RESUMO ÁREA 2 PROCESSOS DISCRETOS DA PRODUÇÃO

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RESUMO ÁREA 2 PROCESSOS DISCRETOS DA PRODUÇÃO
METALURGIA DO PÓ E TÉCNICAS CORRELACIONADAS
-Transformar pós de metais ou ligas metálicas e às vezes substâncias não metálicas em peças resistentes, sem recorrer à fusão, utilizando apenas pressão e calor.
Processo: 
Obtenção dos pós: atomização, redução de óxidos, decomposição química, precipitação a partir de soluções, eletrólise, britagem/moagem
Mistura dos pós: pós de naturezas diferentes + lubrificante/ligante assegurando uniformidade; moinho de bolas, misturador de pás ou rolos
Compactação: -Compressão da mistura utilizando matrizes e prensas, o material fica suficientemente resistente para manuseio sem trincas ou fraturas, porém insuficiente para as aplicações de engenharia (resistência à verde)
 -Enchimento da cavidade com pó por meio de dispositivo–> abaixamento do punção superior até entrar em contato com o pó–>aplicação da pressão uniaxial* (a frio ou a quente) –>retirada da peça através da elevação das punções
-Aumento da densidade e da resistência mecânica ao longo do processo
*Atrito com paredes do molde o que causa redução de pressão no centro da peça podendo gerar regiões com densidades diferentes dentro dela. O uso de lubrificante é adicionado para reduzir o atrito. Para garantir a uniformidade da densidade: comprimento/diâmetro 3
Sinterização: -Aquecimento em condições controladas (atmosfera e tempo de tratamento) de modo a produzir ligações permanentes entre as partículas por difusão atômica. 
-Durante o aquecimento formam-se “pescoços” entre as partículas nos pontos de contato que aumentam progressivamente conferindo resistência mecânica à peça. Os eventuais vazios tornam-se poros residuais. Fornos contínuos com esteiras
		-No estado sólido: temperatura de sinterização inferior ao ponto de fusão dos metais presentes. Ligação acontece por difusão atômica
		-Em presença de fase líquida: ligas metálicas com ampla faixa de solidificação. Temperatura de sinterização pode ser superior à temperatura de fusão de um dos componentes gerando pequena quantidade de líquidos que facilitam o processo de difusão.
		-Maior a temperatura menor o tempo para que atinja o mesmo nível de densidade
Prensagem Isostática
A frio: -molde flexível (elastômero) preenchido com os pós, colocado em uma câmara e submetido à pressão 
	- densidade mais uniforme e custo menor com ferramentas/matrizes
A quente: -molde rígido que após o preenchimento com os pós é colocado em uma câmara e submetido a alta pressão e temperatura (sinterização junto com a compactação)
	-melhores propriedades mecânicas e maiores densidades da peça
Moldagem de pós por injeção: Moldar peças com geometria desejada para sinterizar as peças moldadas. Ligante é removido em forno convencional, volatizando-o ou através de processo físico, utilizando um solvente.
Laminação de pós: Pós passam entre rolos e são laminados de forma contínua ou semicontínua. Chapa laminada possui resistência à verde e deve passar por fornos de sinterização. 
1. No que consiste o processo de fabricação por metalurgia do pó?
2. Quais são as etapas para a obtenção de produtos através de metalurgia do pó? Descreva‐as. 3. Em metalurgia do pó, quais são os parâmetros de processo importantes, dos quais as propriedades mecânicas finais do produto dependem, durante as etapas de: i) compactação dos pós; ii) sinterização? 
4. Quais são as características gerais e também as diferenças entre os processos de prensagem isostática: i) a quente; ii) a frio? 
5. Como ocorre o processo de moldagem de pós por injeção? E o de laminação de pós?
CONFORMAÇÃO MECÂNICA DOS METAIS
Conformabilidade: habilidade de um metal em deformar sem apresentar trincas durante seu processamento mecânico. Avaliada através de ensaios de tração, compressão e torção.
Importante mecanismo de deformação plástica é a capacidade de deslizamento dos átomos nas estruturas cristalinas. Os planos e direções com maior densidade atômica formam os “sistemas de deslizamento”.
O deslizamento ocorre através do movimento de discordâncias (defeitos “em linha”na estrutura cristalina) do material. As discordâncias já são observadas logo após a solidificação. Elas se movimentam preferencialmente nos planos e direções de maior densidade. Re-orientação dos grãos.
