Conformação Plástica - Extrusão e trefilação

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EXTRUSÃO 
5. 1 Introdução 
O processo de extrusão é usado para produç1io de perfis com 
seções não necessariamente simétricas, além de tubos de seções 
circulare> ou ovaladas. Durante a cxtrusão. o materia l é comprimido no 
interior de um container por um êmbolo ou pi>tiio c escoa atravé,~ do furo 
de uma matriz., gerando o perfil desejado (fig. 5.1 ). 
. . . . - - .. ..• : ""?<.4~~ 
..... -.... 
-
l'igura 5.1 l' roccsso de cxtrusào 
As scções transversais do produto extrudado podem ser vazadas 
ou cbcilllo (fig.5.2). Na extrusão, cada tarugo é cxtrudado individualmente 
e o comprimento do produto final é limitado pelo volume de material do 
tarugo. Por isso a extrusào pode ser considemdll como um processo 
semicontinuo. 
Figura 5.2 Alguns dos possíveis perfiS de extnosào 
De um modo geral, o~ produtos cxirudados podem ser cortados 
ao longo de sua scção ~- um tamanhos padronizados, silo distribuídos no 
mercado par.1 atender as necessidades de diferentes projetos. Dependendo 
dll plasticidade do material, a cxtrusão 1>0de ser feita a frio ou a quente. 
Algumas vezes. o modo de extrudar c as condições de escoamento no 
interior da matriz têm um papel fundllmcmal c tomam-se atê mais 
importantes que a ductilidadc do material. Assim, um perfil de alumínio 
com seçâo complexa deve ser extrudado a quente, enquanto um rebite de 
aço de baixo carbono normalmente é extrodlldo a frio (extrusão por 
impacto): embora a duetilidllde do alumínio seja muito maior que a 
ductilidlldc do aço. 
5. 2 Tipos de Extrusl!o 
Os processos de cxtmsl!o podem ser classificados cm e.xtrusfio 
direta e e.tlrusào indirela. dependendo do modo de ação do cilindro c da 
forma segundo a qual o material escoa no interior do container, 
Processo de Extruscio Di reta 
matriz 
Pistão 
Figurn 5.3 Processo de extrusão di reta 
No processo de extrusào direta, o cilindro ou pistão comprime o 
tarugo (material) contnt a matriz e, no momento em que a tensão de 
cscoamemo é superada (rompimento), o material escoa através do fitro 
gerando o perfil desejado (fig. 5.3). Com existe movimento relativo entre 
o material e o container, o atrito contribui significativamente para 
elevação da carga de extrusão. Quando a carga externa é aplicada ao 
tarugo do material, o esforço de extrusào cresce até o momento em que se 
dá o rompimento no ponto (i). Até o rompimento, o pequeoo 
deslocamento do êmbolo deve-se mticamente às defonnações elá1sticas ou 
acomodações do material no interior do container. A pat1ir do ponto (i). o 
material começa efetivamente a ser extrudado e, à medida que seu 
volume diminui (menor área de conta to entre o tarugo e o container), o 
estorço de extrusào também vai diminuindo, até atingir o valor mínimo 
no ponto (I). A partir deste pomo, o pistão aproxima-se da matriz c, ao 
tocar as zonas de fluxo restringido, o escoamento no interior do con~üner 
toma-se dificil. Com o fluxo quase que transversal ao deslocamento do 
pistão, o esforço de extntsào cresce signLficativamente com pequenos 
deslocamclltos do cilindro. Este gasto suplementar de energia associado à 
dificuldade de escoamento no final do processo também pode ser 
chamado de trabalho redundante. Devido ao alimento do trabalho 
redundante, a pattir do ponto (f) a extrusão deve ser interrompida. O 
material restante do tarugo deve ser descatiado e substintindo por um 
novo tamgo. 
(P) 
• ~·r-~-------------·-
r Pmm 
• 
OC"Siotamento do êmbolo 
Figura 5.4 Carga versus deslocamento no processo de extrusi!o di1·eta 
Processo de Extrusão lndireta 
No processo de cxtrusão indireta não existe movimento relativo 
entre o material c o container. O cilindro vazado (com a matriz), com a 
forma do perfíl desejado, penetra no material produzindo o extrudado. 
Confom1e está mostmdo na figura 5.5, neste processo a matriz localiza-se 
na extremidade do cilindro ou êmbolo vazado. 
êmbolo 
restringido 
Figum 5.5 Processo de extrusào iodireta 
Dcsloc:u:nento do embolo 
Figura 5.6 Carga versus de.~locamcnto na cxtrusão indircta 
Na extrusão indireta, o atrito é localizado apenas na matriz, de 
modo que o esfoço J>ermanece constante após o rompimento (fig. 5.6). 
Um mesmo valor da carga é observado do ponto (i) ao ponto (t). 
Entretanto, ao fiual do processo quando as areas de fluxo restri11gido 
(coladas ao êmbolo) atingem o final do cootainer, o escoamento é 
dificultado, pois se toma aproximadameme transversal ao deslocamento 
do êmbolo. Assim sendo, a carga de extrusão cresce rapidamente com 
pequenos deslocamentos do êmbolo (trabalho redundante). De modo 
análogo ao processo de extrusào di reta, a partir do ponto ( t) o processo de 
exrrusão iJtdireta (fig.5.6) também deve ser interrompido. 
5.3 Matrizes de Extrusão 
As matrizes de face plana geralmente são usadas para exlrusào de 
materiais dllcteis. làcilmente trabalhâveis. Estas matrizes têm corno 
grande vantagem o baixo atrito, quando compamdo ao atrito no container. 
De acordo com a figura 5.7, fica fácil admitir-se que o atrito do maletial 
com a matriz fica local izado apenas no paralelo. Depois de ultrapassada 
esta zona. o material perde o contato com a matriz c passa livremente 
pelo ângulo de alívio. As matrizes de face plana têm como desvantagens 
as grandes áreas de fluxo restringido que se fonnam nos cantos das faces 
com o container, conforme já mostrado na figura 5.3. Some-se a isto, o 
grande volume de material gerado co.m descarte ao final do processo 
(ponto t). 
Figura 5.7 Matriz de tàcc plana 
Para materiais de mais <ti ta resistênci:t, são usadas as matrizes de 
face cõnica (fig. 5.R). Com estas matrizes as áreas de fluxo resttingido 
diminuem muito embora o atrito e o desgaste no processo aumentem. 
Neste caso, o atrito no paralelo não é tão elevado, mas é e I evadi ssimo na 
c<>nccidade da face, devido ao fato da reação (tensão nonnal) gerar 
componente de atrito com direçào contrária à direçào de fluxo. 
45 . 60° 
Figura 5.8 Matriz de face cõnic.a 
5.4 Outros Tipos de E.xtrusão 
6Xtrusão por impaclo 
A extrusão por impacto é um processo usado para produção de 
pregos rebites, pinos e hastes para parafusos. Em outras palavras, é o 
processo usado para fabricação de peças de pequenos comprimentos. Na 
figura 5.9 estão mostr<~das. como exemplo, as ferramentas para produção 
de hastes para parafusos em dois estágios: uma matriz e dois punções. O 
processo é intermitente c se repete até que a última peça do lote seja 
produzida. A baste é cortada no tamanho necessário, em seguida é 
introduzida pelo primeiro punção na matriz e a cabeça da haste é 
c<>ncluída pelo segundo punção. Na pmte superior da figura 5.9, vê-se o 
primeiro punção que introduz a baste oo furo e, ao impactar com a matriz, 
forma parcialmente a cabeça do parafuso (primeiro estágio). Na parte 
inferior da figura vê-se o segundo punção que, ao impactar a matriz, 
finaliza a cabeça do parafuso (segtmdo estágio). Finalmente, a haste 
cQnfomlada é extraída da matriz e o processo se repete. A figura 5.1 O 
mostra a seqüência de formas assumidas pelo produto ao longo do 
processo de extmsão: haste, primeira pancada (pré-tonna) c segunda 
p<mcada (produto final). 
