Aula 02 Processos de Fabricação III

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PROCESSOS DE FABRICAÇÃO MECÂNICA III 
 
Eng° Marcos Santos – Esp. 
Recife/PE, Agosto de 2015 
FUNDAMENTOS 
METALÚRGICOS DA 
CONFORMAÇÃO 
A Metalurgia da Deformação 
Sistemas de deslizamento  Plano mais compactos x Direções compactas 
 
 
 
 
 
CFC CCC HC 
{111} 110 
4x3=12 sistemas 
{110} 111 
6x2=12 sistemas 
 
Plano Basal 
{0001} 1120 
1x3=3 sistemas 4 Planos {1 1 1} e 3 direções <1 1 0> 6 Planos {1 1 0} e 2 direções <1 1 1> 
DEFORMAÇÕES DOS METAIS 
(a) Tração (b) Compressão 
Metal Tensão máx. teórica 
(N/mm2) 
Tensão máx. medida 
(N/mm2) 
 
Ferro puro 137.900 344 
Alumínio puro 34.475 69 
Cobre puro 68.950 172 
 
 
 
Defeitos Pontuais nas Estruturas 
Solutos intersticiais 
Solutos substitucionais 
MOVIMENTAÇÃO DE DISCORDÂNCIAS 
O esforço para arrastar um tapete é menor, restringindo-se a região em movimento. 
O CIRCUITO E O VETOR DE BURGERS 
INTERAÇÕES 
ENTRE 
DISCORDÂNCIAS 
Atração e 
aniquilamento 
Discordâncias : Esforços Envolvidos 
Regiões de tração e compressão 
ao redor da discordância 
Interação entre discordâncias 
Repulsão 
DEFEITOS DE LINHA 
DISCORDÂNCIAS EM CUNHA 
Obs.: A movimentação das discordâncias são responsáveis pela 
deformação plástica dos metais. Com a geração de mais 
discordâncias ( aumento da densidade de discordâncias) cada 
discordância dificulta o movimenta das outras, aumentando a 
resistência e reduzindo a ductilidade (encruamento). 
O vetor de deslocamento (vetor de Burgers) 
é perpendicular ao defeito de linha 
DISCORDÂNCIA HELICOIDAL 
Discordância helicoidal (estão mostradas as células unitárias). 
O vetor de deslocamento (vetor de Burgers) é paralelo ao 
defeito de linha. 
Formação de discordância: 
(a) Inicio da movimentação da discordância. 
(b - d) Aumento da linha da discordância com o aumento no cisalhamento. 
Quando a curva se fecha em si mesma, forma-se uma segunda curva. 
(a) (b) ( c) (d) 
Geração de discordâncias pelo mecanismo de Frank-Read 
 
 
 
O material deformado a frio apresenta ENCRUAMENTO, representado 
pelo aumento do limite de escoamento. 
Descarregamento, obtendo aumento de comprimento 
(deformação plástica) e conseqüentemente aumento da 
densidade de discordâncias. 
Deformação até ~8%, em tração uniaxial 
 
 
 
Deformação plástica: 
Durante a deformação plástica, 
há aumento da densidade de 
discordâncias. 
Quanto maior a densidade de 
discordâncias, maior a chance 
de interações entre estas, 
bloqueando seu movimento. 
Assim, 
QUANTO MAIOR A 
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA 
APLICADA A UM METAL, 
MAIOR A DIFICULDADE 
EM CONTINUAR ESTA 
DEFORMAÇÃO. 
Deformação por discordâncias Deformação por maclação 
Maclas (“twins”): 
Ocorrem em metais CFC 
(a exceção do Al) 
DEFORMAÇÃO DOS METAIS 
O “caldo de átomos” Temperatura > 1500o C 
SOLIDIFICAÇÃO 
Pequenos cristais 
começam a solidificar 
Grãos ou Cristais solidificados 
Resfriamento mais lento = Cristais maiores 
Os grãos podem ser observados melhor com auxílio de um 
microscópio metalográfico. 
Contorno de Grão de baixo ângulo 
e alto ângulo 
AVALIAÇÃO 
QUE TIPO DE SOLUÇÃO SÓLIDA 
O CARBONO FORMA COM O FERRO? 
FERRITA
Ferro 
AUSTENITA
Ferro 
CFC CCC
LIMITES DE SOLIBILIZAÇÃO 
Soluto Solvente Relação de raios Solubilidade máxima 
% em peso % atômica 
Ni Cu 1,246/1,278 = 0,98 100 100 
Al Cu 1,431/1,278 = 1,12 9 19 
Ag Cu 1,444/1,278 = 1,14 8 6 
Pb Cu 1,750/1,278 = 1,37 nil. nil. 
 
