sendo desenvolvidos modelos microestruturais e térmicos que 
podem determinar a tensão de escoamento, temperaturas, tamanho de grão, etc. O 
que irá contribuir em muito na redução de custos, na melhoria da qualidade do produto 
 
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e no aumento da produtividade [77,78,79,80]. 
Conformabilidade é a capacidade do material ser deformado sem apresentar ruptura; 
isto depende: 
a) das condições existentes durante o processo de deformação (tais como temperatura, 
taxa de deformação e a história anterior de tensão e deformação) e 
b) das variáveis do material (como a composição química, vazios internos, inclusões e 
microestrutura inicial). 
No processo de conformação a quente, gradientes de temperatura no material em 
deformação (por exemplo, devido a resfriamentos locais) também influenciam o fluxo 
metálico e os fenômenos de ruptura. 
1.7 - EQUIPAMENTO E FERRAMENTAL 
A seleção de uma máquina para um dado processo é influenciada pelo tempo, precisão 
e pelas características de carga-energia da mesma. A seleção do equipamento ótimo 
requer considerações do sistema completo de conformação, incluindo tamanho do lote, 
condições na fábrica, efeitos ambientais e necessidades de manutenção, assim como 
as necessidades de cada componente específico e do processo sob estudo. 
As variáveis de ferramental incluem: 
a) projeto e geometria, 
b) acabamento superficial, 
c) rigidez e 
d) propriedades mecânicas e térmicas sob as condições de utilização 
 
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Tabela 1.1 - Variáveis mais significativas num processo de deformação [73]. 
_____________________________________________________________________ 
MATERIAL DO TARUGO 
*Tensão de escoamento como função da deformação, taxa de deformação, 
temperatura e microestrutura (equações constitutivas) 
*Conformabilidade como função da deformação, da taxa de deformação, temperatura e 
microestrutura (curvas limites de conformação) 
*Condições superficiais 
*Propriedades termo-físicas 
*Condições iniciais (composição química, temperatura, estados anteriores da 
microestrutura). 
*Efeitos de mudanças em microestrutura e composição química na tensão de 
escoamento e conformabilidade. 
 
FERRAMENTAL 
*Geometria das ferramentas 
*Condições superficiais 
*Material/dureza/tratamento térmico 
*Temperatura 
*Rigidez e precisão 
 
CONDIÇÕES NA INTERFACE FERRAMENTA-PEÇA 
*Tipo de lubrificante e temperatura de trabalho 
*Isolação e características de resfriamento na camada de interface 
*Lubrificação e tensão de cisalhamento ao atrito, 
*Características relacionadas à aplicação e remoção do lubrificante. 
 
ZONA DE DEFORMAÇÃO 
*Mecanismo de deformação, modelo usado para análise 
*Fluxo de metal, velocidade, taxa de deformação, deformação (cinemática). 
*Tensões (variação durante a deformação) 
*Temperaturas (geração e transferência de calor) 
 
EQUIPAMENTO USADO 
*Velocidade/razão de produção 
*Força/capacidade de conversão de energia 
*Rigidez e precisão 
 
PRODUTO 
*Geometria 
*Precisão dimensional/tolerâncias 
*Acabamento superficial 
*Microestrutura, propriedades mecânicas e metaIúrgicas 
 
AMBIENTE 
*Capacidade da mão-de-obra disponível 
*Poluição do ar e sonora e resíduos líquidos 
*Controle da produção e equipamentos disponíveis na fábrica 
__________________________________________________________________ 
 
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1.8 - CLASSIFICAÇÃO E BREVE DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS DE 
CONFORMAÇÃO 
Os processos de conformação podem ser classificados em duas grandes categorias 
[73]: 
1. Processos de conformação maciça (Tabela 1.2). 
2. Processos de conformação de chapas (Tabela 1.3). 
Tabela 1.2 - Classificação dos processos de conformação maciça [73]. 
Forjamento Laminação Extrusão Trefilação 
Forjamento em matriz 
fechada com rebarba 
Forjamento em matriz 
fechada sem rebarba 
Cunhagem 
Eletro-recalque 
Forjamento por 
extrusão direta 
Forjamento por retro-
extrusão 
Endentação 
Forjamento isotérmico 
Forjamento de ogiva 
Forjamento em matriz 
aberta (forjamento 
livre) Forjamento 
orbital Forjamento de 
sinterizado 
Forjamento radial 
Recalque 
Laminação de chapas 
Laminação de perfis 
Laminação de tubos 
Laminação de anéis 
Laminação rotativa 
por penetração 
Laminação de 
engrenagens 
Laminação/forjamento 
Laminação transversal 
Laminaçãosuperficial 
Repuxo por 
torneamento 
Redução de tubos 
(Rocking) 
 
Extrusão sem 
lubrificação 
Extrusão a quente 
direta com lubrificação 
Extrusão hidrostática 
Trefilação com rolos 
Calibração de parede 
(Ironing) 
Estiramento de tubos 
 
Tabela 1.3 - Classificação dos processos de conformação para chapas [73]. 
Dobramento e flangeamento reto Conformação de recessos rasos 
Dobramento 
Calandragem 
Conformação de perfilados 
Conformação de perfis por estiramento 
Conformação de perfis com rolos 
Conformação de chapas 
Conformação por estiramento Nervuramento 
(androforming) Conformação por 
envelhecimento Conformação por 
alongamento (creeping) Conformação e 
têmpera em matriz Conformação por 
abaulamento Conformação a vácuo 
Escareamento por prensagem Conformação 
em martelo Conformação eletromagnética 
Conformação por explosão Entalhamento 
(joggling) 
Repuxo profundo e flangeamento 
Rolagem por torneamento 
Embutimento profundo 
Processo marform 
Conformação com sapatas de borracha 
Hidroconformação com diafragma de borracha 
 
Em ambos os casos, as superfícies do material deformado e das ferramentas estão em 
 
