Conformação Plástica - Sanguinetti-páginas-98-110

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LAMINAÇÃO 
7. 1 Introdução 
A laminação é o processo no qual o material é conformado entre 
rolos, onde a deformação é o resultado de tensões compressivas elevadas 
(PR), combinadas com tensões de cisalhamentCJ superficiais (F.) que são 
responsáveis pelo puxamento do material (lig. 7. 1). A principal 
característica deste processo é a sua alta produtividade com um bom 
comrole dimensional. 
Figura 7. I Compressão e cisalhamento no processo de laminação. 
Do ponto de vista termodinâmico, o processo pode ser 
classificados em: laminação a quente e laminação a JNo. A laminação a 
quente é constintida de diferentes etapas, c.ontbnne mostrado 
esquematicamente na figura 7.2. 
I Ch~tpa ... , D Jooos B~rras, 
ou \1 Vcrgnlhôe•. 
Tat~gb·lt Tni~B! 
ungol:o : lU! 
,.: i.. t ' ;,~ 
L .- ...... ; 
L-amio.t~dor laminadorc~ 
de Dcsbüic lnt<·rotedJáriot 
............... ..l 
lumiudort5 
dt Ati.bamenro 
Figura 7.2 Seqüência no processo de laminação a quente. 
Neste processo, um lingote com estrutura bruta de solidificação é 
aquecido a temperaturas bem superiores à temperatura de recristalização. 
Dependo do tipo de liga, ferrosa ou não ferrosa, a tcmpcramra de 
processo (Tr) está compreendida entre 1,4T,.., < Tr < 0,8Tru.so· Depois de 
aquecido, o lingote é submetido ao processo de desbaste com reduções 
Se\'eras. No desbaste, a carepa de solidi ficação é removida (quebrada) e 
toda microestrutura do lingote é modificada. A grdnulação grosseira, 
típica do processo de lingotamento continuo, é modificada pela 
deformação excessiva, que a transforma numa estrutura de grãos 
equiaxiais de menor tamanho. 
Depois do desbaste, o lingote, com a microestrutura já adequada 
ao processamento tennomecânico, é encaminhado para os laminadores 
intennediários. Nesta etapa do processo, o lingote é inicialmente 
transformado cm blocos ou tarugos de grandes dimensões, dependendo 
do produto final desejado. Na fase final do trem intem1cdiário, os blocos 
servem como matéria prima para produção de laminados planos como 
chapas grossas ou barras. euquanto que os tarugos servem para produção 
de lamiuados não-planos como vergalhões, trilhos, perfis etc. Após a fase 
intcnncdiária, o produto laminado, plano ou não-plano, é processado 
pelos laminadores de acabamento. As chapas grossas ou banas são 
transfonnadas em chapas finas ou banas finas e placas, enquanto os 
vergalhões e trilhos têm suas dimensões reduzidas. Os vergalhões podem 
ainda ser transformados cm fio-máquina (matéria-prima para !refilaria) 
ou pequenos perfis. 
Chapas 
finas \ ro I L__·~-~_:s_pa-es_:_~:_::_:s_· _J 
L___l 'o: i ! j 1 
: ! 
rJ 
L,,. . .,.,,MM_] 
Figura 7.3 Seqiiência no proc~sso de laminação a frio. 
A laminação a frio é nonnahnente uti lizada como etapa final ou 
de acabamento de produtos laminados. Nesta etapa linal do processo, as 
chapas finas, laminadas previamente a quente, sofrem alguns passos a 
frio pam melhorar o acabamento e <tiustar suas dimensões. 
