03 TREFILAÇÃO TP1 PROF. DECIO

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Faculdade Tecnologia de Sorocaba
Coordenadoria de Projetos Mecânicos
Processos de Produção l
Trefilação
Profº. Msc. Décio Cardoso da Silva
Ano 2015
TREFILAÇÃO
Trefilação consiste na passagem de uma barra, através de uma matriz, por meio de uma força de tração, sendo a barra deformada pela matriz até atingir a bitola desejada. Por este processo são obtidos:
Arames, tubos e barras
Esta operação é realizada a frio. A matriz é uma peça fabricada em aços ligas ou carbonetos ou diamantes. O material mais empregado na confecção de fieiras é o carboneto de tungstênio aglomerado em cobalto metálico:
8% Co; 87% W; 5% C. 
Estas peças são obtidas pela “Metalurgia do Pó” e a dureza das mesmas é ao redor de 90 RA.
Os equipamentos utilizados nas trefilação classificam-se em três grupos:
Bancos rotativos;
Bancos de trefilação;
Máquina combinada de trefilação
Nos bancos de trefilação são trefiladas barras com comprimentos limitados pela extensão do banco. Nos bancos rotativos são trefilados fios-máquina de bobina para bobina. As máquinas combinadas de trefilação recebem a matéria prima laminada em forma de bobinas, pré endireitam, decapam mecanicamente, numa sequência de operações em linha.
As fieiras podem ser feitas de aços ligados diamante.
Para facilitar a trefilação empregam-se óleos lubrificantes ou talco industrial ou sabão e tem por finalidade reduzir o atrito, evitando o desgaste da fieira.
Fieira ou Matriz
Esta peça possui:
Ângulo de entrada;
Ângulo de deformação;
Superfície de contato;
Ângulo de saída
Ângulo de entrada: local onde o material é lubrificado com óleo ou sabão (pó) lubrificante.
Ângulo de deformação: local onde ocorre a deformação propriamente dita.
Superfície de contato: serve para guiar a barra na saída da fieira e calibrar a barra.
Ângulo de saída: serve para evitar riscos na superfície da barra.
 
Força de Trefilação
A Força (F) necessária para a trefilação é a soma das parcelas:
F1 – para redução de secção;
F2 – para vencer o atrito
A força F (total) depende:
do ângulo da fieira;
da redução da secção;
do LE do material;
do atrito (que é função do material da fieira, do estado da fieira e do lubrificante).
A velocidade não afeta a força da trefilação, mas aumenta o aquecimento na fieira, dificultando a lubrificação.
Fluxo de produção
Trefilação de barras de aço:
1 – Apontamento
O apontamento é feito para possibilitar sua introdução na fieira. O comprimento desta ponta deve ser o suficiente para que possa ser presa pela morsa do carro no início do processo.
As pontas podem ser feitas por usinagem ou por “amassamento”. Existe outro processo que força a barra a passar pela fieira, por equipamento que empurra a barra contra a fieira.
2 – Decapagem
É a remoção de óxidos (carepas) da superfície das barras laminadas a quente. Esta remoção pode ser por decapagem química ou decapagem mecânica. Com esta operação melhora a condição de trabalho e prolonga a vida da fieira.
Na decapagem química utiliza-se ácido sulfúrico a mais ou menos 10% de diluição em água à temperatura de mais ou menos 70ºC. Este banho é preparado em tanques fabricados com tijolos antiácidos ou de “pláticos”. O aquecimento é feito utilizando-se vapor de água. O tempo de permanência das barras é por alguns minutos.
Por este processo remove-se a camada de óxido da superfície das barras. A seguir, é necessário colocar em um banho para neutralizar resíduos ácidos da superfície. Pode ser utilizado banho água + cal a quente.
A decapagem mecânica consiste no jateamento da superfície das barras por “granalha de aço”. É mais seguro a menos poluente. Pode-se utilizar também ácido clorídrico a frio
3 – Trefilação propriamente dita
A trefilação feita nas máquinas ou bancos de trefilação é realizada para obter barras redondas ou qualquer outro perfil dentro de medidas acabadas com tolerâncias mais precisas através das fieiras.
4 – Endireitamento
Após a trefilação das barras elas devem ser endireitadas. O endireitamento é feito no próprio equipamento de trefilação combinada, ou no caso dos bancos de trefilação, em equipamentos separados.
Princípio de endireitamento de barra em equipamento de dois rolos.
Princípio de endireitamento em equipamento de seis rolos.
5 – Magna-Flux
Consiste em submeter as barras a passagem de uma corrente elétrica contínua ou alternada, envolvendo-as com pó magnético.
Se houver alguma descontinuidade, há um desvio das linhas de campo magnético, com acúmulo de pó na região defeituosa, possibilitando a separação dessas barras.
6 – Tratamento Térmico
O tratamento térmico é realizado para atender as seguintes finalidades:
facilitar o processo;
atender as especificações do cliente (usuário)
Efeitos da trefilação sobre as propriedades mecânicas dos aços
As barras trefiladas sofrem uma redução de área da secção transversal, variando de 5% à 30%, com reduções maiores para áreas iniciais menores.