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18
contato e o atrito entre elas tem grande influência no processo. 
No forjamento maciço, o material inicial é um tarugo, barra ou vergalhão e um aumento 
considerável na taxa superfície-volume ocorre no componente conformado. 
Na conformação de chapas, um blank de chapa (platina) é plasticamente transformado 
em um objeto tridimensional sem qualquer mudança significativa na espessura da 
chapa original ou nas características superficiais. 
Processos que se enquadram na categoria de conformação maciça têm as seguintes 
formas distintas: 
*O componente passa por uma grande deformação plástica, resultando numa 
apreciável mudança de forma e seção transversal. 
*A porção do componente que sofre deformação plástica é, geralmente, muito maior do 
que aquela que sofre deformação elástica, portanto o retorno elástico é insignificante 
(conformação a quente). 
Exemplos de processos de conformação maciça são extrusão, forjamento, laminação e 
trefilação. 
As características dos processos de conformação de chapas são: 
*O componente é uma chapa ou é fabricado a partir de uma chapa. 
*A deformação normalmente causa mudanças significativas na forma, mas não na 
seção transversal da chapa. 
*Em alguns casos, a magnitude da deformação plástica permanente é comparável à 
deformação elástica, portanto, o efeito mola ou retorno elástico pode ser significativo. 
Exemplos de processos que se enquadram nesta categoria são o dobramento 
convencional com dois apoios somente ou com estampos macho-fêmea, repuxo 
profundo, conformação por estiramento e com punção flexível. 
Alguns processos podem ser enquadrados em ambas as categorias (conformação 
maciça ou de chapas), dependendo da configuração do produto. 
 
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19
Por exemplo, na redução da espessura da parede de um tubo, partindo-se de um tubo 
de parede grossa, o processo de trefilação poderia ser considerado como de 
conformação maciça. Por outro lado, se o blank inicial fosse uma lata fabricada com 
chapa fina, a trefilação seria considerada como conformação de chapas. 
 
1.9 – REVISÃO DE ESTRUTURA CRISTALINA 
1.9.1- CRISTALINIDADE. 
Uma molécula tem uma regularidade estrutural, porque as ligações covalentes 
determinam um número específico de vizinhos para cada átomo e a orientação no 
espaço dos mesmos. Portanto, uma repetição deve existir ao longo de um polímero 
linear. A maioria dos materiais de interesse para o engenheiro tem arranjos atômicos, 
que também são repetições, nas três dimensões, de uma unidade básica. Tais 
estruturas são denominadas cristais [75]. 
A repetição tridimensional nos cristais é devida à coordenação atômica no interior do 
material; adicionalmente, esta repetição, algumas vezes, controla a forma externa do 
cristal. A simetria hexagonal dos flocos de neve é, provavelmente, o exemplo mais 
familiar deste fato. As superfícies planas dos cristais de pedras preciosas e quartzo 
(SiO2) são todas manifestações externas dos arranjos cristalinos internos. Em todos os 
casos, o arranjo atômico interno persiste mesmo que as superfícies externas sejam 
alteradas. Por exemplo, a estrutura interna de um cristal de quartzo não é alterada, 
quando as suas superfícies são desgastadas para formar grãos de areia. 
Analogamente, há um arranjo hexagonal das moléculas de água, quer nos cubos de 
gelo, quer nos flocos de neve. 
 
 
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20
 
Fig. 1.1. Estrutura cristalina. A cristalização do sal comum na forma de cubos decorre da estrutura 
cristalina cúbica do NaCI. O MgO tem a mesma estrutura [75]. 
1.9.2 - SISTEMAS CRISTALINOS. 
Qualquer empacotamento atômico deverá se encaixar em um dos sete principais tipos 
de cristais. Estes estão intimamente associados com o modo pelo qual o espaço pode 
ser dividido em volumes iguais, pela interseção de superfícies planas. O mais simples e 
mais regular deles envolve três conjuntos. Mutuamente perpendiculares, de planos 
paralelos, igualmente espaçados entre si, de forma a dar uma série de cubos. 
Podemos, também, descrever esta divisão da maneira mostrada na Fig. 1.2, através de 
espaçamentos iguais em um sistema de eixos ortogonais. Outros métodos de divisão 
do espaço incluem as combinações mostradas na Tabela 1.4. 
 
Fig. 1.2. Células cúbicas. O espaço está dividido por três conjuntos de planos paralelos, igualmente 
espaçados. Os eixos de referência x, y e z são mutuamente perpendiculares. Cada ponto de interseção 
é equivalente [75]. 
 
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21
 
Esses sete sistemas incluem todas as possíveis geometrias de divisão do espaço por 
superfícies planas contínuas. A maior parte dos cristais é geralmente de sistema 
cúbico. Entre os exemplos, inclui-se a maior parte dos metais comuns (com exceção do 
magnésio e do zinco, que são hexagonais) e alguns dos mais simples compostos 
cerâmicos tais como MgO e TiC. 
Tabela 1.4. Geometria dos Sistemas Cristalinos [75]. 
 
1.9.3 - CRISTAIS CÚBICOS. 
Os átomos podem ser agrupados, dentro do sistema cúbico, em três diferentes tipos de 
repetição: cúbico simples (cs), cúbico de corpo centrado (ccc) e cúbico de faces 
centradas (cfc). Cada tipo será considerado separadamente, preocupando-se apenas 
com os metais puros que têm apenas uma espécie de átomo. Estruturas mais 
complexas, que contêm dois tipos de átomos, serão analisadas nos capítulos que se 
seguem: 
Cúbico simples. 
Esta estrutura, que está mostrada na Fig. 1.3, é hipotética para metais puros, mas nos 
fornece um excelente ponto de partida. Além das três dimensões axiais, a, serem 
iguais e os três eixos mutuamente perpendiculares, há posições equivalentes em cada 
célula. Por exemplo, o centro de uma célula tem vizinhanças idênticas ao centro da 
célula seguinte e ao de todas as células unitárias do cristal. Analogamente, os cantos 
direitos inferiores (ou qualquer outra posição específica) de todas as células unitárias 
são idênticos. Descrever uma célula unitária é descrever o cristal todo. 
 
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22
A estrutura, mostrada na Fig. 1.3, contém um átomo metálico por célula unitária. 
(Apenas um oitavo de cada um dos átomos mostrados, caidentro da célula). Esta é a 
razão pela quais os metais não se cristalizam na estrutura cúbica simples. 
Considerando-se os átomos. 
 
Fig. 1.3. Estrutura cúbica simples. Os vértices das células unitárias estão em posições equivalentes no 
cristal. a = a = a. Os eixos são perpendiculares entre si. 
 