 
100 
 
 
 50 
 
 
 0 
1,0 1,15 1,3 S
o
lu
b
il
id
a
d
e
 m
á
x
im
a
, 
á
to
m
o
s
 %
 
Quociente de raios, elemento de liga/cobre 
Ni 
Pt 
Au 
Al Ag 
Pb 
Ferrita é uma solução sólida do Carbono no Ferro na estrutura CCC 
SOLUÇÕES SÓLIDAS INTERSTICIAIS Fe-C 
Na temperatura ambiente a solubilização 
do Carbono no Ferro é de 
1 átomo de Carbono para 108 átomos de Ferro 
Qual a maior 
quantidade de 
Carbono 
dissolvida na 
Ferrita? 
SOLUÇÕES SÓLIDAS INTERSTICIAIS Fe-C 
Austenita é uma solução sólida do Carbono no Ferro na estrutura CFC 
A 1.147°C a Austenita pode 
dissolver até 2% em peso de Carbono 
(9% em átomos) 
Fe 
C 
COMPOSTO INTERMETÁLICO Fe3C 
• CEMENTITA – composto intermetálico do C no Fe na 
estrutura ortorrômbica. 
• Também conhecida como Carbeto de Ferro (Fe3C) tem 
6,67%C em peso. 
• Estrutura do Carbeto de Ferro (Fe3C): A célula unitária é 
ortorrômbica, com 12 átomos de Ferro e 4 átomos de 
Carbono. 
AUSTENITA  PERLITA 
PERLITA = agregado formado por Ferrita e Cementita 
No digrama de fases a Perlita é composta de 88% de Ferrita 
 e de 12% de Cementita 
DECOMPOSIÇÃO DA AUSTENITA NO PONTO EUTETÓIDE 
723 C
o
 + Cementita
 + Cementita
 + 


Teor de Carbono
Conformação Plástica a frio 
 
Temperatura 
 de 
Recristalização 
Conformação Plástica a quente 
Temperatura do processo de conformação (°C) 
TEMPERATURA DE RECRISTALIZAÇÃO 
TEMPERATURA DE RECRISTALIZAÇÃO 
METAL INICIO DE RECRISTALIZAÇÃO (°C) 
Pb, Sn 0 
Zn 10 
Al, Cu, Au 200 
Fe 400 
Ni 600 
Mo 900 
W 1200 
Temperatura de forjamento: 
Aço carbono 800°C – 1.100°C 
Aço rápido 900°C – 1.100°C 
LAMINAÇÃO A QUENTE 
LAMINAÇÃO A QUENTE: 
Thomologa = Ttrabalho  0,6 
 Tfusão 
D
e
f.
 p
lá
s
ti
c
a
 
R
e
c
u
p
e
ra
ç
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o
 
R
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z
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ç
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C
re
s
c
im
e
n
to
 
d
e
 g
rã
o
 
a) Trabalho a frio b) Recuperação c) Recristalização 
(0,3 a 0,5Tf) (acima de 0,5Tf) 
CRESCIMENTO DE GRÃO COM O AUMENTO DA TEMPERATURA 
LAMINAÇÃO A QUENTE 
• VANTAGENS 
• Menor esforço mecânico para uma 
mesma quantidade de deformação, 
exigindo máquinas de menor 
capacidade que no trabalho a frio. 
• Refina a estrutura do metal, melhora 
a tenacidade, elimina porosidades e 
segrega impurezas comprimindo-as 
na forma de fibras, com orientação 
definida, aumentando a resistência 
na direção de laminação. 
• Devido a contínua recristalização, 
deforma mais profundamente o 
material. 
33 
LAMINAÇÃO A QUENTE 
• DESVANTAGENS 
• Exige ferramental (cilindros, 
matrizes, dispositivos de 
adaptação e outros) de 
material de boa resistência ao 
calor, o que pode afetar o custo 
da operação. 
• Formação de casca de óxido, 
devido às elevadas 
temperaturas envolvidas. 
• Não permite obtenção de 
dimensões dentro de estreitas 
tolerâncias. 
34 
LAMINAÇÃO À QUENTE 
35 
Bitola Americana: MSG = U. S. Manufacturer’s Stander Gauge 
Peso especifico do aço = 7,84 g/cm3 
INFLUÊNCIA DO TRABALHO A FRIO 
Laminação a frio 
Endurecimento por deformação 
plástica à frio 
LAMINAÇÃO A FRIO 
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• VANTAGENS 
• Permite melhor acabamento 
superficial e obtenção de 
melhores tolerâncias 
dimensionais. 
• Deforma a estrutura em maior 
ou menor profundidade, 
conforme a extensão do 
trabalho e, com isso, permitindo 
alterar sensivelmente as 
propriedades mecânicas: 
resistência e dureza aumentam 
LAMINAÇÃO A FRIO 
• DESVANTAGENS 
• Diminuição da ductilidade. 
• Defeitos como: casca de 
laranja e linhas deLüder ou 
de distensão. 
• Equipamento de maior 
capacidade e rigidez, 
resultando em custo mais 
elevado. 
 