RA = So – S x 100
 So
So = área inicial
RA = redução de área
AL = L – Lo x 100
 Lo
AL = Alongamento
Pode-se verificar que as variações nas propriedades mecânicas ocorrem mais pronunciadamente na faixa dos primeiros 15% de redução e que o limite de escoamento aumenta mais rapidamente que a resistência à tração.
Redução da área na trefilação (%)
Efeito do encruamento na resistência à tração de aços-carbono.
Emprego do Tratamento Térmico na trefilação
Durante a trefilação, o material torna-se progressivamente mais resistente e mais duro.
Este processo de endurecimento pela deformação mecânica a frio chama-se “Encruamento”.
	Propriedade
	Estado
Recozido
	Encruado com
30% de redução
	Encruado com
60% de redução
	Limite de Proporcionalidade (kg/mm²)
	19,0
	11,0
	7,0
	Limite de Escoamento (kg/mm²)
	24,0
	52.5
	67,5
	Limite de Resistência a Tração (kg/mm²)
	41,0
	56,5
	68,5
	Alongamento em 4” %
	41,7
	22,0
	10,5
	Estricção %
	65,8
	58,0
	43,0
Efeito do encruamento obtido por laminação a frio sobre as propriedades de tração de um aço de baixo-carbono (0,14%).
O tratamento térmico na trefilação tem por objetivo:
Facilitar o processo;
Atender especificações dos usuários
Em alguns metais e nas grande reduções de área é necessário que se faça a operação em duas ou mais etapas, utilizando-se fieiras de bitolas decrescentes. Entre um e outro passe, se a dureza crescer de modo a tornar impossível a continuidade do processo, faz-se o Recozimento. Muitas vezes o material a ser trefilado, não está adequado na estrutura e dureza. È o caso de estruturas heterogêneas provenientes da laminação a quente. Neste caso, é conveniente efetuar-se uma Normalização para se obter uma estrutura de ferrita mais perlita fina.
Estes tratamentos são feitos em geral em fornos contínuos, onde as barras são colocadas longitudinalmente e são movimentadas por rolos motorizados. Esse tipo de forno é o mais adequado, porque permite uma melhor troca de calor entre a atmosfera do forno e as barras, e no caso da normalização, o esfriamento ao ar permite uma igual velocidade de resfriamento para todas as barras, o que não ocorre nos fornos tipo carro.
A finalidade da trefilação de barras é produzir um material com:
Acabamento superficial melhor do que barras laminadas a quente;
Tolerâncias superiores, idênticas às obtidas por torneamento;
Secção das barras uniformes;
Aspecto superficial brilhante;
Propriedades mecânicas melhoradas;
Estrutura uniforme.
Seráo usuário do material trefilado quem vai indicar as propriedades mecânicas finais do material, inclusive a dureza, e esta indicação dependerá da sua utilização.
As peças fabricadas a partir de barras de aço trefiladas poderão ser parcialmente usinadas ou estampadas ou deformadas a frio.
No caso de deformação a frio, a dureza e a estrutura das barras trefiladas tem grande importância.
No caso de peças parcialmente usinadas, apenas o alívio de tensão é necessário.
Recozimento dos materiais encruados por trefilação
Os materiais encruados passam pelas seguintes fases durante o processo de trefilação:
1 - Recuperação:
Ocorre apenas alívio de tensões internas em temperaturas baixas (100°C a 300ºC).
2 – Recristalização:
Ocorre queda acentuada na dureza e no LR, aumentando os valores da estricção e alongamento. Ocorre uma difusão atômica e novos grãos se formam no contorno dos grãos primitivas.
3 – Crescimento do grão;
Os grãos começam a crescer as custas de grãos vizinhos menos estáveis. Este crescimento ocorre na realidade por absorção de grãos vizinhos menos estáveis.
Variação das propriedades mecânicas e da estrutura com o aumento da temperatura de tratamento térmico dos aços encruados.
PATENTEAMENTO DE ARAMES
Arame ou fio é um produto obtido por trefilação.
Para se obter um arame ou fio, parte-se do “fio-máquina” obtido por laminação a quente de billets. É denominado “fio-máquina” o aço laminado a quente com bitola até 25 mm de diâmetro em forma de bobinas e com restrições severas na descarbonetação superficial e nas tolerâncias dimensionais.
Os aços utilizados na produção de arames ou fios variam de composição: aços de baixo, médio e alto carbono, como também aços ligados.
O emprego destes são os mais variados, como por exemplo:
	TIPO DE AÇO
	% C
	APLICAÇÃO
	ESTADO
	BAIXO CARBONO
	0,08 % – 0,20 %
	Eletrodo de
solda-pinos/pregos
	Encruado:
50 a 100 kgf/mm²
	MÉDIO CARBONO
	0,20 % - 0,50 %
	Parafusos
	Recozido
	ALTO CARBONO
	0,60 % - 1,00 %
	Eletrodo de
Solda-arruelas
	Recozido
Na produção de arames, o número de passes pode ser em um único passe ou até 20 passes e as reduções por passe ficam entre 20% à 30% da área anterior.