Fig. 1.4. Estrutura cúbica de corpo centrado. (a) e (c) são representações esquemáticas, mostrando a 
localização dos centros dos átomos. (b) Modêlo de esferas rígidas (Bruce Rogers, 7he Nature of Meta/s. 
Cleveland: American Society for Metais, 1951) [75]. 
 
Estruturas cúbicas de corpo centrado. 
 
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23
O ferro tem estrutura cúbica. À temperatura ambiente, a célula unitária do ferro tem um 
átomo em cada vértice do cubo e um outro átomo no centro do cubo (Fig. 1.4a). Tal 
estrutura cúbica é conhecida como cúbica de corpo centrado. 
Cada átomo de ferro, em uma estrutura cúbica de corpo centrado (ccc), é cercado por 
oito átomos de ferro adjacentes, quer o átomo esteja localizado em um vértice, quer no 
centro da célula unitária. Portanto, todos os átomos de ferro são, geometricamente, 
equivalentes (Fig. 1.4c). Há dois átomos por célula unitária em uma estrutura ccc. Um 
átomo está no centro do cubo e oito oitavos estão nos oito vértices (Fig. 1.5). 
 
Fig. 1.5. Célula unitária cúbica de corpo centrado. Em um metal, a estrutura ccc tem dois átomos por 
célula e um fator de empacotamento atômico de 0,68. 
Estrutura cúbica de faces centradas. 
O arranjo atômico do cobre (Fig. 1.6) não é o mesmo que o do ferro, embora também 
seja cúbico. Além de um átomo em cada vértice da célula unitária, há um no centro de 
cada face e nenhum no centro do cubo. Tal reticulado é denominado cúbico de faces 
centradas. 
Estruturas cúbicas de faces centradas (cfc) são mais comuns entre os metais que as 
estruturas cúbicas de corpo centrado. Alumínio, cobre, chumbo, prata e níquel 
possuem esse arranjo atômico. 
 
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24
 
 
Fig. 1.6. Estrutura cúbica de faces centradas de um, metal. (a) e (c) são representações esquemáticas, 
mostrando a localização dos centros dos átomos. (b) Modêlo de esferas rígidas. (Bruce Rogers, The 
Nature of Meta/s. Cleve1and: American Society for Metais, 1951) [75]. 
 
1.9.4 - CRISTAIS HEXAGONAIS. 
As estruturas das figuras (1.7a e b) são duas representações de células unitárias 
hexagonais simples. Estas células não têm nenhuma posição interna que seja 
equivalente aos vértices. Embora o volume da célula da figura (1.7a) seja três vezes o 
da célula da figura (1.7b), há três vezes mais átomos (3 versus 1) na célula da figura 
(1.7a); portanto, o número de átomos por unidade de volume é o mesmo. 
Os metais não cristalizam no hexagonal simples, em virtude do fator de 
empacotamento ser muito baixo. 
 
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25
 
Fig. 1.7. Células unitárias hexagonais simples. (a) Representação hexagonal. (b) Representação 
rômbica. Ambas são equivalentes com a * c, um ângulo basal de 120° e ângulos verticais de 90° [75]. 
 
Estrutura hexagonal de empacotamento fechado ou compacta. 
A estrutura hexagonal, Especificamente formada pelo magnésio, está mostrada na Fig. 
1.8. Essa estrutura, que é mais densa que a representada na Fig. 1.7, é denominada 
de hexagonal de empacotamento fechado ou hexagonal compacta (hc). É 
caracterizada pelo fato de que cada átomo de uma dada camada está diretamente 
abaixo ou acima dos interstícios formados entre três átomos das camadas adjacentes. 
Portanto, cada átomo tangencia três átomos na camada acima do seu plano, seis 
átomos no seu próprio plano e três átomos na camada abaixo do seu plano [75]. 
 
Fig. 1.8. Estrutura hexagonal compacta. (a) Vista esquemática, mostrando a localização dos centros dos 
átomos. (b) Modêlo de esferas rígidas [75]. 
 
 
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26
1.9.5 - OUTROS RETÍCULOS CRISTALINOS. 
Não daremos maiores atenções aos outros sistemas cristalinos (Tabela 1.4) e aos 
grupos espaciais (Fig. 1.9) das outras estruturas cristalinas, porque os princípios são os 
mesmos que os citados anteriormente. 
 
Fig. 1.9. Grupos espaciais. Estes 14 reticulados de Bravais se repetem nas três dimensões. Cada ponto 
indicado tem idênticas vizinhanças. Compare com a Tabela 1.4 [75]. 
 
1.9.6 - DIREÇÕES NO CRISTAL. 
Quando, em seguida, correlacionarmos várias propriedades e estruturas cristalinas, 
será necessário identificar direções específicas no cristal. Isto pode ser conseguido, 
com relativa facilidade, se usarmos a célula unitária como base. Por exemplo, a Fig. 
1.10 mostra três direções em um reticulado ortorrômbico simples. A direção [111] é 
aquela de uma reta que passa pela origem e por um ponto cuja coordenada em cada 
eixo é o correspondente parâmetro da célula. Analogamente, as direções [101] e [100] 
são retas passando pela origem e pelo ponto 1, 0, 1 e 1,0, 0, respectivamente. 
 
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27
 
Fig.1.10. Direções no cristal. Usualmente, utilizam-se colchetes [h k I] para indicar as direções no cristal. 
Os parênteses (h k l) indicam planos cristalinos [75]. 
1.9.7- PLANOS CRISTALINOS. 
Um cristal contém planos de átomos e esses planos influenciam as propriedades e o 
comportamento do cristal. É, portanto, vantajoso identificar os vários planos atômicos 
que existem em um cristal. 
Os planos cristalinos mais facilmente visualizados são os que limitam a célula unitária; 
entretanto, existem muitos outros planos. Os planos mais importantes, nos cristais 
cúbicos estão mostrados nas Figs. 1.11, 1.12, e 1.13. 
Os planos nas Figs.1.11 a 1.13 são designados (010), (110) e (
−
111), respectivamente. 
Estes símbolos (hkl) são denominados índices de Miller [75]. 
 
Fig. 1.11. Planos (010) em estruturas cúbicas. (a) Cúbica simples. (b) ccc. (c) cfc. [Observe que os 
planos (020) incluídos para as estruturas ccc e cfc, são idênticos aos planos (010)]. 
 