Capacidade de deformação plástica de um material: ductilidade
Envolvem elevadas deformações plásticas (tensão acima da tensão de escoamento)
Maior temperatura e ductilidade, menor tensão de escoamento e resistência à tração
À quente: T > 0,5 Tfusão- mobilidade atômica aumenta, a deformação é facilitada
À morno: 0,3 Tfusão < T < 0,5 Tfusão
À frio: T ambiente- deformação plástica é mais restrita, acúmulo de deformação plástica no material, tornando-o frágil; grãos em forma alongada
A deformação total que deve ser empregada para alterar a geometria de um material é dividida em diversas etapas, para o metal não fraturar
Independente da temperatura empregada, após o processamento do material sempre há um refino microestrutural
Encruamento: aumento da resistência e dureza com a deformação devido ao acúmulo de deformação plástica no material, ou seja, ao aumento da sua densidade de discordâncias. Gera multiplicação de discordâncias (mobilidade reduzida) que gera dificuldade de def plástica.
Recuperação/recristalização: pode ocorrer em temperaturas maiores; diminui a energia interna e sua resistência
1. Como que a estrutura cristalina de um metal influencia no seu comportamento durante o processo de conformação mecânica? 
2. Baseado em dados observados em uma curva tensão-deformação, por que as tensões aplicadas nos processos de conformação mecânica devem se situar entre os valores de tensão de escoamento e de máxima resistência? 
3. Compare o nível (quantidade) de deformação que pode ser empregado em processos de conformação mecânica realizados a quente e a frio, para um mesmo metal. 
4. De um modo geral, considerando um mesmo metal, quais são as diferenças entre as microestruturas (forma do grão e quantidade de discordâncias) obtidas após deformação plástica realizada a frio e a quente? 
5. Por que, assim como a temperatura, a taxa de deformação é uma variável importante nos processos de conformação mecânica? 
6. No que consiste o tratamento térmico de recozimento aplicado a metais após a sua conformação a frio? Quais são as etapas observadas nele?
LAMINAÇÃO DOS METAIS: Passagem de um material entre cilindros que giram em sentido contrário, alterando suas dimensões e formas. Produtos planos e não-planos.
Força de atrito atua entre as superfícies do material e dos cilindros. Força proporcional ao coeficiente de atrito entre o material e os cilindros e a força normal na superfície.
Anisotropia: diferença entre a forma dos grãos e entre as propriedades mecânicas em distintas orientações do material em relação a direção de laminação; “com textura”
A quente: -Laminação de desbaste
-Grandes reduções de seções transversais
-Temperaturas bem acima da temperatura de recristalização do material
Encruamento->recuperação dinâmica(->estática)->recristalização dinâmica(->estática)
A frio: -Operações finais (acabamento)
-Menor redução de seção transversal
-Melhores propriedades mecânicas (resistência)
-Melhor acabamento superficial (cilindros mais lisos, sem formação de óxidos superficiais)
-Grande precisão dimensional
Laminadores -Cilindros: ferro fundido, aço fundido/forjado
 -Mancais: suportam os cilindros
 -Carcaça: gaiola ou quadro para fixar os elementos
 -Motor: fornece potência aos cilindros e controla a velocidade de rotação
Laminador duo: -Dois cilindros
 -Reversível: laminação em dois sentidos (giro dos cilindros invertível)
 -Não -reversível: laminação em um sentido 
Laminador trio: -Três cilindros
 -Cilindros giram no mesmo sentido,porém o material pode ser laminado nos dois sentidos 
Laminador qudruo: -Quatro cilindros
 -Reversível ou não
 -Laminação de materiais finos
Laminador agrupado: -Cilindros de trabalho muito finos
- Chapas e folhas de metais com elevada precisão, a frio
Laminador planetário: -Redução da espessura do material (a quente ou a morno) de até 97% em um único passe
Laminador universal: -Combinação de rolos horizontais e verticais 
Trem de laminação: -Série de laminadores para a produção em larga escala
 -Cada cadeira produz uma redução diferente 
Laminação de Tubos:
Com costura: chapa laminada é dobrada e então soldada
Sem costura: diâmetro interno é produzido através da passagem de um mandril 
Laminação de Barras e Perfis: Rolos ranhurados para transformar lingotes em barras e perfis
-A quente
-Seção transversal reduzida em duas direções (cada passe uma direção, no passe seguinte é girado em 90º)
Processo Twin Roll: Combinação de solidificação rápida e laminação para a produção de chapas finas e folhas
Laminação de Roscas: -Maior aproveitamento de material
-Maior produtividade
-Melhores propriedades mecânicas (comparado a usinagem)
1. Como ocorre o processo de laminação dos metais? 
2. O que é anisotropia? 
3. Compare os processos de laminação realizados a quente com os realizados a frio, citando suas vantagens e desvantagens. 