Figura 5.9 Processo de extTusâo por impacto em dois estágios. 
haste 
Primeira 
pancada 
T 
segundo 
pancada 
Figura 5.10 Etapas do processo de extrusào por impacto. 
Extusâo de pré-forma ou de pó metálico 
Uro outro úpo de procedimento bastante utilizado para a 
fabricação de peças ou perfis de ligas não trabalháveis é a extrusão de 
pré-forma ou a extrusão de pó metálico pré-compactado. No caso da 
extrusiío de pré-fmma, o pó metálico deve ser misturado com um ligante 
orgânico que se volatilize em baixas temperdturas durante a compactação 
prévia no interior do container. A sinteri?.ação do pó metálico livre do 
ligante é realizada na saída damatriz. O calor do pré-aquecimento 
somado ao calor produzido pelo atrito interno (deformação plástica) c 
externo (abrasividade metal / matriz) devem ser sulicientse para ativar a 
difusão e promover o caldeamento dos grãos (sinterização) antes da saída 
da matriz. 
Figura 5.1 1 Processo de extrusã.o de pré-forma ou de pó metálico. 
Além de produtos de ligas de alta resistência este processo 
também é utilizado pam produção de outros produtos como gmfites, 
escovas (contatos) para motores de corrente contínua e eletrodos 
c.onsumíveis para processos de fusão a arco elétrico. 
Extruscio de revestimento para jios e arames 
Os eletrodos usados nos processos de soldagem a arco elétrico 
são revestidos por um processo especial de extusão. A figura 5.12 mostra 
esqucmaticameote como funciona o equipamento para produzir o 
revestimento. O arame (alma do cletrodo) passa pelo containcr contendo 
a massa para revestimento com velocidade intetmitente V0. Esta massa 
pastosa sob pressão P produzidn pelo pistão sai do container, revestindo 
continuamente o amme. Antes de completar o tamanho do eletrodo o 
estran&rulador fecha-se parcialmente, nào permitindo a saída de massa. 
Desta fonna uma pequena parte do eletrodo tica sem revestimento (arame 
nu) para servir como contato. A partir deste ponto, o eletrodo é então 
cortado e o processo continua. 
Cortador 
Estrangulador-........... 
--Selagem 
Anime nu 
~1assa 
pas10sa 
Figuro 5.12 Processo de exrmscro de pré-rorma ou de pó metálico. 
F.stc processo também serve para revestimento plástico de fios 
elétricos (condutores) e blindagem com chumbo para cabos transmissores 
de sinais, onde a massa pastosa é substituída por plástico c chumbo 
fundidos, respcctivamcmc. 
éxlriiStio de 111/xJJ 011 fX!ÇOS ,.-o=adas 
Os perfis vazados ou tubos sem costura podem ser feitos por 
cxtrusão direta. O segredo está na matriz, geralmente confeccionada em 
diversas partes, para possibilitar a usinagem dos canais de escoamento 
por elctro-erosào. Depois de usloadas. as peças são montadas 
cuidadosamente, preservando-se o alinhamento dos canais de 
escoamento. i\ ligura 5.13 mostra o corte de uma matriz para produção 
de tubos sem costura. Do lado direito. vê-se a face de entrada do metal 
com <tuntro furos e do lado esquerdo a face de saidu com o furo em fonna 
de anel. O fluxo de metal entra na matriz através dos quatro furos e 
converge nas proximidades da saída. O contato entre as quatros partes de 
metal s.~o soldadas por difusão (caldeamento) ainda no interior da matriz. 
fonnando uma peça continua com seçào em fonna de anel. 
I I 
I 
Figuro 5.13 Motriz de cxtrusão para tuho sem CMtura. 
A figura 5.14 mostra uma matriz (duas peças) para produção de 
perfil vazado de seção retangular. Observa-se nesta fig11ra os pinos (P) e 
seus correspondentes furos (F) para centragem da matriz durante a 
montagem. Os demais tl1ros vistos cm ambas as partes servem para 
fixação da matriz ao container atmvés de parafusos. 
Figura 5.14 Matriz de extrus;io par4 um perfil relangular vazado. 
Extmsão Hidrostâlica 
Neste processo de cxtntsuo o metal escoa através do furo da 
matriz sob a ação da pressão hidrostática aplicada uniformemente ao 
tarugo. Esta pressilo é produzida por um fluido continuamente bombeado 
para o interior do containcr. l!ste modo de cxtrusão não é novo c remonta 
ao final do século XIX, quando foi depositada uma primelra patente deste 
processo na Inglaterra, em 1894, por J. Robertson. Sem aplicação 
industrial, esta patente logo caducou e, mais de um século depois, 
Bridgman (1952) e Pugh ( 1964) apresentaram soluções técnicas que 
tornaram possível a aplicaçilo da extrusão hidrostática em escala 
industrial. 
A defonnaç-:io homog€nea imposta aos materiais produzido$ por 
este processo assegura a qualidade do extrudado. Para isto, todo o tarugo 
deve ser previamente processado de modo que uma das extremidades 
possa se ajustar ao furo da matriz. formando um selo mecânico. Além 
disso, toda a superfície do tarugo deve ser usinada para eliminação de 
defeitos que tendem a apar~>ccr na superlicie do ex trudado. 
principalmente quando baixas razões de extru.•ào são usadas. 
As concepções para o processo de extrusllo hidrostática são 
variados e dependem em parte da geometria do produto a ser fabricado. 
Na figura 5.14 vemos a cxtrusllo hidrostática de um tamgo numa matriz 
cõnica. A pré-forma (conicidade) é introduzida na matriz cónica, 
ajuMando-l>C perfeitamente ao furo. A selagem da matriz é feita pelo 
próprio material e a do êmbolo é feita por anéis retentores. É evidente que 
quanto melhor for o ajuste inicial desta pré-forma ao furo da matriz mais 
difícil será o vazamento de óleo paro foro do container. Nesta concepção, 
o container é ]>reenchido pelo Ouido e sua pres,ilo c fom~cida e mantida 
constante pelo ~mbolo móvel que penetra no containcr à medida que o 
materia l é extrudado. 
Figura 5.14 Extrusão por ação de um fluido pre.surizado. 
A pressão máxima de extrusào é função da razão de ex trusào e da 
tensão de e~coamcnto do material. Como não há atrito do material como 
o containcr, a curva cargo de ex1msiio versus deslocomento do êmbolo é 
dinamicamente equi valente à extrusão indircta (fig. 5.6). A única 
diferença está na pressão de rompimento. Na cxtrusão hidrostá tica. um 
pico de pressão relativamente alto é observado no início do processo. 
durante o rompimento. Quando um filme de lubri ficante é fom1ado entre 
o material c a matriz c o regime permanente é estabelecido. a pressllo se 
estabiliza oum patamar conforme mostrado na figura 5.15. 
(P) 
• l----~/ 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
' l)cttlt.ttonwnt(l do fmbolo 
figura 5.1 S Diagrama carga de 
extrusào l'<"r!U.f deslocamemo do 
êmbolo num proccs~o de cxtmsAo 
hidrostMico. 
Neste processo, a pressilo de exmtsão pode ser estimada pela 
equação 5.1 
P=a.ln(R)+b Eq. 5.1 
Na equação acima, (R) é a ro1.Ao de extrusào. (a) é uma constante 
que depende do material c (h) e uma constante que depende das 
condições de atrito na matrit. Baseado numa relação empírica, 
semelhante à equação 5. 1, S. Johnson ( 1968) determinou a pr~ssllo de 
extrusão (P,.J para diferentes materiais em função da razão de cxtrusilo 
(R). Os resultados estão mostrados no diagrama da figura 5.16. 
20 
15 AI 99.~~ 
~ 
" ~ lO :.: 
~ 
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" "' ... 
5 
101 102 101 104 
Rn1.Ao de Extrusão (R) 
Figura 5.1 6 Pressão versus rnnlo de cxtmsão ero diferentes mutcrinis. 