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28
 
Fig. 1.12. Planos (110) em estruturas cúbicas. (a) Cúbica simples. (b) ccc. (c) cfc. [Os planos (220) 
incluídos para a estrutura cfc, são equivalentes aos planos (110)]. 
 
 
Fig. 1.13. Planos (111) em estruturas cúbicas. (a) Cúbica simples. (b) ccc. (c) cfc. Interseções negativas 
são indicadas com barras sobre o índice. [Os planos (222) incluídos para a estrutura ccc, são 
equivalentes aos planos (
−
1 11)]. 
Em resumo, os planos (010) são paralelos aos eixos cristalográficos x e z. Os planos 
(110) são paralelos ao eixo z, mas cortam os eixos x e y em distâncias, contadas a 
partir da origem, iguais aos parâmetros correspondentes. 
Os planos (-111) cortam os três eixos cristalográficos. 
Os números usados acima são os inversos das distâncias das interseções do plano 
com os eixos à origem, medidas usando-se como unidade o parâmetro correspondente 
ao eixo. O plano (010) corta o eixo y em 1 e os eixos x e z e no infinito. 
 
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29
( )0101,
1
1,1 =∞∞ 
Para o plano (110): ( )1101,
1
1,
1
1 =∞ 
Para o plano (
−
111): ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=− −101
1
1,
1
1,
1
1 
Como a origem é escolhida arbitrariamente, isto é, poderia ser tantoo ponto O' como o 
ponto O da Fig. 1.11a, o plano com índices (010) é igualmente arbitrário. Assim sendo, 
(010) é um símbolo para todos os planos atômicos que são paralelos ao plano que 
satisfaz a definição dada no parágrafo anterior. Esta generalização dos índices é 
completamente lógica, ainda mais que todos estes planos paralelos são 
geometricamente semelhantes. Os índices de Miller podem também ser negativos, e o 
sinal negativo é colocado sôbre o dígito correspondente, por exemplo, (
−
11
−
1 ). 
 
1.9.8- IMPERFEIÇOES CRISTALINAS 
1.9.8.1 - INTRODUÇÃO. 
Imperfeições do reticulado são encontradas na maior parte dos cristais. Nos casos em 
que estão envolvidos individualmente átomos deslocados, átomos extras ou falta de 
átomos, temos os defeitos pontuais. Os defeitos de linha envolvem a aresta de um 
plano extra de átomos. Finalmente, temos as imperfeições de fronteira, quer entre 
cristais adjacentes, quer nas superfícies externas do cristal. 
Tais imperfeições influenciam muitas das características dos materiais, tais como 
resistência mecânica, propriedades elétricas, propriedades químicas e serão discutidas 
nos capítulos subseqüentes. 
 
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30
 
Fig. 1.14. Defeitos pontuais. (a) Vazios. (b) Vazio duplo (faltam dois átomos). (c) Defeitos de Schottky 
(vazios de um par de íons). (d) Defeitos intersticiais (e) Defeito de Frenkel(deslocamento de um íon) [75]. 
 
1.9.8.2 - DEFEITOS PONTUAIS. 
Vazios. 
O mais simples defeito pontual é um vazio, o qual simplesmente envolve a falta de um 
átomo (Fig.1.14) dentro de um metal. Tais defeitos podem resultar de um 
empacotamento imperfeito durante a cristalização original ou podem se originar das 
vibrações térmicas dos átomos em temperatura elevada, pois, conforme a energia 
térmica se eleva, aumenta também a probabilidade dos átomos individuais se 
afastarem de suas posições de menor energia. Os vazios podem ser simples como 
aquele mostrado na Fig.1.14a ou dois ou mais deles podem se condensar para formar 
um vazio duplo (Fig.1.14b) ou triplo. 
Defeitos de Schottky 
Estão intimamente relacionados com vazios, mas são encontrados em compostos que 
devem manter um balanço de carga (Fig. 1.14c). Envolvem vazios de par de íons de 
cargas opostas. Tanto os vazios como os defeitos de Schottky facilitam a difusão 
atômica. 
 
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31
Defeitos intersticiais. 
Um átomo extra pode se alojar em uma estrutura cristalina.Tal imperfeição produz uma 
distorção no reticulado (Fig.1.14d), salvo se o átomo intersticial for menor que os 
átomos restantes do cristal. 
Defeitos de Frenkel 
 Quando um íon é deslocado de sua posição no reticulado para um interstício 
(Fig.1.14e), temos o defeito de Frenkel. 
 
1.9.8.3 - DEFEITOS DE LINHA (DISCORDÂNCIAS) 
Discordância em cunha 
O tipo mais comum de defeito de linha, no interior de um cristal, é uma discordância. 
Uma discordância em cunha está mostrada na Fig. 1.15. Pode ser descrita como a 
aresta de um plano atômico extra na estrutura cristalina. Zonas de compressão e de 
tração acompanham uma discordância em cunha, de forma que há um aumento de 
energia ao longo da discordância. A distância de deslocamento dos átomos ao redor da 
discordância é denominada vetor de Burgers. Esse vetor é perpendicular à linha da 
discordância em cunha. 
 
Fig. 1.15. Discordância em cunha. Um defeito em linha ocorre na aresta de um plano atômico extra. 
(Guy, A. G., Elements of Physical Metallurgy, Reading Mass.: Addinson Wesley, 1959, pag. 110) [75]. 
Discordância helicoidal 
Uma discordância helicoidal tem seu deslocamento, ou vetor de Burgers, paralelo ao 
defeito de linha (Fig. 1.16). Tensões de cisalhamento estão associadas aos átomos 
 
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adjacentes; assim sendo, analogamente às discordâncias em cunha, também nesse 
caso, temos um aumento de energia. 
Ambos os tipos de discordâncias estão intimamente associados à cristalização. As 
discordâncias em cunha, por exemplo, são originadas quando há uma pequena 
diferença na orientação de partes adjacentes do cristal em crescimento, de forma que 
um plano atômico extra é introduzido ou eliminado. 
Como está mostrado na Fig. 1.16, uma discordância helicoidal permite um fácil 
crescimento do cristal, uma vez que os átomos e células unitárias adicionais podem ser 
adicionados ao "passo" da hélice. Assim sendo, o termo helicoidal é muito adequado, já 
que, conforme o crescimento se processa, uma hélice se "enrola" em torno do eixo. 
Da mesma forma que na cristalização, as discordâncias estão associadas também com 
deformação. Vemos isso na Fig. 1.17, onde uma tensão de cisalhamento origina tanto 
uma discordância em cunha como uma helicoidal. Ambas levam ao mesmo 
deslocamento final e estão relacionadas através da discordância mista que se forma. 
 