Como produto final, poderão ser obtidas chapas finas, fitas ou 
folhas com excelente acabamento superficial e muito bom controle 
dimensional (fig. 7.3). Ressaltamos que na indústria de metais nào· 
ferrosos, como a de cobre c a de alumínio principalmente, numa boa parte 
das etapas do processo, a laminação é feita a liio. Se, ao invés de lingote, 
o produto a ser laminado for solidificado na fonna de chapas (''roll 
casting", apêndice deste capítulo) o processo de laminação do alumínio 
pode ser todo feito a frio, desde que o produto solidificado tenha uma 
estrutura gmnulométrica adequada e, quando necessário, a deformação 
seja intermediada com alguns tratamentos térmicos intermediários 
(reciÍstalização e ou recuperação). 
Figura 7.4 Alongamento dos grãos no processo de laminação a frio. 
A laminação a frio tende a alongar os grãos na direção da 
deformação, confonne mostrado na figura 7.4. A textura gera anisotropia 
nas propriedades mecãnicas, uma ve;: que o encruamento é, 
significativamente maior ua dircção da lamínação. 
Figura 7.5 Me<:anismo de alongamento dos grãos na laminação a fr io. 
Os esforços de cisalhamento ( r) e compressão (P) quando 
combinados agem sobre o material (fig. 7 .5), através dos deslizamentos 
entre planos, de modo que o escoamento torne-se muito mais intenso na 
direçào do cisalhamento, justificando o alongamento do grão nesta 
direção. 
7.2 Tipos de Laminadores 
O laminador é um equipamento constituído por ci li ndros ou rolos 
de laminação, uma estrutura de sustentação denominada de gaiola, na 
qual são fiXados os mancais dos cilindros e um motor com velocidade 
controlada para fornecimento da potência necessária ao processo 
(fig.7.6). Pelos altos esforços desenvolvidos dumnte a laminação, com 
valores que podem chegar a milhares de toneladas, a estrutura do 
laminador deve ser suficientemente robusta para suportar os esforços do 
processo sem sofrer defo1maçõcs plásticas consideráveis que venham a 
comprometer a qualidade o produto. As pequenas deformações d<ísticas 
sofridas pelo conjunto compõem o chamado molejo do laminador e serão 
consideradas mais adiante. 
Caixa de 
lransmissâo 
Figura 7.6 Úlmponentes básicos de um laminador. 
Os laminadores são normalmente classificados pelo número de 
rolos ou ci lindros e pela forma como são arranjados na gaiola. O tipo 
mais simples de laminador, constit\Jido por apenas dois rolos, é o 
laminador duo (tig. 7.7). Neste lamínador, os rolos giram somente num 
único sentido e o material, após a redução, pode retomar para reduções 
posteliores através de calhas transportadoras que trabalham paralelamente 
ao laminador. 
____ () 
~~ o 
Figura 7.7· Representação esquemática de um laminador duo 
Para aumentar um pouco a produtividade, alguns destes 
laminadores são dotados de motores que gimm nos dois sentidos. 
possibilitando ao material ser laminado cm movimentos pam treme c para 
trás (duo rcvcrsivcl). Estes dois tipos de laminadores são limitados a 
pequenos esforços, urna vez que os cilindros apoiados apenas nos 
mancais tendem a ser deformar por flexão. gerando geometrias 
defeituosas que comprometem a qualidade do laminado, principalmente 
dos laminados planos. 
Uma alternativa ao laminador de dois cilindros é o laminador trio, 
constitufdo por três rolos, conforme mostmdo nu figura 7.8. Neste 
laminador, upenas os rolos superior e inferior são mowrizados, enquanto 
que o rolo intermediário gira por fricção. A nexào sofrida pelos rolos 
neste tir>o de laminador, embora seja menor do que no laminador de dois 
rolos. ainda é considerável quando gmndes reduções são impostas ao 
material. 
o 
o 
Figuro 7.8· Representação esquemática de um laminador trio 
O laminador trio é empregado principalmente nn área de 
tlesbaste. onde o pequeno comprimento do lingote justifica a passagem 
em ida e volta do mat~rial em processo. 