Uma outra concepção de equipamento para extrusão hidrostática 
foi proposta por uma companhia européia, Ficlding & Platt (1967). para 
produção de aramo:s de fonna contínua. como na trefilaçào ( v~r capitulo 
vn. Este processo destina-se à redução da seçào de ardmes de boa 
ductilidade. IL'Illdos como condutores elétricos (alumínio ou cobre) . 
Figura 5. I 7 Extrusão hidrostática de arames 
Devido as condiyões dinãmic<ts do processo para arames, a 
pressão do óleo é normalmente mais elevada que nos processos de 
cxtrusão hidrostática para tarugos; tornando ainda mais cr.íticas as 
condições de selagem. Mas, independentemente do tipo c concepção do 
e{)_uipamento de extntsão hidrostática, as p1incipais limitayões deste 
processo são a selagem do fluido e o excesso de pressão no iJlterior do 
containcr. A existência de uma pré-forma na extremidade do tarugo ou 
arame contribui para selagem, mas não deve evitar a fuga completa de 
óleo pelo furo da matriz. As pré-formas devem ser concebidas para que, 
no mínimo, um filme fino de lubrificante seja amlstado pelo matelial 
extrudado, garantindo a lubrificação da matriz. A pressão do fluido não é 
limitada pela resistência do container em suportar os esforços por ela 
gerados. O t:1tor limitante é a solidificação do fluido que pode acontecer 
em altas pressões. 
Baseado nas especificações dos óleos quepodem ser empregados 
na extrusão hidrostática, o limi te prático de pressão empregado é da 
ordem de I 700-I 800 MPa. 
Extrusão Angular em Canal 
A extrusâo angular em canal de seção constante é um processo de 
deformações que tem como objetivo promover o refino de grJos atraves 
de um modo diferenciado ele defonnação. Neste processo, o tarugo de 
seção quadrada (lig.5. 18) é introduzido no topo de um canal onde é 
forçado a escoar através de um outro canal, formando normalmente um 
ângulo de 90°. Em princípio, o larugo não muda de forma cQmo nos 
processos convencionais de extrusiio. Na extrusào angular em canal, 
apenas a m.icroestrutura é modificada (refinada) pela deformação. 
Para aumentar a eficácia do retino mecânic-o, a cada passe, o 
tarugo deve ser girado (rotaciooado) de 90°, de modo que a cada quatro 
passes, ele volte à sua posição inicial. A deformação plitstica produzida 
pela mudança de direção do escoamento, normalmente a 90°, gerd um 
cisalhamento excessivo entre duas cunha~ a 45° da direçâo do nuxo. 
Na interface, emre as cunhas superior e inferior (fig. 5. 18), o material é 
fortemente cisalhado, chegando a produzir o fracionamento de grãos. 
Com a repetitividade deste processo de cisalhament.o acompanhado pela 
rotayão do tarugo, pode-se chegar a grJos cnm diâmetros na escala 
nanométrica. 
Região de 
cisalhamcnto 
figura 5. 18 Diagrama esquemático da extrusão em canal angular. 
Este método de refino de grãos foi concebido por Segal1 em L 98 I 
para emprego apenas em ligas de boa plasticidade. Atualmenie, a 
extrusão angular em canal se aplica a diferentes ligas metálicas como 
aços de baixo carbono, ligas de cobre, ligas de alumínio, ligas de titân io, 
além dos elementos puros destas ligas. Tradicionalmente, o processo de 
deformação é feito a frio, embora algumas ligas só possam ser 
deformadas a quente, confonne foi mostnulo por Z. Li e/ a/1 em seu 
trabalho com o nitinol (Ni-SOTi). 
Devido aos elevados esforços desenvolvidos durante o processo. 
someote os lubrificantes de alto desempenho podem ser utili.zados. Para 
1 V, M. Scgal- Proc. 5" tnter. Aluminum Tc-chnol. Sem .. vol. 2. pp 402-407. 1992 
' Z:Li, G. Xiong. X. Cheng- Matcriots & Dcsign 27, pp 324-32~. 2006. 
extrusão em canal a frio recomenda-se o uso de lubrificantes a base de 
dissulfeto de molibdênio (MoS2). Por demanda da indústria aeroespacial·'. 
materiais de baixa trabalhabilidade com o aço ABNT 4340 e a liga 
comercial de titânio T A6 V foram processadas a q11entc por extrusão em 
canal. 
Se o processo de defotmaç.ão for feíto a quente recomenda-se 
lubrificantes a base de gratlte, onde tanto a matriz quanto o tarugo devem 
ser previamente recobertos pelo lubrificante. Para os casos mais críticos 
de temperatura pode ser utilizado como lubri ficante as micro-esferas de 
vidro', que também é aplicado a matriz e ao tarugo. (Ver§ 5. 5). 
5.5 LubrificaçAo na ExtrusAo 
Os processos de extrusâo direta podem ser realizados com ou sem 
lubrificação. Na extrusào sem lubrificação, o diâmetro do êmbolo ou 
ci lindro deve ser necessariamente menor que o diâmetro do container. 
Durante o processo, à medida que o êml>olo se desloca. vai sendo criada 
uma casca (Shell) internamente ao contaiocr devido ao cisalbarncoro no 
material produzido pela diferença entre os diâmetros. Esta casca dever ser 
removida ao final da extrusào e constitui-se um grande inconveniente do 
processo nestas condições. Em alguns casos. a ausência de lubrificante 
pode ser suprida por um revestimento anti-fricção nas paredes do 
containcr. 
O material para o revestimento interno do container é feito com 
um material extremamente duro em relação ao material a ser extrudado. 
além de ter boa estabilidade ténnica para não se degradar pelo efeito da 
temperatura do processo. Algumas ligas quase cristalinas ( quasi-cristal) 
podem ser empregadas para tal fun, pois atendem as exigências térmicas 
e mecânicas do processo (antifrieção). 
Lubrificantes 
Baixas temperaturas 
ru.nbientc<T< l 000°C 
Graxas; grafite; l\1oS1 ; mica; 
bctonita; asfalto; etc. 
Vidros (micro-esferas) e pós de rochas a 
base de feldspato. 
' S, L. Semiatin, O. P. DcLo- Matcriats c Dcsign 21, pp 3tl·322. 2000. 
' Ugine Séjoumct. tubrilicantcs de auto dcscmpçoho para cxtruSôo. 
Nos processos de extrusâo com lubrificação, o lubrificante é 
selecionado em função da temperatura de processo. De um modo geral. 
os lubrificantes para extntsão devem ter estabilidade tcrmoquímica (oào-
degradável), elevado ponto de fitlgor (não-volátil), baixa resistência ao 
cisalhamento (viscoso) e baixa tens;io superlicial para cobrir todo o 
material em processo (molhabilidade). A tabela 5.1 mostra al!;\uns dos 
lubrificantes mais comuns usados na extlllsão: 
O uso de micro-esferas de vidro como lubrificante para processos 
de extrusão foi desenvolvido pela Ugine-Séjournet para produção de 
perfis em aços ou em ligas não-ferrosas usadas na indústria aeroespacial 
européia. Neste processo, o tarugo aquecido é mergulhado num tanque 
contendo as micro-esferas de vidro, que aderem à superfície do mesmo. 
Durante o processo de extrusào, as micro-esferas deslizam entre o tarugo 
c as paredes do conta iner, como se fossem rolamemos. Isto acontece 
durante wn curto período de tempo porque todo este material vítreo 
funde-se rapidamente com a elevação da temperatura na superficie do 
tarugo, causada pelo ca.lor gerado pelo atrito i11terno da deformação. 
Independentemente do tipo de lubrificante, quando a lubrificação 
é eficaz, as linhas de fluxo (horizontais) são paralelas c sem perturbação 
(fig. 5.19), convergindo para o furo da matriz na zona de fluxo restringido 
(zona hachurada). Sem atrito, a velocidade do material no container é 
constante e o seu perfil (linhas verticais) só é perturbado na região de 
fluxo restringido. 
