Conformabilidade de Materiais Metálicos

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Universidade Federal de Ouro Preto
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais 
Conformabilidade
Bruno Sardenberg de Castro Lima
Luis Fernando Pires
Samuel da Silva de Souza
Sumário
Introdução
Principais Processos
Fatores que influenciam na Conformabilidade
Campos de tensão e deformação;
Composição química;
Temperatura;
Estrutura cristalina;
Acabamento superficial;
Velocidade de deformação;
Deformação não-homogênea;
Atrito;
Ensaios de Conformabilidade
Referências Bibliográficas
Introdução
O que é CONFORMABILIDADE ?
Capacidade do material de sofrer deformações em sua forma sem que haja a formação de defeitos;
Ductilidade + 
Resistência Mecânica =
Conformabilidade
Principais Processos
Forjamento
É um processo de conformação mecânica efetuadas com esforço de compressão sobre um material dúctil, de tal modo que ele tende a assumir o contorno ou perfil da ferramenta de trabalho.
Processos:
Forjamento a Quente ou a Frio;
Forjamento em matriz aberta ou matriz fechada;
Figura 09: Representação do processo de forjamento de matriz aberta.
Estampagem
Pode ser compreendida como o processos de fabricação que utiliza o corte ou deformação de chapas em operações de prensagem.
Processos:
Corte de chapas;
Conformação mecânica:
Dobramento;
Enrolamento;
Conformação de tubos;
Estampagem profunda;
Principais Processos
Figura 10: Processos de Estampagem.
Fatores que Influenciam na Conformabilidade
Campos de tensão e deformação
Condições mecânicas de influência se manifestam através dos diferentes estados de tensão e deformação que ocorrem nos diversos pontos do corpo sob processamento;
A conformabilidade é sensivelmente influenciada pelo processo de conformação utilizado;
Processos quase-estacionários:
A distribuição de tensão e deformação se mantém constante para um mesmo ponto geométrico do corpo;
Exemplo: Laminação, extrusão e trefilação.
Processos não-estacionários:
Um mesmo ponto geométrico fica submetido a diferentes estados de tensão e deformação à medida que a deformação do material ocorre.
Exemplo: Estampagem profunda e forjamento.
Composição Química
A composição química é, talvez, o fator de influência mais importante:
Uma combinação adequada da proporção dos elementos químicos deve ser avaliada em cada caso.
Fatores que Influenciam na Conformabilidade
Temperatura
Os processos de conformação plástica são classificados em 3 grupos:
Fatores que Influenciam na Conformabilidade
A temperatura de realização da conformação tem grande influencia sobre a conformabilidade dos metais e ligas metálicas.
A figura ao lado mostra a influência da temperatura sobre a conformabilidade de diversos materiais metálicos.
Figura 01: variação do limite de escoamento com a temperatura homóloga.
Figura 02: Forjabilidade para diversas ligas metálicas
Estrutura Cristalina
A estrutura do metal também influencia de modo determinante na conformabilidade: 
Fatores que Influenciam na Conformabilidade
Figura 03: Comparação entre conformabilidade de estruturas fundidas e trabalha
Acabamento Superficial
Um acabamento superficial muito liso pode prejudicar a ação do lubrificante;
Uma superfície muito rugosa poderá gerar atrito em excesso, conduzindo a defeitos na peça trabalhada.
Fatores que Influenciam na Conformabilidade
Figura 04: Rugosidade superficial
Velocidade de Deformação
Segundo Junior (2002):
 Um material pode ter estampabilidade satisfatória para uma baixa velocidade de deformação e um comportamento ruim para velocidades altas;
Fatores que Influenciam na Conformabilidade
Figura 05: Processo esquemático de estampagem
Deformação não-homogênea
Em algumas situações, acontece o escoamento em regiões específicas, acarretando em estruturas e propriedades diferentes na peça deformada.
Fatores que Influenciam na Conformabilidade
Atrito
Essa é uma variável de fundamental importância, pois pode modificar as condições de conformação.
O atrito é influenciado por vários fatores, como: 
Qualidade da superfície do metal;
Viscosidade e molhabilidade do lubrificante;
Temperatura e velocidade de deformação.
Fatores que Influenciam na Conformabilidade
Ensaios de Conformabilidade
O método mais seguro para se verificar a conformabilidade plástica de um produto metálico é submetê-lo a um ensaio nas condições normais de fabricação.
A adoção desse método pode representar contudo custos muito elevados.
Estão presentes todos os fatores de influência do corpo metálico (composição, microestrutura, forma e dimensão) e do processo (velocidade de deformação, estado de tensão e de deformação, atrito e lubrificação, e temperatura)
Ensaios de Conformabilidade
Ensaios de laboratório:
são os mais simples de serem realizados;
Apresentam como característica importante o fato de que o estado de tensão presente é conhecido e pode ser adequadamente controlado, da mesma forma que parâmetros como temperatura e taxa de deformação.
Os ensaios de tração, compressão, torção e dobramento enquadram-se nessa categoria.