Em grandes reduções, um grande esforço é desenvolvido no 
laminador e o empuxo (reação) produ7ido pelo material pode nexionar os 
rolos (fig. 7.9), gerando um produto defeituoso por falta de planieidade: 
além de comprometer a vida útil dos mancais. Como alternativa para o 
problema da nexào, usa-se um laminador quádruo, onde os dois rolos 
menores são motori7.ados e apoiados por rolos de grandes diàmetros e 
resistência. 
\ 
I 
Reaçâo nos 
/mancais 
\ 
Figura 7.9- Flexão p1'0duzido pelo empuxo do material sobre os rolos 
O laminador quátlruo, mostrado na ligura 7.1 O, é bastante versátil 
e se aplica a qualquer uma das etapas da laminação, dependentlo tio 
produto que está sendo Iam i nado. 
fi~'Ura 7.10· RcprctiCHta~ilo CS<JUcmática de um la.ro.i.o.ador quâdruo. 
Este laminador pode ser empregado tanto na laminação a quente 
quanto oa laminação a frio. 13m ligas não-terrosas como as de alumfnio, 
por exemplo, o laminador quádruo pode ser empregado para fa.tcr asprimeird.S reduções a frio em materiais pós-caster, num processo 
equivalente ao desbaste na laminação a quente de ligas ferrosas. 
Para o caso da laminação de materiais com alta resistência, a 
nexào do rolo tende a :.er obliqua em relação ao plano de laminação. 
Neste caso apenas um rolo de apoio, superior e inferior como no 
laminador quádruo. não resolverá o problema de planicidade. Para estes 
casos de esforços elevados, é recomendado um laminador agrupado (fig 
7.1 1 ), para conter o emruxo que se des,•ia significativamente da direçllo 
normal ao plano de laminação. 
Figura 7. 11 · Representação esquemática de um laminador ngntpndo 
Existem outros tipos de laminadores a considerar como aqueles 
que são empregados na produção de barras. perfis, tantgos e vergalhões: 
os chamados laminados não-planos (fig. 7 .12). 
{][t[} 
···[[[}·· 
... [1;0 .. 
···rnJ·· 
Figura 7.12- Laminadores para perlis especiais 
Os rolos laminadores são desenhados de modo a reproduzir 
seções de gcomeu·ias complexas no laminado, semelh!miOmcme ao que 
ocorreria num processo de confonnaçào em matriz fechada. O 
escoamenlo do metal se dá tanto no sentido longintdinal (da laminação) 
quanto no sentido transversal, preenchendo as cavidades do rolo. Na 
liguro 7.12 vê-se 1rês rolos para produção de perfis crn .. , .. , perfis de 
seçào quadrada e para perfis ou ,·ergalbões de seçilo circular. 
Evidentemente, para se produzir um perfil de seçào complexa as 
condições reológicas devem ser analisadas pre,•iamenle para se 
estabelecer um sequenciamento adequado de passes. Nonnahnen1e. 
vários passes são necessários para que a scçào do laminado vá se 
fonnando gmdalivamente, evilando-se os defeitos de má formação 
(preenchimento) do perfi l devido à rapidez do proces~o. Qualllo mais 
complexa for a scção do perfil maior deve ser o número de passes. 
7.3 Controle de Laminadores 
A reação (cmpuxo) produzida pelo material durante a laminação 
produz uma deformação elástica na estrutura do laminador. Durante o 
processo, esta deformação. denominada de molejo do laminador, deve ser 
compensada para que o produlo laminado mantenha-se dentro das 
especificações na seqUência de passes. A compensação do molejo em 
cada gaiola é fei ta por um servo-mecanismo assistido por computador 
que abre ou fecha os rolos, de acordo com as informações recebidas. 
Curu \ 
Elistlc~ 
p P Cun·u 
JlJAstil~ 
P, ----- ------·· ............ . 
,,, ,,, 
Figura 7.13- Motejo de um lamin3dor: curvas plástica e eláslica. 
