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Processo de fabricação CONFORMAÇÃO MECÂNICA Introdução Professor: Norimar de Melo Verticchio Introdução Conformação mecânica: Os processo de conformação mecânica alteram a geometria do material através de forças aplicadas por ferramentas adequadas que podem variar desde pequenas matrizes até grandes cilindros, como os empregados na laminação A conformação mecânica é qualquer operação durante a qual se aplica esforço mecânico em diversos materiais, resultando em uma mudança permanente de formas e dimensões. Importância É importante o estudo dos processos de conformação plástica dos metais porque em sua maior parte, quase todos os produtos metálicos produzidos são submetidos, em um ou mais estágios de seu processamento, a tais processos. Tipos de conformação Laminação Forjamento Extrusão Trefilação Estampagem Tipos de conformação Laminação Tipos de conformação Forjamento Tipos de conformação Extrusão Tipos de conformação Trefilação Tipos de conformação Estampagem Classificação Processo de compressão direta Processo de compressão indireta Processo de tração Processo de dobramento Processo de cisalhamento Tipo de esforço DEFORMAÇÃO PLÁSTICA DOS METAIS Introdução Campo plástico: • Quando a tensão supera a de escoamento iniciam-se as rupturas das ligações químicas e os movimentos atômicos no interior dos materiais. • Durante este processo ligações são quebradas e outras refeitas • Envolve movimentação de discordâncias e escorregamento de planos escorregamento de planos nos metais. • Caracterizado pelo Encruamento Uniforme e Não-Uniforme. Discordâncias Força necessária para se fazer um plano escorregar sobre outro é 20 X menor que o valor teórico calculado. Isso se deve a presença de um defeito em linha que todos os materiais cristalinos possuem chamado de discordâncias. As discordâncias são planos incompletos de átomos gerados no momento da cristalização devido a má formação dos planos vizinhos Discordâncias As discordâncias podem ser de dois tipos: • Cunha • Hélice Movimento das discordâncias Discordâncias Sistemas de escorregamento As discordâncias se movem preferencialmente em direções e planos de maior densidade atômica entre as existentes no sistema cristalino CFC • 12 sistemas de alta densidade • Cu, Al, Fe γ CCC • 48 sistemas com menor densidade • Fe α HC • 3 planos de alta densidade • Ti Discordâncias Deformação em materiais monocristalinos As discordâncias movem-se mais facilmente através do escorregamento dos planos de maior densidade atômica (chamados planos de escorregamento). Neste caso, a energia necessária para mover uma discordância é mínima. As forças causadoras da def. plástica são de cisalhamento mas muitas vezes as forças externas são de tração ou compressão. Grande número de grãos com orientações diferentes Cada grão possuirá planos e direções de escorregamentos com ângulos distintos dos vizinhos Grãos melhores orientados com a tensão externa aplicada em relação ao sistema de escorregamento preferencial. Contornos de grão. Materiais policristalinos são mais resistentes que os monocristais. A deformação generalizada causa distorções também nos grãos indicando o sentido da deformação. Discordâncias Deformação em materiais policristalinos Discordâncias Contorno de grãos • Quando uma discordância encontra um contorno de grão ela tem que mudar de direção já que o sistema de escorregamento também muda. Contorno do grão • Assim quanto menores os tamanhos de grão mais contornos estarão no caminho das discordâncias necessitando de mais força de cisalhamento sobre os planos para realizar a deformação plástica. O material fica mais resistente. Tamanho do grão Encruamento Trabalho a frio • Quando se deforma um metal em baixas temperaturas ele se torna mais duro e mais resistente ao mesmo tempo em que se torna menos dútil ou mais frágil. Encruamento • O encruamento é explicado pela interação dos campos de deformação das discordâncias, que são aumentadas pela deformação, exigindo cada vez mais força para seguir deformando. Encruamento Recuperação/Recristalização Para anular os efeitos do