Figum 5.19 Linhas de fluxo num processo com lubrificação eficaz. 
Quando a lubritlcaçào é inadequada, tanto as linhas de lluxos 
quanto os perfis de ' 'elocidade sofrem modificações que se intensificam 
na medida em que se aproximam da matriz (fig. 5.20). A velocidade de 
escoamento é ligeiramente maior na região central do tamgo. O airito faz 
crescer as áreas de tluxo restringido e, estas por sua vez, impoem 
curvaturas ainda maiores aos perfis de velocidade no momento em que 
tocam as áreas de restrição ao th1xo. 
I I I \ \ '\, '\ 
1 I 1 ' '. 
' . 
' ' ! I 
' ' 
Figura 5.20 Processo de extrusào com lubrificação inadeqt1ada. 
Quando a lubrificação é inefic.az, as linhas de fluxo c os perfis de 
velocidade são completamente perturbados. Nesta condição, o material 
praticamente cola ao container e o escoamento é restrito à região à região 
central do tarugo (fig. 5.2 1). 
Figura 5.21 Processo de extmsão sem lubrificação. 
Este eleito é conhecido como fricção pegajosa e também pode ser 
observado quando um material pré-aquecido é coloc.ado oo container frio. 
A superfície externa do larugo resfria-se muito mais rapidamente que a 
parte interior do material. g~rando gradientes na tensão de escoamento 
(da superfície para o centro do tarugo) que perturbam, de modo 
semelhante, o escoamento do metal no interior do contai ner. 
5.6 Estimativa de Esforços de Extrusão 
Os esforços de extrusão devem ser detemlinados analítica ou 
numericamente, de modo predizer ou a reproduzir os resultados obtidos 
experimentalmente. Entretanto, em algumas vezes na indústria é 
nec.essário que se tàça uma estimativa da carga de extrusão para uma 
simples seleçào de equipamentos. Nestes casos, o cálculo e muito simples 
e rápido para a tomada de decisão. Conbecendo·se a área do perfil ou dos 
perfis extrudados a carga de extmsào pode ser estimada através da 
equação 5 .I. 
Eq. 5.2 
Na equação acima, (Ao) é a área do tarugo (in icial) e (A1o) é a área 
do perfil extrudado. A constante de extmsão(K) rem um valor tabelado 
para cada material cm função da temperatura (lig.5.22). O valor desta 
constante também deve incorporar ao trabalho plástic.o útil. o trabalho 
devido ao atrito e o trabalho redundante. A relação AtiA" é denominada 
razão de e.xtrusào (R). Em aços deformados a quente. a razão de extrusào 
pode ser de 40: I, enquanto que nas ligas de alumínio a razão de extrusão 
pode chegar a 400: I . 
Exemplo: Um tamgo de alumínio com 25 cm é pré-aquecido à 47s•c e 
em seguida é extrudado. Considerando-se que um incremento de 
temperatura de 25"C foi produzido pelo atrito (intcmo e externo) c a 
razão de extrusão é de 400: I. estime o esforço de extmsão. 
Solução: De acordo com o diagrama da figura 5.22, pan1 o alumínio a 
T=500"C o valor de Ké igual a 10Kgf/mm1. Substituindo-se os valores de 
A0, R e K na equação 5.1 obteremos F=2.939.562,3 Kgf/Ollll1 ou f "' 2.940 
Ton. 
Temperatura (•C) 
o 
"" "' 
" 
80 
l: 60 
" IW 
.. 
., 
~ 40 
:: 
" 
-"' c 
8 20 
654 
~I 
1000 
992 1330 1667 
Mo 
1500 2000 2500 
Temperatura ("F) 
Figura 5. 22 Diagrama constante de extrusão (K) versus tempemlum. 
5. 7 Taxa de Deformação de Extrusão. 
A taxa de deformação em. processos de extmsào é variável ao 
longo de um comprimento {L6), dentro do qual as linhas de fluxo 
convergem para o furo da matriz (fig. 5.23). 
-V o 
Figura 5.23 Linhas de !luxo no 
interior de um container. 
V o 
r ----+--
• Vu v,~ ~ 
' 
' 
' 
Figura 5.24 Componentes radial e 
horizontal da velovidade. 
Sendo a taxa de defonnação determinada pela velocidade radial, 
fica evidente (fig.5.24) que sua determinação é extremamente complexa. 
pois varia diferentemente em cada linha de fluxo, do início ao fim. dentro 
da zona de deformação. 
V,D 
v,. v.o .. 
v" 
Figura 5. 25 Proporcionalidade entre segmentos na zona c-onsiderada 
Diante desta di ficuldade, vamos considerar a linha de nuxo mais 
externa, por ter esta uma condição de velocidade mais crítica; ou seja a 
que maior ' 'ariação apresenta na região de nuxo restringido (L,1). 
De acordo com o princípio da continuidade de fluxo, podemos escrever: 
Eq. 5.3 
Pela proporcionalidade do triângulo da figura 5.25, o valor de (D) pode 
ser dado pela equação 5 A 
Eq.54 
Substituindo-se o valor de (D) na equação 5.3 podemos explicitar o valor 
da velocidade horizontal ( Vti)-
Eq. 5.5 
A equação 5.5 nos mostra que à medida que nos aprox imamos da 
matriz, maior é a velocidade h.orizontal (velocidade de fluxo). A 
velocidade horizomal varia com inverso do quadrado da distância (L). A 
proporcionalidade do triângulo da figura 5.25 também vale para as 
velocidades: assim podemos escrever a velocidade radial em função da 
velocidade horizontal (eq. 5.6). 
v { Z.. 
V. = _L_
2
• tga 
" L Eq. 5.6 
Por definição, a taxa de defonnação é dada pela equação 5.7 
I /;' = Dy.i \IR Eq. 5.7 
Com vn = 2VR, a equação 5.7 pode ser reescrita como 
Eq. 5.8 
De acordo com a equação 5.8, a taxa de defonnação é função apenas de 
(L) e varia continuamente no intervalo (li-> L3). Assim sendo, um valor 
médio (&M) pode ser obtido por integração da f11nção s(L) neste intervalo. 
Eq. 5.9 
Para fugirmos da iudctcnuioação, substituímos o zero (inicio do 
intervalo) por 8 que na prática pode ser considerado LI / 00; ou seja um 
centésimo da zona de fluxo restringido. Após a integração da equação 5.9 
no intervalo considerado teremos 
• 1 4V0L~ [ I 100] 
&M =(L _LJ / ) Do tga - L,,+ Ls Eq. 5.10 
· J / 100 
A taxa de defonnação média (1(,1) para o processo de extrusào é ])Ortanto 
. v: 
CM = 400-0 tga 
Do 
Eq. 5.11 
Na prática, os parâmetros geométricos do escoamento, com comprimento 
{Lrj e o ângulo {a), podem ser detenninados a partir do descarte (refugo) 
do tarugo, ao fmal do processo de extnasão. Para cada condição reológica 
praticada, a altum do d~scarte (ponto f da (ig. 5.4) deve coincidir com o 
comprimento (L.~ das zonas de fluxo restringido. 
5.8 Defeitos de Extrudados 
A matéria prima para os processos de extnasão direta ou iodireta 
normalmente são tarugos produzidos por solidificação controlada seguida 
de tratamento ténnico para homogeneização da composição c 
uniformização da microestrutura. Esta condição do tarugo dá 
confiabilidade ao processo, assegurando a qualidade do extrudado. Com a 
qualidade da matéria prima assegurada, os defeitos dos extrudados, 
embora raros, nonnalmcnte são produzidos por falhas do próprio 
processo. 