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33
 
 
 
Fig. 1.17 - Formação de discordância por cisalhamento. (a) Discordância em cunha. (b) Discordância 
helicoidal. (c) Discordância mista [75]. 
1.9.8.4 - Contornos de Grão. 
Fig. 1.16. Discordância helicoidal. O vetor 
de deslocamento (vetor de Burgers) é 
paralelo ao defeito de linha [75] 
 
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Embora um material, como o cobre de um condutor elétrico, contenha apenas uma 
fase, ele contém muitos cristais de várias orientações. Esses cristais individuais são 
denominados grãos. A forma do grão em um sólido é usualmente controlada pela 
presença dos grãos circunvizinhos. No interior de cada grão, todos os átomos estão 
arranjados segundo um único modelo e uma única orientação, caracterizada pela 
cédula unitária. Entretanto, no contorno do grão entre dois grãos adjacentes há uma 
zona de transição, a qual não está alinhada com nenhum dos grãos (Fig. 1.18). 
Quando um metal é observado ao microscópio, embora não possamos ver os átomos 
individuais ilustrados na Fig. 1.18, podemos facilmente localizar os contornos dos 
grãos, se o metal foi atacado. Primeiramente, o metal é cuidadosamente polido, de 
forma a se obter uma superfície plana e espelhada e, então, quimicamente atacado por 
um curto período de tempo. 
 
Fig. 1.18 - Contornos de grão. Observe a área de desordem na transição de um grão para outro. (Clyde 
Mason, Introductory Physical Metal/urgy. Cleveland: American Society for MetaIs, 1947) [75]. 
 
 
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35
 
Fig. 1.19 - Contornos de grão. (a) Molibdênio (250 x) (O. K. Riegger). (b) Periclásio, MgO, de alta 
densidade (250 x) (Gardner, R. E. e G. W. Robinson, Jr., "Improved Method for Polishing Ultra-High 
Density MgO" J. Am. Ceram. Soe. 45, 46 (1962) [75]. 
Os átomos, na área de transição entre um grão e o seguinte, se dissolverão mais 
facilmente que os outros átomos e deixarão uma linha que pode ser vista com o 
microscópio (Fig. 1.19); o contorno de grão atacado não atua como um espelho perfeito 
como acontece com o restante do grão. 
Podemos considerar o contorno de grão como sendo bidimensional embora, na 
verdade, tenha uma espessura finita de 2 a 10 ou mais distâncias atômicas. A 
diferença na orientação dos grãos adjacentes produz um empacotamento dos átomos 
menos eficientes ao longo do contorno. Dessa forma, os átomos ao longo do contornotêm uma energia mais elevada que aqueles do interior dos grãos. Isto justifica o ataque 
mais rápido dos contornos, descrito acima. 
A maior energia dos átomos do contorno é também importante na nucleação da nova 
fase e o menor empacotamento atômico favorece a difusão atômica. 
Há ainda um segundo tipo de contorno, o qual é suficientemente distinto daqueles 
mostrados na Fig. 1.19, para merecer uma discussão separada. É o denominado 
contorno de pequeno ângulo e é, na realidade, uma série de discordâncias alinhadas 
(Fig. 1.20). A energia associada a este tipo de contorno é relativamente pequena; 
 
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36
entretanto, ele tem importância, porque tende a ancorar os movimentos das 
discordâncias que normalmente contribuem para a deformação plástica. 
 
Fig. 1.20 - Contorno de pequeno angulo(a) cristal de germânio atacado para mostrar as extremidades 
das discordâncias em cunha(100x). (b) Representação esquemática, mostrando apenas as células 
unitárias. O angulo θ foi exagerado. (Cortesia de F. L. Vogel Jr.) [75]. 
 
1.9.9 - DEFORMAÇÃO PLÁSTICA 
Quando são submetidos à ação de forças exteriores, os metais sofrem deformações, 
que podem ser elásticas ou plásticas de acordo com a magnitude das forças aplicadas. 
Os mecanismos mediante os quais se deformam os metais são basicamente os 
seguintes: 
1. Deformação por deslizamento 
2. Deformação por maclação 
3. Bandas de deformação e bandas de dobramento. 
 
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37
Dos três mecanismos, o mais importante é o deslizamento, sendo muito pouco 
freqüente as bandas de deformação e de dobramento, motivo pelo qual não serão 
analisadas. A maclação, por sua parte, se bem que produz pouca deformação em si, 
permite o prosseguimento do deslizamento, com se verá na análise a seguir. 
 
1.9.9.1 - DEFORMAÇÃO POR DESLIZAMENTO 
A deformação plástica ocorre normalmente nos metais através do deslizamento de 
blocos do cristal, uns sobre os outros, ao longo dos planos cristalográficos bem 
definidos que são chamados planos de deslizamento. Numa aproximação grosseira, 
o deslizamento, ou escorregamento, de um cristal pode ser considerado análogo à 
distorção produzida quando se espalha um baralho sobre a mesa, empurrando uma de 
suas extremidades. A figura (1.21) ilustra esta visualização clássica do deslizamento. 
 
Figura 1.21 - (a) orientação dos cristais antes da aplicação da deformação; (b) orientação após a 
aplicação da deformação sem qualquer restrição para o deslizamento; (c) orientação após a aplicação 
da deformação com a presença de restrições para o deslizamento (garras do equipamento de ensaio de 
tração) 
 
1.9.9.2 – TENSÃO CRÍTICA DE CISALHAMENTO 
Existe uma tensão crítica a partir da qual um metal começa a se deformar 
 