encruamento e voltar a ter as propriedades anteriores à deformação plástica deve-se fazer um tratamento térmico • ocorre um alívio de parte das tensões internas. Recuperação • Nucleiam novos grãos no material com a forma anterior à deformação e as propriedades mecânicas voltam aos valores originais Recristalização • Se o material permanecer a altas temperaturas após a recristalização os grão crescerão, diminuindo assim a resistência mecânica do material Crescimento de grãos Recristalização Influencia da temperatura Recristalização Influencia do trabalho a frio Recristalização Exemplos Classificação Temperatura de trabalho Trabalho a frio Trabalho a morno Trabalho a quente Ft TT 3,0< Ft TT 5,0>F5,03,0 TTT tF << • É valor obtido através da divisão da Temperatura de trabalho pela Temperatura de fusão do material Temperatura homologa F T H T TT = Temperaturas em Kelvin Trabalho a frio O tamanho do grão depende da temperatura de recristalização e da deformação sofrida Deformação (Encruamento) Recristalização (aquecimento acima de 0,5Th) Deformação (Encruamento) Durante o processo de conformação a frio, o material endurece por encruamento. Limitação do processo a frio: FRATURA DO MATERIAL Para evitar a fratura do material efetuasse o ciclo de deformação/recristalização estática. Trabalho a frio VANTAGENS • Aumenta a dureza e a resistência dos materiais, mas a ductilidade diminui • Permite a obtenção de dimensões dentro de tolerâncias estreitas • Produz melhor acabamento superficial DESVANTAGENS • Pequenas reduções e maior número de passes • Necessidade de ferramental de alta resistência mecânica e ao impacto • Necessidade de recozimentos intermediários para eliminação do encruamento Trabalho a quente Etapa inicial da maioria dos metais e ligas Requer menos energia para deformar o material Ocorre a recozimento e a recristalização. Trabalho a quente VANTAGENS menor energia requerida para deformar o metal. aumento da capacidade do material para escoar sem se romper (ductilidade); homogeneização química das estruturas brutas de fusão. eliminação de bolhas e poros por caldeamento. Proporciona grãos menores, recristalizados e equiaxiais; aumento da tenacidade e ductilidade do material trabalhado em relação ao bruto de fusão. DESVANTAGENS necessidade de equipamentos especiais (fornos, manipuladores, etc.) e gasto de energia para aquecimento das peças; reações do metal com a atmosfera do forno, levando as perdas de material por oxidação e outros problemas relacionados formação de óxidos, prejudiciais para o acabamento superficial; desgaste das ferramentas é maior e a lubrificação é difícil; necessidade de grandes tolerâncias dimensionais por causa de expansão e contração térmicas; Influência da velocidade de conformação Velocidade de conformação Temperatura Limite de escoamento Uma fórmula bastante difundida para se quantificar esta influência é: Dowling (1993) σYSO – limite de escoamento m = sensibilidade a taxa de deformação Influência do atrito na conformação Atrito é o mecanismo pelo qual se desenvolvem forças de resistência superficiais ao deslizamento de dois corpos em contato. A causa primordial para o atrito entre materiais metálicos correlaciona-se com o contato entre pequenas regiões ao longo das superfícies deslizantes. Estas superfícies apresentam irregularidades microscópicasque podem soldar-se pela intensa deformação plástica localizada. Influência do atrito na conformação As principais características que o atrito causa no processo são as seguintes: alteração, geralmente desfavorável, dos estados de tensão presentes durante a deformação; produção de fluxos irregulares (por ex.: limalhas) de metal durante o processo de conformação; criação de tensões residuais no produto; elevação da temperatura a níveis capazes de comprometer-lhe as propriedades mecânicas; aumento do desgaste de ferramentas;· facilitar o “agarramento” das ferramentas de conformação com o metal a ser conformado; aumento do consumo de energia necessária à deformação, diminuindo a eficiência. Visão geral dos processos de conformação
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