Os defeitos mais comuns de um extmdado são os riscos ou ranhuras 
superliciais (Jig. 5.25) produzidos por desgaste ou quebra no paralelo da 
matriz (saída). Em princípio, os riscos e mnhums causam problemas 
apenas pelos aspectos estéticos mas, quando profundos, podem 
comprometer a integridade estrutural do extrudado. Além dos riscos e 
ranhuras também podem ser encontrados nos extrudados rugas ou 
empenos que são produzidos por um desalinhamento da matriz. Este 
desalinhamento da matriz pode ser produzido dumnte a sua montagem ou 
ao longo do processo, causando aumento no escoamento de metal em 
alguns dos canais internos em detrimento da redução em outros. Este 
nuxo de material descompensado, entre os canais alimentadores que 
culminam na área de convergência da matriz, causará graves problemas 
ao extnadado. A parte da superfície do extrudado que recebeu um volume 
maior de material tenderá a ficar enrugada após o caldeamemo: 
considerando-se que ela será unida junto com as outras partes da 
supcd1eie que receberam Lun volume menor de" material. Como resultado 
da união do material (caldeamento), serão geradas tensões trativas na 
região que menos recebeu material e tensões compressivas na região na 
região que recebeu mais materiaL Depois de resfriado, o extrudado 
deverá apresentar rugas c empcnos cm toda a sua extensão (Fig. 5.26). 
Figura 5.15 Ris«Js produridos por 
desgaste no paralelo da matriz. 
Figuro 5.26 Rugas produ1idas por 
desalinhamemo da matriz. 
Outros defeitos que podedio ocom:r nos cxlrudados são decorrentes 
du fricção pegajosa. O conlalo direto do material com o container 
(ausência de lubrificante) pode produzir um forte aquecimento. oxidando 
localmente o material. As panículas de óxido que se desprendem da 
supcrficie do container, caem nas linhas de nuxo e tenninam nas regiões 
centrais das seções do extrudado, gerando defeitos macroestruturais 
consideráveis. 
Exercícios propostos 
1- Descrever qualitativamente os processos de exlnasão dirclll c indireta 
mravés de um diagrama Pressão x deslocamento do êmbolo no 
container. 
2- Descreva as principais caracteristicas das matrizes utilizadas no 
processo de extrus~o. 
3- Quais as vantagens e desvantagens das prensas de exlrusào horizontais 
c verticais'? 
4- Porque as matri<(CS de extrusào empregadas cm materiais de alta 
resistência não dc•cm ter a face plana? 
5- Que caracteristicas devem ter os lubrificantes empregados nos 
processos de extrusão a quente? 
6· Quais as condições de processo para ocorrência da fricção pegajosa 
num processo de cxtrusão'> 
7- Descreva quais são os defeitos mais comuns encontrados nos 
processos de cxtrusão? Quando possível. explique os mecanismos 
geradores do defeito considerado. 
8- Qual a diferença entre percentagem de defonnaçào e é razão de 
cxtnasào'? 
9- Descrever o processo de extrusilo hidrostática. Quais são os aspectos 
que efetivamente dificultam a aplicação deste processo na prática? 
10- Descrever o processo de extrusilo angular em c:ma l. Quais as 
dificuldades operacionais mais relevantes? 
11- Como pode ser estimado o efeito do trabalho redundante em um 
processo de exlrusão ? 
Referências Bibliográficas 
GEORGE E. DIETER- Metalurgia mecânica Ed. Guanabara dois, 
1982. 
~1. IIELMAN. P. R. CETLIN - fundamcmos da confonnaçilo mecânicados mc1.1is Ed. Guanabara dois, 1986. 
J. Yl. MEVERS, K. K. CHAWLA - Principios da metalurgia mecânica -. 
Ed. Edgard lllucher, 19~2. 
K. Li\ UE, II. STENGER - Extrusion - Ed. ASM i\mcrican Society For 
Metal, 1981. 
METALS IIANDBOOK - Fonning and Forging, Vol. 14; ASM 9m 
edition. 1996. 
METALS HAI\"'BOOK - Mechanical Testing, Vol. 8: ASM 9~~> edition, 
1996. 
HTIP//WWW.CIMM.COM.BR/matcrialdidarico -> Confonnação + 
Estmsão. 
HTIP://OCW.MIT.EDU/OcwWeb/Mechanicai-Engincering/ indcx.htm 
-> Plastic Dcformation. Metais Forming. 
6 
TREFILAÇÃO 
6.1 Introdução 
A trcfilação é um processo de confom1ação plàstica utilizado, 
para produção de fios, cabos e arames. Este processo é também utilizado 
para acabamento superficial ou correçào dimensional de tubos, barras ou 
arames. Antigas civilizações já produziam. há mais de 3000 AC, argolas, 
elos e ornamentos utilizando um rna1erial que poderíamos considera·lo 
como o precursor do arame. Entretanto, a làbricação de fios c arames tal 
como conhecemos hoje só teve início no século XIV, pouco antes do 
período renascentista. O processo consiste em tracionar-se o material a 
ser deformado, passando-o através do furo de uma ferramenta, confom1e 
ilustrado na figura I. Uma parte da deformação plástica é produzida pela 
rcação da matriz no material e outra parte pela cstricção. Quanto mais 
dúctil for o material. maior será a contribuição da estricção para a 
redução. 
Reaçio 
Eslrieção 
Figura 6. 1 Esforços desenvolvidos durante o processo de trelilaç:ão. 
A ferramenta utilizada no processo é denominada de fieira e seu 
furo é côoico para possibilitar a redução do diâmetro do tio ou arame com 
a manutenção de volume. Isto é, a redução é feita sem produzir perdas de 
material. A fieira é constituída de um núcleo feito de um material 
extremamente duro que é alojado numa carcaça de aço carbono. Vários 
são os materiais com os quais se pode fabricar o núcleo das tieiras. Os 
aços resistente$ ao desgaste, os produtos cerâmicos (óxidos) sinterizados 
são alguns destes possíveis materiais. Tradicionalmente, os núcleos das 
fíeiras são fabricados cm carbeto de tungstênio (WC); um material 
extremamente duro. barato e de fácil fabricação. A grande vantagem 
deste material é o seu reaproveitamento. Se que um furo se desgasta, 
excedendo as dimensões de norma, a fieira pode ser re.aberta 11ara bitolas 
imediatamente superiores. Para produção de fios resistentes e duros, os 
núcleos de ficiras também podem ser fabricados com o diamante 
sintético, mono ou rolicristalino. Apesar do custo bem mais elevado, 
algumas indústrias vêm substituindo o carbeto de tungstênio por diamante 
e justificam seu uso pelo aumento de produtividade que compensa o custo 
inicial . 
n - ângulo de redução 
~ - ângulo de entrada 
Núcleo dn Fieira 
Carcaça da Fieira 
Figura 6.2 Ferramenta utilizada no processo de tretllação. 
A geometria do núcleo é mu.ito peculiar, conforme pode ser visto 
na figura 6.2. O paralelo é um furo com as dimensões externas do produto 
a ser !refilado. O ângulo a é o ângulo de redução ou aproximação e deve 
ser determinado de modo a maximizar a vida útil da ferramenta com um 
menor consumo de energia (ver parágrafo § 6.7). O ângulo ~ é o 
ângulo de entrada que, justamente com a sinuosidade da entrada, serve 
para auxiliar a lubrificação que, preferencialmente, é feita com produtos 
sólidos. 
Embora os óleos e graxas possam ser usados como lubriticanle, é 
recomendável que se use os lubrificantes sólidos (sabão) a base de 
cálcio, sódio ou lítio. O sabão é um lubrificante seco na forma de pó que, 
ao ser colocado na caixa porta-ferramenta, deve cobrir completamente o 
tio e a fieira, sem o risco da formação de túnel (fig.6.3). A eficácia da 
lubrificação é garantida quando o fio c a ferramenta estão completamente 
submersos no sabão. 
Guia do Fio Fi eira 
Figura 6.3 Caixa porta-ferramenta da Lrefila. 
Todo o processo de deformação é feito a frio. muito embora seja 
produzida uma boa quantidade de calor devido à própria deformação 
(atrito interno) e. principalmente. devido ao atrito externo (metal I fieira). 