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38
plasticamente a uma velocidade apreciável. Abaixo desta tensão o material se encontra 
na zona elástica e somente pode-se deformar a velocidade de deformação muito baixa 
e com grandes tempos. 
O deslizamento é produzido por tensões tangenciais atuando nos planos de 
deslizamento. Tem-se provado experimentalmente que é necessário que a tensão de 
corte no plano e na direção de deslizamento alcance um certo valor crítico, para que o 
cristal comece a deformar-se plasticamente. A tensão mínima sob a qual se produz 
deformação plástica no sistema de deslizamento dado, se denomina tensão crítica de 
cisalhamento. 
A determinação da tensão crítica de cisalhamento para um sistema de deslizamento, 
efetua-se em função da força externa aplicada sobre o cristal e da orientação do 
sistema de deslizamento em relação a aquele de aplicação da força externa. 
Para simplicidade de análise considera-se o que ocorre num monocristal cilíndrico 
sujeito a um esforço de tração segundo seu eixo (figura 1.22). 
1. Na superfície transversal (S) do cilindro atua a força de tração (P) na direção do eixo 
do cilindro (E). 
2. O plano de escorregamento de superfície (S') está inclinado de um determinado 
ângulo (θ); este ângulo corresponde à inclinação da normal do plano de 
escorregamento (B) em relação ao eixo do cilindro (E). 
3. A relação entre as superfícies (S) e (S') fica então estabelecida: 
S' = S/cos(θ) 
4. A força de tração (P) pode ser decomposta em uma força normal (Pn) ao plano de 
escorregamento na direção da normal (B) e uma força tangencial (Pt) na direção da 
reta (C), que é a linha de maior inclinação no plano de escorregamento. 
 
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39
 
Figura 1.22 - Análise de esforços em um monocristal cilíndrico. 
5. As expressões da força (P) decomposta ficam: 
Pn = Pcos(θ) Pt = Psen(θ) 
6. A força decomposta (Pt) é a força de cisalhamento que atua no plano de 
escorregamento; a tensão de cisalhamento é calculada pela relação: 
)cos().sen('
' θθτ
S
P
S
Pt == 
e como SP=σ é a tensão de tração, tem-se: 
 )cos().sen(' θθστ = 
7. Contudo, apenas eventualmente a direção cristalográfica de escorregamento (D) 
coincide com a direção de linha de maior inclinação (C); em geral elas formam um 
ângulo (β), no plano de escorregamento. 
8. Assim, para calcular a tensão de cisalhamento atuante no plano de escorregamento 
e na direção de escorregamento é necessário nova decomposição de força nessa 
 
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40
direção (D). 
)cos(' βττ = ou 
)cos().cos().sen(. θβθστ = 
Analisando então a expressão que permite calcular a tensão crítica de cisalhamento, 
decomposta e atuante no plano e direção de escorregamento, pode-se notar que: 
a. O valor máximo da tensão de cisalhamento em função do ângulo e de inclinação do 
plano de escorregamento em relação ao eixo de tração ocorre quando θ = 45O. 
b. Para ângulos e maiores e menores do que 45O as tensões são menores, e no caso 
do ângulo aproximar-se de 90O a tendência da força de tração é provocar mais a 
separação dos átomos entre si do que o deslizamento do átomo, uns em relação aos 
outros. 
O critério de escorregamento estabelecido por essa expressão, que se constitui numa 
lei de definição do fenômeno, sofre alterações para alguns metais com o surgimento de 
escorregamentos transversais de escorregamento principais e retomo posterior às 
direções originais ou escorregamentos conjugados. 
 
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2 - FORJAMENTO 
O forjamento é, com absoluta certeza, o mais antigo dos processos detransformação 
mecânica de metais, com registros datando de cerca de 7.000 anosatrás. Há 
evidências de que o forjamento foi usado no Egito antigo, Grécia, Pérsia,Índia, China e 
Japão para a fabricação de armas, jóias e uma variedade deutensílios. Naquela época, 
os artesãos que dominavam as técnicas do forjamentoeram tratados com muito 
respeito e consideração. Por volta de 1600 A.C., na ilha de Creta antiga, placas de 
pedra gravadas eram usadas como matrizes paragravação em ouro e prata. Isto 
evoluiu para a fabricação de moedas, medianteum processo semelhante, cujos 
registros datam de cerca de 800 A.C. Matrizes mais complexas foram usadas em 
Roma, por volta de 200 A.C. A evolução do forjamento permaneceu estagnada durante 
muitos séculos, até o surgimento domartelamento com guia, no final do século VIII D.C. 
Este desenvolvimento permitiu o ingresso definitivodo forjamento na indústria, como 
processo de fabricação. 
Atualmente, o forjamento é um importante processo industrial, largamente utilizado na 
fabricação de componentes de elevada resistência para aindústria automotiva, 
aeroespacial e outras aplicações. Tais componentes incluem eixos de manivela para 
motores (virabrequins), bielas, engrenagens, componentesestruturais para aeronaves e 
peças para turbinas de motores a jato. Além disso,lingotes de aço e outras ligas 
metálicas são submetidos a operações primárias de forjamento, produzindo formas 
básicas que são subseqüentemente usinadas. 
 
2.1 - DEFINIÇÃO 
Forjamento é um processo de conformação no qual modificam-se a geometria, as 
dimensões e as propriedades mecânicas de um corpo metálico pela ação de tensões 
compressivas diretas. 
A ação das matrizes se dá mediante a aplicação de golpes rápidos e repetidos 
(martelos de queda livre ou acionados) ou pela aplicação lenta de intenso esforço 
compressivo (prensas hidráulicas, excêntricas e de parafuso). 
 
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2.2- CLASSIFICAÇÃO 
2.2.1- . TEMPERATURA DE TRABALHO 
a) FORJAMENTO A QUENTE 
• mais comum 
• formas simples (matriz aberta) 
• formas complexas (matrizes fechadas) 
• recuperação e recristalização 
• oxidação e contração térmica: sobremetais 
 
b) FORJAMENTO A FRIO 
• para peças de geometrias mais simples 
• encruamento 
• tolerâncias mais estreitas 
 
 
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43
 
Figura 2.1 –Forjamento a quente de peças simples 
 
Figura 2.2 –Forjamento a quente de peças complexas (matriz fechada) 
 
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2.3 - GRAU DE RESTRIÇÃO AO FLUXO DE METAL 
2.3.1 - FORJAMENTO LIVRE (MATRIZ ABERTA) 
• formas simples e regulares (anéis, eixos, etc.) 
• peças de grandes dimensões 
• baixa produtividade 
• normalmente realizado com martelos, embora operações de desbaste de lingotes 
devam ser feitas em prensas hidráulicas 
 