O comportamento durante a trefilação é influenciado pela presença de elementos de liga e o grau de encruamento depende da forma pela qual se processam as reduções. Experimentalmente se comprova que o aumento da resistência à tração é maior quando se opera com menor número de passes e maior redução por passe.
Quando se requer um arame com alta resistência mecânica e elevada tenacidade para permitir deformações posteriores, utiliza-se a operação denominada Patenteamento.
O Patenteamento consiste em realizar um tratamento térmico de austêmpera, seguido de trefilação.
O equipamento para patenteamento de arames compreende:
desenroladeiras;
fornos de aquecimento;
meio de resfriamento;
enroladeiras;
banco de trefilação
Processo
Inicialmente o fio-máquina bobinado é colocado sobre a desenroladeira. Um arame guia é amarrado na ponta inicial da bobina e o mesmo atravessa o forno de aquecimento, o tanque de chumbo líquido e é enrolado na bobinadeira. Após esta operação o conjunto é acionado. Esta mesma instalação é utilizada para têmpera de arame, basta substituir o tanque de chumbo líquido por água ou óleo.
Os fornos de aquecimento podem ser elétricos ou a óleo. O arame atravessa o forno pelo interior de tubos de aço inox 310, sem costura, sendo aquecido à temperatura de austenitização. Podemos trabalhar com vários fios ao mesmo tempo.
Austêmpera
O arame saindo do forno atravessa o tanque de chumbo líquido apoiado em roldanas. A temperatura do banho de chumbo varia de 400ºC à 600ºC conforme o material. A temperatura do forno de aquecimento é ao redor de 900ºC. Utilizam-se temperaturas bem superiores à A3, tendo em vista que os tempos de aquecimento são relativamente curtos, de ordem de apenas alguns minutos.
Após a saída do banho de chumbo, o material atravessa um tanque de óleo protetivo e a seguir é enrolado nas bobinadeiras. Nestas condições o material está austemperado.
A austêmpera é um tratamento isotérmico que consiste no aquecimento do aço até uma temperatura acima da zona crítica, seguido de resfriamento rápido num meio mantido à temperatura constante ao redor de 400ºC dependendo do tipo de aço.
Após, o material é resfriado rapidamente até a temperatura ambiente.
A estrutura bainitica obtida na austêmpera (na parte mais baixa do diagrama TTT) caracteriza-se pela excelente ductibilidade e com elevada dureza. Ductibilidade esta superior à martensita revenida.
A grande vantagem da austêmpera sobre a têmpera é que há empenamentos, devido a menores tensões internas, porém este tratamento exige alta temperabilidade dos materiais a serem tratados, como os aços: 1065, 1080, 6150, 9254. Após a austêmpera, o material é trefilado.
Num aço de alta temperabilidade ao ser trefilado a partir do fio-máquina, a resistência à tração cresce, mas o material torna-se frágil e quebradiço o que impossibilita tratamentos mecânicos posteriores ou mesmo a utilização do material.
Com o Patenteamento eliminamos esse inconveniente, e após a trefilação teremos um material de alta resistência, mas com boa tenacidade que aceita deformações posteriores.
Problemas que podem ocorre durante o Patenteamento:
1 – No aquecimento:
Temperatura insuficiente: não há completa austenitização, resulta uma estrutura heterogênea no resfriamento posterior e o material torna-se quebradiço.
Temperaturas elevadas: ocorre crescimento do grão, tornando o material também quebradiço.
2 – No resfriamento:
Temperatura incorreta do banho para se obter estrutura bainitica.
Distância excessiva entre o forno e o banho, o que vai provocar diferentes estruturas.
Aplicações dos arames patenteados:
Molas helicoidais – SAE 6150 (mola de válvula);
Cabos ou tirantes – SAE 1065 – 1080;
Fio de corda de Piano – SAE 1080;
Molas estáticas – SAE 9254 – SAE 1065;
Molas dinâmicas – SAE 9254 (mola de válvula)
Fardos;
Arames para concreto
Para corda de Piano (1080) exige-se a ordem de 280 Kgf/mm² de LR e deve apresentar propriedades acústicas especiais.
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SAE 9254
C: 0,50 – 0, 60
Mn: 0, 50 – 0, 80
Si: 1, 20 – 1, 60
Cr: 0, 50 – 0, 80
SAE 6150
C: 0, 48 – 0, 53
Mn: 0, 70 – 0, 90
Si: 0, 20 – 0, 35
Cr: 0, 80 – 1, 10
V: 0, 15�
Os aços CR-V e Cr-Si são recomendados sempre que se desejam molas para suportar tensões em temperaturas elevadas.
Ex: Mola de válvula de Motores
Consultas:
Siderurgia – Luiz Antônio de Araújo;
Modern Metallurgy por Engineers – peg. 180;
Aços Carbono e Aços Liga – Vicente Chiaverini;
Revista Fatec – Mecânica;
Tratamentos Térmicos de Los Acieros.
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