Para refrigerar a fieira, a caixa porra-ferramentas é dotada de canais para 
circulação d'água. A velocidade empregada na trefilaçào depende das 
propriedades mecâtúcas do material !refilado, do material da iieira, da 
lubrit'icação c da refrigeração empregadas. A velocidade deve ser 
selecionada objetivando-se a maximização da vida útil da ferramenta. 
Dependendo destes parâmetros. pode-se trefilar fios e ammes com 
velocidades compreendidas entre I O e I 00 rnls. Grandes reduções podem 
ser feitas em sucessivos passes com detormações compreendidas entre 
17 e 22%, em média. O percentual ideal de redução por passe é definido 
em flinção da homogeneidade da deformação. Dependendo das condições 
iniciais da matéria prima é possível produzir-se reduções totais de até 85 
a 90%, sem tratamentos lénnicos intem1ediários. Se a matéria prima (fio 
máquina) apresentar ovalizações ou defeitos superficiais. um passe com 
uma pequena redução de 2 a 5% deve ser realizado para as devidas 
correçõcs. Entretanto, passes sucessivos com dcfomtaçõcs inferiores a 
5% devem ser evitados para não causar problemas microestruturais 
produzidos pela não homogeneidade da defom1açào. Passes com 
pequenas reduções, só para iniciar (correção de imperfeições da matéria 
prima) ou para ti.nalizaf o processo (ajuste dimensional). Defeitos 
semelhantes também são produzidos quando são aplicados sucessivos 
passes com dclonnações superiores a 25 %. Os mecanismos geradores 
destes defeitos serão explicados posreriormenle no parágrafo§ 6.5. Para 
um bom programa de passes, recomenda-se reduções médias em tomo de 
17 a 22%, garantindo-se, desta fon11a, que toda a seção do arame ou fio 
seja defonnada homogeneamente. A homogeneidade da detonnaçiio é, 
portanto, o critério para definição do valor percentual da redução. 
6.2 Preparação da Matéria Prima 
O fio máquina é a matéria prima para indústria de lrclilação. 
Normalmente, o fio máquina é comercializado para as indústrias de fios, 
cabos, parafusos, pregos e ammes farrados nas bitolas de 5,50 e 6.34 mm 
e, muito raramente, em bitolas superiores. Sendo um produto siderúrgico 
produzido 1>or laminação a quente, o fio maquina apresenta uma fina 
carcpa c.onstituida de diversos óxidos. Esta carepa muito dura, quando 
não removida. atua como abrasivo, reduzindo dmsticamente a vida útil da 
fieira. Tradicionalmente, a eliminação desta caret>a de óxidos é realizada 
por um processo de decapagem química ou mecânica. 
Na decapagem química, o material é imerso numa solução aquosa 
a 20% de ácido sulfúrico (H2SO.) ou de ácido clorídrico (HCI). O tempo 
de dccapagem depende da espessura da carepa. Para maior eficácia do 
processo, a solução deve ser mantida a 40°C. Depois de removida a 
carepa, o fio máquina deve ser imediatamente retirado do tanque de 
decapagem para neutralização. Para isto, deve ser imerso num tanque 
com óxido de cálcio (CaO) ou, opcionalmente, numa solução aquosa a 
10% de cianeto de sódio. Depois da neutralização, o fio máquina pode ser 
seco numa estufa e encaminhado para a !refilaria. Opcionalmente, pode 
ser feita uma deposição eletrolítica de um tilme de cobre ou estanho para 
possibilitar o aumento da velocidade de trefilação de tios e arames de 
aço. A decapagem química é muito dispendiosa pois gera resíduos que 
devem ser neutralizados para não degradar o meio ambiente. O 
lmlamento destes resíduos normalmente é mais dispendioso do que os 
insumos uti lizados pela decapagem; por isso este processo vem sendo 
gradativamente eliminado na indústria. 
A dccapagcm mecânica vem ganhando, cada vez mais, espaço na 
indústria de trefilaçào à medida que as leis de proteção ambiental passam 
a ser exigidas com mais rigor. A decapagem mecânica não geraresíduos 
que não sejam reaproveitados: os óxidos eliminados retomam à própria 
siderurgia. Neste processo. os óx idos da carepa do fio máquina são 
removidos por quebra e escovamento. O fio máquina ao passar 
ziguezagueado entre os roletes dispostos horizontal e verticalmente (Fig. 
6.4) tem toda a carepa quebrada devido à flexão alternada em duas 
direções. Depois passar pelos roletes, o tio máquina é finalmente 
escovado e encaminhado para a etapa seguinte do processo de trefilação. 
Figura 6.4 Decapagem mecânica do fio máquina. 
As bobinas de fio máquina produzidas pela indústria siderúrgica 
pesam em média 0,8 a I ,O tonelada com I ,2 a I ,5 m de altura. A 
limitação do peso e das dimensões das bobinas tem como objetivo 
facilitar o transporte e armazenamento nos pálios internos das indústrias; 
normalmente feitos por gruas ou empilhadciras. 
~~ 
...- Anel produzido pela F~~-'"'1~~~-~,-"f soldagem de topo 
Figura 6.5 Processo de soldagem do llo máquina 
Para que o processo de trefi lação não seja inien·ompido, a cada 
bobina tretilada é necessário que as extremidades dos fios sejam 
emendadas. Desta tonna toma·se poss[ vcl a trcli laçào continua de várias 
bobinas. A junção das extremidades dos uos máquina é feita por solda 
elétrica de topo, onde o consumível é o próprio fio. A figura 6.5 mostra 
esquematicamente o processo de soldagem de topo com a formação de 
um anel na junção das duas extremidades. Este anel que normalmente é 
formado durante a soldagem, quando muito saliente, deve ser removido 
por esmerilhamento para não danificar a fieira durante a sua passagem 
pela redução. 
6.3 Equipamentos para Trefilação. 
O equipamento utilizado na indústria de trefi laçào é a tretila ou 
trefiladora. Este equipamento, em S\Ja torma mais simples, é constituído 
de um desbobinador e de um cabeçote motorizado com porta ferramentas, 
sarrilho e rebobinador (lig. 6.6). 
Rebobinador 
Porta 
ferramentas 
......... 
Desbobinado 
Figura 6.6 Equipamentos usados para a trcfilaçào 
O fio. ao sair do desbobinador. passa pela fieira para redução e, 
cm seguida, é rebobinado na própria trcfila com o auxilio de um carretel 
cõnico ou saJTilho. A lieira localiza-se no porta-ferramenta que é fixo ao 
bloco da máquina. A trefiladora pode ser de cabeçote simples ou de 
cabeçotes múltiplos. A máquina de cabeçote simples (fig. 6.6) é usada 
como equipamento periférico, em pequenas indústrias de parafusos, 
pregos e grampos. Nesta pequena trefiladora é realizada uma única 
redução no arame ou íio para adequação de suas dimensões. A máquina 
de cabeçote múltiplo (fig. 6.7) é usada nas grandes trelilarias de 
siderúrgicas para produção de fios e arames, em larga escala, para 
diversos tios, Este tipo de equipamento é ainda usado nas indústrias de 
fios condutores de cobre e nlumiJlio. onde reduções múltiplas são 
requeridas. 
Figum6.7 Trefilador;l de cabeçotes mliltiplos 
6.4 Definição de Trabalho Redundante 
Para entendermos e quantificarmos o trabalho redundante, vamos 
considerar um estiramento realizado numa fieira de baixo atrito e 
compara-lo a um outro cstiramcoto produzido por tração uniaxial (fig. 
6.8). Com este método, o trabalho redundante do processo de trcfilação 
pode ser determinado facilmente por comparação entre os valores da 
defom1ação verdadeira s com o da deformação vimtal s•. No diagrama 
da figura 6.8, a linha tracejada é relativa aos esforços desenvolvidos por 
trefi laçilo, enquanto que a linha cheia é relativa aos esforços 
desenvolvidos por tmção uniaxial. Ambas apresentam valores du tensào 
de escoamento em função da deformação aplicada. Para se alongar um fio 
com valor de defonnação s, por tração uniaxial, é necessário aplicar-se 
uma tens;1o de valor au. Este mesmo alongamento &só seria possível por 
trefilaçào, se fosse aplicada ao tio uma tensão no valor de aT. Entretanto, 
com este nível de tensão arscria possível alongar-se o fio de um valor t:*, 
muito maior que &, se o mesmo fosse defommdo por tração uniax ial. 