Figura 2.3 –Forjamento livre em matriz aberta 
 
2.3.2 - FORJAMENTO EM MATRIZES FECHADAS 
• para peças de geometrias complexas 
• alta produtividade 
• maior homogeneidade estrutural 
• melhor qualidade dimensional 
• normalmente realizado em prensas mecânicas, embora algumas peças, mais simples, 
possam ser forjadas em martelos. 
VARIAÇÃO: Forjamento em Matriz Fechada sem Rebarba 
• controle rigoroso do volume de metal a ser forjado 
 
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45
 
 
Figura 2.4 –Forjamento em matriz fechada 
 
2.3.3 - FORJAMENTO A QUENTE EM MATRIZ ABERTA 
As matrizes de forjamento livre são, na maioria das aplicações, planas ou com ligeiros 
contornos superficiais que auxiliam a amoldar a peça. Além disso, a peça deve ser 
manipulada freqüentemente (girando-a periodicamente e/ou movendo-a para frente e 
para trás) para se atingir a mudança de forma desejada. A habilidade do operador é um 
fator importante para o êxito nestas operações. 
Um exemplo de forjamento em matriz aberta é a transformação de grandes lingotes 
fundidos de aço com seção quadrada ou hexagonal em barras de seção transversal 
circular. Operações de forjamento em matriz aberta produzem formas grosseiras e são 
necessárias operações subseqüentes de beneficia-mento das peças para obtenção da 
geometria e dimensões finais. Uma importante contribuição do forjamento livre a 
quente é a obtenção de uma estrutura metalúrgica favorável no metal, devida não só 
aos fenômenos de recuperação e recristalização, mas, também à diminuição da 
porosidade interna nas peças forjadas. 
 
 
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OPERAÇÕES TÍPICAS: 
• desbaste utilizando matrizes com superfícies convexas, côncavas e planas, este 
último caso conhecido como estiramento. 
• corte e fendilhamento, como operação intermediária. 
• recalque de cilindros, para a produção de discos e rodas 
• forjamento de anéis, empregando combinações de matrizes 
 
 
Figura 2.5 –Forjamento livre em matriz aberta 
 
 
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ANÁLISE DO FORJAMENTO EM MATRIZ ABERTA 
DEFORMAÇÃO DO METAL NO ESTIRAMENTO POR FORJAMENTO 
Figura 2.6 – Análise da deformação no estiramento por forjamento 
 
2.3.4 - FORJAMENTO A QUENTE EM MATRIZES FECHADAS 
Processos básicos: recalque, espalhamento e ascensão 
 
Seqüência de processamento 
• corte, aquecimento 
• limpeza, etapas de forjamento 
• rebarbação 
• tratamento térmico 
• acabamento superficial 
 
 
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• Etapas de forjamento: esboçadora, formadora, calibradora 
Comparação do forjamento a quente convencional com o de precisão 
• controle da temperatura do aquecimento 
• controle do corte e das dimensões do tarugo 
• precisão dimensional e geométrica de matrizes e insertos 
Figura 2.7 –Seqüência de forjamento de um processo básico 
 
Rebarbação: 
A rebarba é a região do forjado que sofre deformação mais intensa 
A formação de rebarba visa: 
• garantir preenchimento correto das matrizes 
 
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49
• escoar excesso de material do tarugo 
• acomodar defeitos de forjamento 
 
Figura 2.8–Oeração de rebarbação 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.9 – Etapas do forjamento 
 
 
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50
 
Figura 2.10 – Etapas do forjamento de um virabrequim 
 
 
Figura 2.11 – Esquema e foto de um forjamento de cilindros 
 
2.3.5 - FORJAMENTO A FRIO 
Processos básicos: recalque e extrusão 
 
 
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Seqüência de processamento 
• corte 
• lubrificação 
• etapas de forjamento 
• recozimentos intermediários 
 
FORJAMENTO DE PRECISÃO 
• a quente, a frio, morno ou isotérmico 
• menores sobremetais, sem rebarbas, sem ângulos de extração e raios de 
arredondamento menores 
 
 
Figura 2.12 – Peças forjadas a frio 
2.3.6 - EQUIPAMENTOS PARA FORJAMENTO 
Podem ser classificados com respeito ao princípio de operação em: 
 
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„ Martelos 
„ Prensas de forjamento 
„ recalcadoras 
Essas máquinas são energeticamente limitadas. 
 
TIPOS DE MARTELOS DE FORJAMENTO: 
„ Martelos de queda livre 
„ Martelo de dupla ação 
„ Martelo de contra golpe 
Normalmente uma peça é forjada com várias pancadas repetidas 60 a 150 pancadas 
por minuto 
 
MARTELO EM QUEDA LIVRE 
Este equipamento consiste de uma base que suporta colunas, nas quais são inseridas 
as guias do suporte da ferramenta, e um sistema para a elevação da massa cadente 
até a altura desejada. 
 
SISTEMAS DE ELEVAÇÃO: 
„ Pressão exercida por ar comprimido; 
„ Cintas de couro; 
„ Correntes metálicas; 
„ Tábua de madeira especial; 
 
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„ Cilíndrico hidráulico. 
MARTELO DE DUPLA AÇÃO 
Neste equipamento, a massacadente é conectada a um pistão contido em cilindro no 
topo do martelo. 
 
Figura 2.13 – Martelo de queda livre Figura 2.14 – Martelo de dupla ação 
 
MARTELO DE CONTRAGOLPE 
Vantagens em relação aos outros tipos de martelos: 
„ maior rendimento; 
maior velocidade de acionamento. 
 
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Figura 2.15 – Martelo de contra golpe 
 
Desvantagens: 
„ Maior desalinhamento entre as partes superior ou inferior da matriz; 
„ Necessidade da força de forjamento estar localizada no meio da matriz para evitar 
grandes atritos entre massas e as guias; 
„ Impossibilidade de manipulação da peça durante o movimento; 
„ Maiores despesas de manutenção. 
„ Capacidade – 500 – 15.000 kgm 
 
TIPOS DE PRENSAS USADAS EM FORJAMENTO: 
„ Prensas hidráulicas 
„ Prensas mecânicas (excêntricas e de fricção) 
„ prensas recalcadoras. 
 
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Tipos de prensas para forjamento: 
„ Prensas hidráulicas verticais – com cilíndrico na sua parte superior. 
 Este equipamento é de força restrita. 
„ Prensas mecânicas excêntricas. Conhecida como de curso limitado. 
„ Prensas de fricção – possuem dois pratos de fricção unidos axialmente a uma árvore. 
O sentido de rotação da árvore pode ser invertido de modo que a rosca sem-fim possa 
subir e descer. 
 