4. Quais são as possibilidades de fabricação, através de processos envolvendo laminação, de tubos com e sem costura? 
5. Compare a produção de chapas e folhas utilizando o processo “twin roll” com o processo convencional de laminação. 
6. Quais são as vantagens de produzir roscas através de laminação ao invés de usinagem? 
FORJAMENTO: Forças de compressão em matrizes deformando plasticamente e preenchendo suas cavidades
Martelos: -Golpes de impacto rápidos sobre a superfície do metal 
-Pressão máxima no toque e vai decrescendo a medida que a energia do golpe é absorvida na deformação do material
-Deformação principalmente nas camadas superficiais (deformação irregular nas fibras do material)
-Principalmente em matrizes fechadas
Prensas: -Força progressiva de compressão em baixa velocidade (pressão)
-Pressão máxima pouco antes da retirada da ferramenta
-Camadas mais profundas da estrutura do material são atingidas, deformação mais regular
-Mecânicas ou hidráulicas
Isotérmico: matriz e peça na mesma temperatura -menor empenamento (distorção), maior precisão do que a quente ou a morno
Matrizes de forjamento: submetidas a altas tensões de compressão, altas solicitações térmicas e choque mecânicos
alta dureza, elevada tenacidade, resistência a fadiga, alta resistência mecânica a quente e alta resistência ao desgaste
blocos aços-liga forjados e tratados termicamente
para a confecção de uma peça são necessárias várias matrizes com cavidades correspondentes aos formatos intermediários
Matriz aberta: planas ou de formato simples, normalmente não se tocam, componentes grandes e relativamente simples
Matriz fechada: forma de cavidades fechadas, maior precisão dimensional e complexidade geométrica
Forjamento convencional: -a quente ou a morno, peças com complexidades geométricas e tolerâncias dimensionais normais dentro do processo de fabricação
 -quantidade maior de metal para garantir preenchimento total da cavidade-> rebarba de forjamento (escape para o sobremetal e aumento da pressão de forjamento o que facilita o preenchimento)
Forjamento de precisão: -a morno ou a frio, peças near ou net-shape, maior precisão dimensional
 - sem operações secundárias de acabamento
 - material totalmente confinado na cavidade das matrizes durante o forjamento e não há um “canal de rebarba” 
Operações
Recalcamento: Compressão direta do material entre um par de ferramentas de face plana ou côncava. 
Estiramento/alongamento: Aumentar o comprimento ou largura de uma peça devido à redução da sua espessura
Encalcamento: Reduz a seção de uma porção intermediária da peça
Caldeamento: Soldagem de duas superfícies metálicas aquecidas, postas em contato e submetidas à compressão
Cunhagem: Geralmente a frio, matriz fechada ou aberta, impressão bem definida na superfície de uma peça (ex:moedas)
Forjamento de Anéis: combinação de etapas de forjamento e laminação na fabricação de anéis de alta resistência
	Vantagens do forjamento 
•Forjados obtidos a partir de pré-formas simples
•Pequena perda de material 
•Grande precisão dimensional (principalmente a frio)
•Excelentes propriedades mecânicas •Excelente reprodutibilidade
	Limitações do forjamento
•Equipamentos caros 
•Obtenção de peças limitada à capacidades de máquinas disponíveis 
•Não há possibilidade de obtenção de peças com cavidades internas
 •Muitas vezes é necessário usinagem final
Tixoforjamento: forjamento do metal no estado semi-sólido, metal líquido cisalhado enquanto ou após o resfriamento 
1. Quais são as diferenças entre o uso de prensas e de martelos no forjamento de metais? 
2. Quais são as vantagens e limitações do uso de forjamento em matriz aberta comparado ao forjamento em matriz fechada?
3. Quais são as vantagens em se utilizar o forjamento de precisão? 
4. a) Por que a formação da rebarba é importante no forjamento convencional, em matrizes fechadas? b) E por que a não-formação dela é importante no forjamento de precisão? 