Como a área sob a curva tensão .r deformação e proporcional à energia da 
deformação, a energia dissipada por traçào uniaxial para realização do 
alongamento c é simplesmente Up (tmbalho plástico útil). 
cr 
or --------------~~~~r:::: 
... ... .. . 
cru 
e(%) 
e' 
Figura 6.8 Esforços em !ração uniaxial (<>11) c em tretilação {o1 ). 
Tomando-se ainda como referência a hipotética curva de 
trefilaçào, (tracejada) podemos dizer que a energia dissipada para 
produzir-se um alongamento e, por trelilação, é equivalente àquela que 
seria necessária à realização de uma deformação virtual e* por !ração 
uniaxial. A diferença entre as áreas sob a curva de traçào, relativas às 
deformações c c a• é o gasto suplementar de energia que cotTesponde ao 
tmbalho redundante U,q na lieira. Portanto, para os processos de 
trefi lação, o tntbal11o redundante pode ser obtido a pattir da relação <1> = 
t •lc, conforme será discutido no parágrafo § 6.6. 
6.5 Influência do Ângulo de Redução 
O tmbalho plástico ou útil na fieira depende unicamente da 
redução que é dada pela dilerença entre os diâmetros de entrada e saída 
de matetial. Seu valor é invmiável e, portanto, não depende do ângulo da 
tieira. Numa fieira, existe ainda a considerar, as energias dissipativas que 
i?crementam o valor da energia total necessária ao processo de redução. 
A medida que o ângulo da fieira aumenta a dissipação devida ao atrito UA 
dimimLi. Este lillo se justifica porque quando o ângulo aumenta, a 
deformação passa a ser feita praticamente pela redução, reduzindo-se 
assim a componente horizontal da força de atrito. Some-se a isto o fato de 
que quando a estricção é incrementada, o contato do material com a tieira 
diminui, reduzindo os efeitos do atrito e, por conseqUência, a energia do 
processo. Por outro lado, o trabalho redundante cresce com o aumento do 
ângulo. Quando o ângulo cresce as áreas de fluxo restringido (zona mona 
ou zona de cswgnação) também crescem, aumentando a energia 
necessári:1 à deformação. Considerando-se que o trabalho total é dado 
pela soma das contribuições individuais do trabalho plá:.tico (Up). 
trabalho redundante (U,J e trabalho devido ao atrito (Uo), vemos no 
diagrama da figura 6.8 que quando o ângulo da ficira assume o valor a• o 
trabalho total (Ur) é mínimo . 
.. 
.., 
.. 
Q. 
., 
. :a 
o 
.. 
·~ 
" c w 
u • 
a• Ângulo da Ffelra 
Figuro 6.~ Influência do ângulo da ficim na cncrgiu dissipada. 
Nestas condições de energia mínima, o ângulo de redução a• passa a ser 
denominado de ângulo !\timo da fieira. 
Assim como a energia, os esforços de trcfi laçào também são 
influenciados pelo ângulo de redução. Para valores de a cm torno do 
ângulo ótimo. a tensão de trefilação assume um comportamento 
parabólico, semelhante ao da energia (fig. 6.8). Para um material de boa 
ductilidade, o componamento da tensão de trefilação tem um 
componamento mostrado na figura 6.9. Quando um ceno valor crítico 
( ad é atingido. o crescimento da tensão é atcnnuado devido a cstricç-.1o 
que aumentu. Este componamento de pouco crescimento da tensão 
perdura até que nenhum escorregamento metal I fiera seja produzido. 
Nesta condiçao, o ângulo de redução é chamado de supercrítico ( a.w). 
valor a partir do qual a tensão de trcfilação volta a diminuir até se 
estabi lizar. Este resultado se j ustifica pelo fato do matcrinl nesta -condição 
ser descascado ao invés de. reduzido. 
III~ 
a• aoc ,\ngulo da Ficirn 
Figura 6.9 1nfluência do üngulo da fieira na tensão de trefilação . 
6,6 Estimativa de esforços na tretilação 
O cálculo analítico de esforços desenvolvidos pelo processo de 
trefilação foi mostrado no capitulo lll. § 3.3. Naquele parágrafo, vimos 
(fig. 3.14) que os esforços de trcfilação foram calculados considerando-se 
que a reaçào da fieira era dada por uma pressão média.Os efeitos do 
atrito também foram considerados na equação 3.75, mas o efeito do 
trabalho redundante nilo foi considerado. Levando-se cm conta que o 
p:rrfímetro w-t·*ll: pode ser deten11inado facilmente em cada uma das 
etapas do processo (um valor paru cada redução. em confom1idade com§ 
6.4 ), o cálculo de esforços por redução passa a ser dado pela equação 6. 1. 
Eq. 6.1 
A equação 6.1 é na realidade a equação 3.75 modificada pela 
introdução do par.imctro +· Para treliladora de passes múltiplos. o arame 
ou fio é submetido a uma tensão a ré que aumenta o valor da t~nsào de 
trefilação ( aF) a partir do segundo passe. É preciso considera-se que, 
em bum a tensão ( ap) cresça devido à tensão a ré, o desgaste da ti eira é 
reduzido. A redução no desgaste da ferramenta se justifica JlCio 
incremento da estricção sofrida pelo fio durante a trefilação com tensão 
nas duas extremidades. 
6. 7 Efeito dos Parâmetros de Trefilação Sobre a 
Microestrutura 
O correto sequenciameoto das reduções por passe é uma .condição 
necessária para a produção de tios ou arames sem defeitos. Quando a 
redução por passe e corretamente especificada (17<15<22%), a 
deformação é homogênea e todo agregado policristal ino a looga-se 
uniformemente na dircção do cstiramcmo 
Figura 6.1 O Defonnaçilo bomog&lea durante a trcfilação. 
A figura 6.1 O mostra que a estrutura de grilos equiaxiais, antes da 
redução, é substituida por uma estrumra de grãos alongados produzidos 
pela trefilação com defomtaçào homogênea. Se a redução por passe é 
pequena (õ<<l 0%), a defomtaçào não tem profundidade e o alongamento 
c localizado apenas na supcrl1cic. Após sucessivos passes, os efeitos da 
não-homogeneidade da dcfonnação são revelados (lig.6. 11 ), trazendo 
sérios problemas para o produto LTefílado, confonne será discutido na 
próxima seçào. 
-
""' ~ ~ j 
f""' 
'----
Figura 6.1 1 Delbnnação não-bomogênea durante a tre11lação. 
6.8 Tensões Residuais na Trefilaçao 
Na figura 6. 12-a, vê-se que apenas os grãos da superflcie se 
alongaram, enquanto que os grãos da região central do fio ou arame 
pennanecem equiaxiais (sem deformação). Como efeito desta condição 
de pequenas reduções por passe, o material trefilado apresenta um e.stado 
complexo de tensão, com tensões trativas no centro e tensões 
compressivas na superllcie (fig.6.12-b ). Ao final de cada passe, a região 
que se alongou tende a se contrair e a região que não se alongou tende a 
se alongar, produzindo o gradiente de tensões. À medida que este 
gradiente se intensifica, com um incremento a cada passe, a probabilidade 
de trincamento interno aumenta. A continuidade do processo nesta 
condição leva o material a quebrar, com uma fratura na fonna de cone c 
taça, confonne ilustrado na figura 6. 12-c. 
~(a) 
(b) 
• 
(c) 
Figura 6.12 Efeito de passe-s sucessivos com pequenas reduções. 