Figura 2.16 – Máquinas forjadoras do tipo prensas horizontais (recalcadoras) 
 
 
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3 - EXTRUSÃO 
A extrusão, como um processo industrial, foi criada por volta de 1800, na Inglaterra, 
durante a Revolução Industrial, quando aquele país era o principal inovador tecnológico 
do mundo. A invenção, pioneira, era uma prensa hidráulica para extrusão de tubos de 
chumbo. 
Uma importante revolução no processo ocorreu na Alemanha, por volta de 1890, 
quando a primeira prensa de extrusão horizontal foi construída para extrudar metais 
com ponto de fusão mais alto do que o do chumbo. A característica que possibilitou 
essa inovação foi o uso de um disco na ponta do êmbolo de extrusão (dummy block, ou 
falso pistão), que o separava do tarugo, resguardando-o do calor excessivo. 
Comumente, entre esse falso pistão e o metal a ser extrudado, se interpõe um pedaço 
de material suplementar (geralmente grafite) para forçar a passagem de todo o material 
através da matriz e evitar resíduo de metal não extrudado. 
 
 
Figura 3.1 –Extrusão a quente de peças simples 
A extrusão é, então, um processo de compressão indireta, que pode ser realizado 
a quente ou a frio, no qual um metal é forçado a fluir através de uma matriz aberta, 
de modo a produzir barras, tubos ou os mais variados perfis, ou seja, produtos 
com seção transversal idêntica em todo o seu comprimento. 
 
 
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3.1 - GENERALIDADES 
Embora existam várias maneiras de realizar o processo, ele pode ser comparado 
ao efeito de se apertar um tubo de creme dental. O esforço de compressão é 
exercido por meio de um êmbolo que empurra o metal contra uma matriz que 
possui um orifício com a forma do perfil que se deseja fabricar. A tensão aplicada, 
portanto, tem que superar em muito a tensão de escoamento do metal, para 
permitir um fluxo regular e contínuo de produto através da matriz. O comprimento 
do produto extrudado é limitado, no entanto, pela diferença entre os volumes do 
tarugo e do refugo que sobra no container. Geralmente são extrudadas ligas não-
ferrosas (Al, Mg, Cu), por causa das baixas resistências ao escoamento e das 
baixas temperaturas de extrusão, embora também possam ser extrudados alguns 
aços comuns e inoxidáveis. Deve-se ter cuidado com estes materiais de maior 
resistência e pontos de fusão mais elevados, porque eles podem se soldar à 
parede do container, inconveniente que somente pode ser evitado com a 
prevenção do contato direto metal-metal. Novos tipos de lubrificantes, ativos em 
temperaturas e pressões elevadas, têm permitido extrudar tais materiais. 
 
3.2 - CLASSIFICAÇÃO 
3.2.1 – QUANTO A TEMPERATURA DE TRABALHO 
A) EXTRUSÃO A QUENTE 
• grandes reduções de seção numa só etapa 
• engloba a maioria dos processos para obter produtos longos semi-acabados (barras) 
e acabados (perfis e tubos) 
B) EXTRUSÃO A FRIO 
• pequenas reduções de seção em vários estágios 
• obtenção de peças de precisão 
 
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58
 
 
A B 
Figura 3.2 –Perfis do alumínio (A) e cobre e suas ligas (B) obtidos por Extrusão a quente 
 
 
Figura 3.3 – Perfis do cobre e suas ligas (B) obtidas por Extrusão a quente 
 
 
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Figura 3.4 – Exemplos de peças obtidas por extrusão a frio 
 
3.2.2 – QUANTO AS DIMENSÕES DO PRODUTO 
A) PROCESSO SEMI-CONTÍNUO 
• produtos longos, cujo comprimento é limitado pelo volume do tarugo que cabe no 
container. 
• em quase todos os casos, o longo perfil extrudado é cortado 
em pequenos comprimentos 
 
B) PROCESSO DISCRETO 
• uma peça simples é produzida em cada ciclo de extrusão (a extrusão por impacto é 
um exemplo de processo discreto) 
 
 
 
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Figura 3.5 – Extrusão de processos semi-contínuos (produtos longo) 
 
 
Figura 3.6 – Fotos de extrusão de processos semi-contínuos (produtos longo) 
 
3.2.3 – QUANTO AO SENTIDO DE DESLOCAMENTO DO PISTÃO 
A) EXTRUSÃO DIRETA 
Um tarugo é colocado no interior de um recipiente de extrusão e um pistão 
comprime esse material, forçando-o a fluir através de uma ou mais aberturas em 
uma matriz situada na extremidade oposta do recipiente. 
Um problema na extrusão direta é o significativo atrito existente entre a superfície 
do tarugo e as paredes do recipiente quando o material é forçado a deslizar em 
direção à abertura da matriz. Na extrusão direta, esse atrito causa um substancial 
aumento na força de extrusão. Na extrusão a quente, o problema do atrito é 
 
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agravado pela presença de uma camada de óxidos na superfície do tarugo, a qual 
pode, também, causar defeitos no produto extrudado. 
 
Figura 3.7 – Extrusão direta 
 
B) EXTRUSÃO INVERSA 
Caso 1: A matriz, ao invés de ser fixada na extremidade do recipiente, é montada 
num pistão oco (ou constituído por hastes). Quando o pistão avança no interior do 
recipiente, o metal é forçado a fluir através do orifício da matriz, em sentido oposto 
ao movimento do pistão. Não há atrito entre o tarugo e a parede interna do 
recipiente e, então, a força de extrusão é menor que na extrusão direta. 
Caso 2: Usada também na produção de seções tubulares, a extrusão inversa, 
neste caso, emprega um pistão com diâmetro menor que o do recipiente, de modo 
que o metal flui ao redor da matriz, gerando um produto em forma de copo. 
 
Figura 3.8 – Extrusão Inversa (caso 1) 
 
 
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Figura 3.9 – Extrusão Inversa (caso 2) 
 
3.2.4 - OUTROS PROCESSOS DE EXTRUSÃO 
A) EXTRUSÃO POR IMPACTO 
Realizado em alta velocidade e em passes curtos, este