5. O que é / no que consiste o tixoforjamento?
EXTRUSÃO: Processo no qual o material é forçado a passar através de um orifício de uma matriz por compressão, a quente ou a frio
- Produtos longos de seção transversal constante (sólidas ou não)
-Nem todo o material inicial (billet) passa pela matriz, a ponta tem que ser cortada
Direta Fluxo de material ocorre no mesmo sentido do movimento do pistão, maior pressão
Ângulo da matriz: Menor ângulo- maior área de contato, maior atrito
Maior ângulo- maior turbulência no fluxo de material 	
Inversa (indireta) Fluxo de material ocorre em sentido contrário do movimento do pistão
Lateral Fluxo de material ocorre perpendicularmente ao movimento do pistão
Equipamentos Pressão por impacto ou de forma suave (prensas hidráulicas) eixos verticais ou horizontais
Matrizes em aço ferramenta podendo haver revestimento (endurecimento superficial)
Pressões nos êmbolos/punções dependem do material a ser extrudado
Razão de extrusão Razão entre a área inicial do material que sofrerá extrusão e a área final do extrusado, influenciada pelo tipo de material
A quente Produtos com seção transversal constante, como produtos longos (barras, tubos, e arames)
Lubrificada: Ligas de cobre, titânio e aços
Lubrificantes a base de grafite(sólido: sem proteção a quente) ou vidro (a quente, vidro amolece ao entrar em contato com billet aquecido, isolando-o em relação as paredes do container)
Não Lubrificada: excelente acabamento superficial e tolerâncias dimensionais estreitas, matrizes com faces planas
Hidrostática: Billet circundado por um fluído, pressão dele no billet causa extrusão
A quente, a morno ou a frio e em materiais frágeis (único)
Sem fricção entre billet e container- pressão inicial menor (maior razão de extrusão ou menor temperatura)
Sistema bem selado devido as altas pressões
Billets usinados em toda a superfície para remover imperfeições
A frio Compete com recalque, forjamento a quente, trefilação a quente, usinagem e fundição
Peças individuais
Não gera rebarbas
Reduz/elimina processo de usinagem devido ao bom acabamento superficial e precisão dimensional
Eliminação de tratamento térmico para aumento da resistência (conseguido através do encruamento)
TREFILAÇÃO: Material forçado a passar através do orifício de uma matriz por tração
Normalmente a frio
Produção de barras, arames e fios
Ferramentas Fieiras em material de alta resistência
Produção de tubos Sem mandril- não há controle sobre a espessura do tubo oudiâmetro interno
Com mandril fixo- Controle sobre a espessura e diâmetro interno do tubo, limitação quanto ao comprimento do tubo que pode ser trefilado
Com plug flutuante- Geometria do plug é projetada de forma a achar uma posição “natural” na zona de redução da matriz
Conformação de Chapas Maioria realizada em prensas
Ferramentas básicas punção e matriz
Produtos estampados possuem alta resistência, bom acabamento superficial, tolerâncias dimensionais estreitas e baixo custo
A frio com exceção quando a espessura da chapa é muito grande, o material é frágil ou a deformação é muito elevada
Corte: Usado para separar grandes chapas de materiais em pedaços menores, ou para cortar perímetros específicos
Folga entre a punção e matriz depende da espessura e da resistência do material (quanto maiores, maior a folga)
Tamanho da folga pequeno: forças elevadas e fratura irregular
Tamanho de folga grande: rebarba excessiva
Dobramento¹ e estampagem²: Usados para dar uma forma final a uma chapa
1)Retorno Elástico: efeito mola após operações de dobramento, aumento do ângulo interno da peça e raio de dobramento. Quantidade de retorno é maior em materiais com maior módulo de elasticidade e tensão de escoamento.
Calandragem: “dobra” de uma chapa ou perfil com a finalidade de deixa-lo curvado,
2)Estampagem profunda/embutimento
Estiramento: Chapa é esticada (tração) e estampada (dobrada) simultaneamente: deformação limitante é a da formação da estricção
Retorno elástico praticamente desaparece devido ao gradiente de tensões ser relativamente uniforme
Repuxamento/”Spinning”: chapa rotacionada e conformada progressivamente por uma ferramenta com forma de rolo que a pressiona contra um mandril
1. Em processos que envolvem o corte de chapas, como que a folga entre punção e matriz afeta forças e/ou acabamento superficial das chapas (cortadas)? 
2. O que é o retorno elástico, observado em operações de dobramento de chapas? Como que o seu efeito pode ser minimizado? 
3. Dois processos que envolvem a estampagem de chapas são o estiramento e o repuxamento (ou spinning). Quais são as suas características/diferenças? 
4. De uma forma geral, no que consiste o processo de extrusão? 
5. Quais são as diferenças entre os processos de extrusão direta e inversa (indireta)? 
6. Fale sobre as pressões observadas durante o processo de extrusão de acordo com o deslocamento do pistão na câmara de extrusão, para a extrusão direta e inversa (indireta). 
7. Um dos tipos de extrusão a quente é a extrusão hidrostática. Como ela ocorre? Quais são as suas vantagens e limitações quando comparada à extrusão lubrificada, por exemplo? 
8. O que é a “razão de extrusão”? De quais fatores ela depende? 
9. Como ocorre o processo de trefilação? Quais são as características do processo e de produtos trefilados?