Ensaio de tração:
Determinação de propriedades mecânicas;
A estricção e alongamento são utilizados para definir a ductilidade do material ensaiado.
 O fenômeno de “empescoçamento”, impede que se atinja deformações elevadas restringindo a aplicação desse ensaio para a avaliação da conformabilidade.
Ensaio de torção:
Pode-se atingir níveis elevados de deformação e de taxa de deformação sem que se observe o “empescoçamento”.
O atrito não influencia o comportamento do material ensaiado. Esses aspectos fazem com que a torção seja muito empregada em ensaios a quente.
Como aspecto desvantajoso tem-se no ensaio de torção uma grande reorientação do material quando submetido a grandes deformações, o que não corresponde ao que normalmente se observa nos processos de conformação.
Ensaios de Conformabilidade
Ensaio de compressão:
Proporciona grandes deformações até romper-se o material ensaiado;
A grande dificuldade desse tipo de ensaio reside na manutenção de uma taxa de deformação constante, que exige o uso de equipamentos especiais.
É bastante empregado para caracterização de materiais a temperaturas elevadas;
Ensaio de dobramento:
É empregado para avaliar a conformabilidade de placas espessas;
É normalmente realizado a frio;
 Pode-se determinar a ductilidade de um material metálico através do ângulo de dobramento atingido antes de sua falha.
Ensaios de Conformabilidade
Ensaios de fabricação:
 Apresentam uma maior complexidade de execução e em sua maioria, não se encontram normalizados. 
Buscam reproduzir as condições verificadas nos processos de conformação;
Dentre os ensaios de fabricação, destacam-se o ensaio de compressão sob deformação plana , o ensaio de indentação em meia-largura, o ensaio de tração secundária e o ensaio de compressão de anéis, útil para avaliação do coeficiente de atrito.
São ensaios aplicados para avaliação de conformabilidade em processos de deformação de volumes.
Ensaios de Conformabilidade
Ensaios de Conformabilidade
Ensaio Erichsen e Olsen
Trabalha com uma matriz com abertura circular e um punção em forma de esfera. 
Durante esse ensaio, é produzido um copo redondo com fundo esférico e o flange é fixado por um prendedor de chapa no qual é aplicada uma força que é suficiente para evitar o escoamento do material do flange. 
O copo, é então, produzido por um processo de estiramento biaxial
Figura 06: Ferramenta para o ensaio Erichsen
Ensaios de Conformabilidade
O resultado do teste é o valor da altura do copo em milímetros.
 Este valor é mostrado em forma de um diagrama embutimento vs. espessura nominal da chapa, sendo este específico para os diferentes materiais.
Esse ensaio é largamente utilizado para a avaliação da qualidade de chapas finas. 
O ensaio Olsen difere do ensaio Erichsen apenas pelas dimensões do estampo.
Figura 07: Valores mínimos para o embutimento no ensaio
Erichsen para espessuras iguais ou inferiores a 2mm.
Teste Swift 
Características: 
o teste executa o estiramento do copo com fundo hemisférico ou plano e corpo cilíndrico. 
O estampo pode ter os diâmetros de 19, 32 e 50 mm para uso em corpos de diferentes espessuras. 
Desvantagens:
 A reprodutibilidade do teste entre laboratórios não é boa. 
O teste requer um grande número de blanks de diferentes tamanhos para fornecer um resultado confiável. 
Ensaios de Conformabilidade
Figura 08: Representação do ensaio Swift.
Referências Bibliográficas
Universidade Federal de Campinas. Disponível em: <http://www.fem.unicamp.br/~sergio1/pos-graduacao/im465/apostila/7%20Conformabilidade%20Pl%E1stica.doc. Acessado em 12 de Março 2015.		
FABRIS, Anselmo; INFLUÊNCIA DA FORÇA DO PRENSA-CHAPAS NA CONFORMABILIDADE DO AÇO HSLA440; dissertação de mestrado; Curitiba, 2014
FILHO, E.B; SILVA, I.B; BATALHA, G.F; BUTTON, S.T; CONFORMAÇÃO PLÁSTICA DOS METAIS; 6° edição; editora da UNICAMP; Campinas; 2011
Universidade de Santa Cecília. Disponível em:< http://cursos.unisanta.br/mecanica/ciclo8/Capitulo2-parte1.pdf>Acessado em: 12 de Março 2015
Centro de Informação MetalMecânica. Disponível em : <http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6607-tipos-principais-de-ensaios-de-estampabilidade#.VQshEuGPX7U>. Acessado em: 13 de Março 2015
http://l.facebook.com/lsr.php?u=http%3A%2F%2Fwww.fem.unicamp.br%2F~sergio1%2Fpos-graduacao%2Fim465%2Fapostila%2F7%2520Conformabilidade%2520Pl%25E1stica.doc&ext=1426812705&hash=Acm8lN7HBn7SHeRllDMXrPwi6IO1SxJuOnFV0q9UaV2ZdA