Se a redução por passe é excessiva (0>>22%), a não-
homogeneidade da defonnaçào também é observada. O estiramento tende 
a se localizar na região central do fio (fig. 6.1 3-a). Para esta nova 
condiç.ão de defonnação, o gradiente de tensões se inverte e torna-se 
trativo na superficie e compressivo na região ceutral (fig. 6.13-b). Após 
succssi vos passes poderão aparecer trincas externas na forma de Cbcvron, 
conforme mostrado na figura 6.13-c. 
~ (a) 
(b) 
(c) 
Figura 6. 13 Efeito de passes sucessivos com grandes reduções. 
6. 9 Tratamentos Térmicos Intermediários 
Os fios e arames de materiais não-fen-osos ou de aços de baixo c 
alto carbono podem ser produzidos por trclilação com diferentes níveis 
de durezas ( encruamento ), dependendo do metal e do número de reduções 
sofridas ao longo do processo. Algumas vezes, para dar continuidade ao 
processo, são necessários os tratamentos térmicos intermediários para 
rcveticr o cncruamcnto (recristalização). reduzindo a tensão de 
escoamento do material. Dependendo da composição quimica c das 
características microestruturais material, dois tipos de ciclos térmicos 
podem ser produzidos. A figura 6. 14 mostra um exemplo de ciclo térmico 
para recozimento aplicado tanto às ligas não-fenosas quanto aos aços de 
baixo teor de carbono. 
T Re< ----,--------, 
Figur• 6. 14 Tmtamentos para recristalização (recozimento). 
O tratamento térmic-o consiste do aquecimento do material 
deformado cm um fomo com ou sem atmosfera protctora (depende do 
material). O material encruado deve pem1anecer na tempemtura de 
recristalização durante um certo tempo para o restabelecimento das 
propriedades mecânicas, anteriores à deformação. Chamamos a atenção 
para o fato de que, do ponto de vista industrial, é considerada como a 
temperatura de recristalização aquela na qual o encruamento é 
completamente revertido num tempo de w1m hom. A figura 6. 1 5 mostra 
as diferenças microestruturais de um aço ABNT 1018 1·1 nas condições de 
trefilado (parte superior) e recozido durante uma hora a 750°C (parte 
iJ1ferior). 
No estado encruado, os grJos apresentam-se alongados na direçào 
da deformação e, após o recozimento, eles voltam a assumir a morfologia 
equiaxial. Pela fonna com a qual estrutura recristalizada se apresenta, 
pode-se concluir que a deformação produzida durante a trefi laçào não foi 
homogénea, pelo menos nos últimos passes do processo. 
Figura 6. l5 Microestrulurns do material encruado e recozido. 
Isto pode ser justificado pela diferença entre os tamanhos dos 
grãos recristalizados das partes inferior e superior da figura. Observa-se 
na parte inferior do material recozido que os grãos são bem menores que 
os grãos da parte superior. Estes grãos menores, correspondentes â parte 
externa do arame, constituem-se numa estrutura de subgrãos, oriundos da 
recristaJização numa região excessivamente defonnada. Quando a 
defonnação é mais homogénea esta diferença entre o tamanho dos griios 
recristalizados não ex iste. 
Uma das propriedades mecânicas que melhor caracteriza a 
trefilabilidade de um aço de alto carbono é a cstricção. Quando esta 
propriedade assume valores em tomo de 70% JXlde-se reduzir o diâmetro 
de um arame em até 55-60%. sem a necessidade de tratamentos térmicos 
intemtediários. Se aplicássemos o ciclo térmico mostrado na figura 6. I 4 a 
um aço de alto carbono defonnado, a recristalização seri.a acompanhada 
de modificações microcstruturais produzidas pela difusão de carbono. A 
estrutura perlitica, anteriormente tina, passaria por um processo de 
transfonnaçilo. Com a difitsão ativada, as lamelas seriam engrossadas, 
reduzindo si!,'llificativamente a estricçào do material. Isto se justifica pelo 
fato da recristali7.aç1ío ocorrer numa tàixa de temperatura que 
corresponde ao domínio da perlita grossa no diagrama TIT. Para evita-se 
este problema, o ciclo ténnico recomendado para aços de a I to carbono 
esià mostrado na figura 6. I 6. 
TAusL ·----,----, 
TPatcn -- ----------..L-------, 
Figura 6. I 6 Tratamentos para recristalizaç,io (patenteamento). 
Um aço de alto carbono deve, portanto, ser recozido no domínio 
austenítico e, depois de recristalizado, ser resfriado bruscamente e 
decomposto isotermicamente na temperatura do meio (banho) para que a 
austcnita mctaestávcl se decomponha cm perlita tina. Desta forma serão 
mantidas a ductilidade e a estricção do aço. O ciclo térmico da figura 6.16 
é denominado patenteamento e o meio isotérmico que se usa para 
decomposição da austenita é um banho de chumbo. 
6.10 Perspectivas Futuras do Processo de Trefilação 
O processo de trelilaçào toma-se muito dispendioso devido ao 
desgaste excessivo das fieiras, principalmente, quando altas velocidades 
são empreendidas. Por mais eficaz que seja o lubri ti cante, em altas 
velocidades, o atrito interno e externo produzem um calor excessivo que 
diminui a eficácia da lubrificação, aumentando significativamente o 
desgaste da fieira. O desgasteprematuro só e evitado se a velocidade de 
trefilaçào for redu7.ida. Para compensar este problema e não comprometer 
a produtividade do processo, vem sendo desenvolvida uma nova 
tecnologia, na qual o porta ferramentas da tretiladora é substituído por 
um cassete. Este cassete é na realidade um conjunto de rolos 
conformadores de altíssima precis.1o (fig. 6. I 7), possibilitando que a 
redução de diâmetro seja feita como no processo de laminação, mas sem 
a geração dos frisos laterais, característicos dos laminados não planos de 
diâmetros inferiores a 5,5 mm. 
Figura 6.17 Conjunto de rolos conformadores de altíssima precisão. 
Exercícios propostos 
1· Qual procedimento deve ser adotado para se detcnninar o ângulo ideal 
de uma 1\eira? 
2- Um detenninado material foi trefilado em sucessivos passes in feriores 
a 1%. Depois da redução de 30% de sua área, verillcou-se que o material 
aprescmava um trincamento interno ao longo de toda sua extens.'\o. Que 
providências devem ser tomadas para se evitar que tal defeito venha a 
ocorrer? 
3· Que tipo de problema poderia oconer se o material da questão anterior 
fosse trefi lado 60%, em dois passes de 30%? 
4- Descreva como pode ser avaliado o trabalho redundante em um 
processo de trefilação. 
5· Um determinado material foi estirado 30% por trefilação. Para que esta 
defonnação fosse atingida foi necessária uma tensão de 2500 Jv!Pa. Com 
este mesmo níwl de tensão, seria possível estirar o referido material em 
45 % por tração uniax ial. Considerdndo-se em ambos os casos que a 
deformação é homogêne.a. despreze o atrito na fieira e estime o trabalho 
Jcdundantc na trcfilação. 
6- Qual a vantagem do processo de trefílação de tubos com plug flutuante 
em relação ao processo com plug fixo? E a desvantagem? 
7· Por que o trabaU1o devido ao atrito (Ur) diminui c o trabalho 
redunilimte (UR) aumenta com o aumento do ângulo (a)da fieira? 
R- Um detenninado material foi estirado 25% por trefilação. Para que esta 
deformação fosse atingida foi necessária wna tensão de 1250 MPa. Com 
este mesmo nivel de tensão, seria possível estirar o referido material cm 
50 % por tração uniaxial. Considerando-se que curva tensão deformação, 
em traçào uniaxiaJ, tem um comportamento linear dado por <r = 1000 + 
Se, despreze o atrito na fieira e calcule o trabalho redundante na trefilação 
9- Justifique o comportamento das curvas no diagrama abaixo. 
ll = 16"' 
Rcd11çào por trolilnçào 
lO-Tomando como referência a equação 3.74trace o gráfico de uma 
curva da razão entre a tensão de estiramento e a tensão uniaxiiil verws 
redução para B=O, I e 2,0. 
l i· Determine a taxa de deformação média num processo de trefilação. 
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