38 
CHAPAS FINAS A FRIO 
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Bitola Americana; 
MSG = U. S. Manufacturer’s Stander Gauge 
Peso especifico do aço = 7,84 g/cm3 
DEFORMAÇÕES ACIMA E ABAIXO DA ZONA CRÍTICA 
Placas Blocos Tarugos 
Chapas 
Folhas 
Tubos 
Perfis Trilhos Barras 
 Barras 
 Trefilados 
Tubos 
LAMINAÇÃO 
 A 
 QUENTE 
LAMINAÇÃO 
A 
 FRIO 
Deformação a frio versus resistência de 
aços carbono laminados 
APLICAÇÃO 
• Necessita-se de uma barra de latão 70-30 com um 
diâmetro de 5,4mm, uma resistência de mais de 
42kgf/mm2 e uma elongação de mais de 20%. 
• A barra deve ser obtida a partir de uma outra maior, 
cujo diâmetro é de 8,9mm. 
• Especificar as etapas de processamento necessárias 
para a obtenção da barra de 5.4mm. 
 
43 
Processo de 
Conformação 
Plástica ? 
8,9mm 5,4mm 
RESPOSTAS - LATÃO 70Cu-30Zn 
• Para atender uma resistência de mais de 42kgf/mm2 : 
• Deformação a frio > 15% 
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RESPOSTAS - LATÃO 70Cu-30Zn 
• Para atender uma elongação de mais de 20% : 
• Deformação a frio < 23% 
 
45 
• Deformação a frio > 15% para a Resistência 
• Deformação a frio < 23% para o alongamento 
• Valor médio = (23 + 15)/2 = 38/2 = 19  20% 
 
• Portanto, na última etapa deve-se provocar 20% de 
deformação a frio. 
 
• Fórmula da Redução de Área, RA (%) = (Ai - Af )100 
 Ai 
 
 
46 
MEMORIA DE CÁLCULO 
RESPOSTAS - LATÃO 70Cu-30Zn 
• Cálculo do diâmetro anterior a 5,4mm para obter 20% 
deformação plástica a frio: 
 DF = Redução de Área por Deformação Plástica a Frio 
 
DF = (di2 – df2) 100 20% = (di2 – 5,42) 100 di = 6,0mm 
 di2 di2 
 Faz-se a redução de 8,9mm para 6,0mm ou por deformação a 
 quente ou por um ou mais ciclos de deformação a frio e 
recozimento. 
 A barra deve ser recozida com um diâmetro de 6,0mm. 
 Finalmente, por trabalho a frio, reduz-se de 6,0mm para 5,4mm. 
 
 
 
 
 
 
 
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PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE CARTUCHOS 
 
VARIÁVEIS METALÚRGICAS 
MECANISMOS DE ENDURECIMENTO 
(Strengthening Mechanisms) 
VARIÁVEIS METALÚRGICAS 
1- Endurecimento por Solução Sólida 
 (Sólid-Solition Hardening) 
50 
VARIÁVEIS METALÚRGICAS 
2- Endurecimento por Deformação Plástica a Frio 
 (Strain Hardening) 
51 
PR 
FA 
VARIÁVEIS METALÚRGICAS 
ENDURECIMENTO POR REFINO DE GRÃO (GRAIN REFINING) 
• Eq. Hall e Petch 
 e = 0 + ky.d
-1/2 
Onde, e = Limite de Escoamento 
 0 e ky são constantes do material 
 d = Diâmetro médio dos grãos em mm. 
 
Obs.: O Refino de Grão aumenta simultaneamente a 
Resistência e a Ductilidade 
 
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(principal variável metalúrgica) 
TAMANHO DE GRÃO – PRINCIPAL VARIÁVEL METALÚRGICA 
MEDIÇÃO DO TAMANHO DE GRÃO (T.G.): 
 OU 
 
 N = 2 n-1 
onde: 
 
N = número de grãos/ pol2 com aumento de 100 vezes 
n ou G= número de Tamanho de Grão ASTM (1  n  12) 
Determinação do TG através 
da análise de imagem 
AUSTENITA 
MARTENSITA 
TRANSFORMAÇÃO 
ALOTRÓPICA COM 
AUMENTO DE VOLUME, 
que leva à concentração de tensões 
VARIÁVEIS METALÚRGICAS 
Tensão
Temperado
Revenido
Recozido
Deformação
 
4 – Endurecimento por reação Martensítica 
(MARTENSITE REACTIONS) 
de face 
centrada 
cubica 
5- ENVELHECIMENTO 
Endurecimento devido a partículas finas ou Envelhecimento 
(Precipitation Hardening) 
Estágios da passagem de uma Discordância 
entre duas Partículas de Precipitado 
Mecanismo de Orowan para 
a interação de discordâncias 
com partículas incoerentes. 
OBRIGADO