Para o monitoramcmo, o sistema de conb·ole do laminador utiliza 
calibradores eletrônicos de espessura como sensores de proximidade 
(indutivos ou capacitivos). sensores a infravennclbo, de raios-x etc. Estes 
sensores são capazes de dctccrar, cm tempo real, variações de espessuras 
na escala nanométrica. 
Vamos considerar uma chapa de espessura h11 sendo defo1111Dda 
por laminação. A curva plás1ica relativa à deformação do mate ria I tem 
um formato cm "s'', scmelhamcmemc à curva de um ensaio de 
compressão. À medida que a carga P aumenta a espessura linal h, 
diminui. A curva elá;.tica. na realidade uma reta. representa a deformação 
elástica sofrida pelo laminador devido à reação do material (empuxo) 
sobre os rolos. Este empuxo produz uma deformação li que. 1>0mada à 
abertura inicial dos rolos A, modifica a redução na espessura para ,,,. Pela 
figura 7.13 observa-se que a espessura final do laminado é dada por: h r • 
A;+ b: 
Suponhamos agora que, por um problema qualquer, a lcnsllo de 
escoamento do matel'ial tenha aumentado repentinamente. A curva 
plástica deve então se modificar (fig. 7.14), considerando-se o aumento 
de esforços. 
p lX I 
p• ------------
''I 
lX I 
PI ----------
' 
' 
' ' 
' 
<To • 
figura 7.14- Molejo de um laminador: \'ariaçiio da tensão de o0' . 
O deslocamento da curva plástica para direita é tuna 
conseqüência do aumento da tensão de escoamento. Este aumenro na 
resistência do material provoca um aumento na deformação elástica do 
laminador, fazendo com que a espessura final h/ fique maior -do que a 
espessura especiticada h; . Apesar da menor defommção sofrida pelo 
material, o aumento na tensão de escoamento provoca um aumento do 
cmpuxo (1ig. 7. 14), de modo que a carga de laminação passa de P0 para 
Po'. O sistema de monitoramento, percebendo a maior espessura do 
laminado, fecha os rolos para uma abertura Ar, de modo que a espessura 
especificada seja preservada. Assim, o empuxo resultante do fechamento 
dos rolos eleva a carga de laminação para P1. Esta nova situação de 
abertura deve perdurar, até que a tensão de escoamento volte ao seu valor 
nonnal. A partir de então, a condição de abertura anterior volta a ser 
restabelecida. 
Suponhamos agora que, ao invé.s do aumento na tensão de 
escoamento, o material da condição anterior (fig. 7.13) sofresse um 
aumento repentino na sua temperatura. Quais seriam as conscqlíências 
para a espessura (inal do laminado? Quais providências deveriam ser 
tomadas pelo sistema de monitoramento para compensar o molejo do 
laminador? 
7.4 Aspectos Geométricos da laminação 
O valor da reação do material sobre os rolos ( ctnpuxo) 
laminadores depende fundamentalmente de parâmetros geométricos 
como a reduç.ão por passe ( L!h) e o diâmetro (2 R) do ci I indro de 
laminação (rolo). Estes dois parâmetros combinados detenninarn um arco 
de contato que gera uma reação PR "' a0 'Rsen8.w, onde B é o ângulo 
formado pelo arco e w é a largura do rolo (profundidade no desenho). 
Figurd 7.15- Geometria da laminação: contato metal I rolo. 
Considerando-se o triângulo retãngulo na figura 7.15 podemos 
determinar o valor do segmento de reta LP. cujo valor aproxima o arco de 
contato para pequenas reduções. 
Eq. 7.1 
Desenvolvendo-se o quadrado perteito da equação acima e 
considerando-se que ('/uJh/ tem um valor desprezível, LP será dado pela 
equação 7.2. 
Eq. 7.2 
Consideremos agora as tensões que atuam nos rolos cilíndricos 
tal cotno mostrados na figura 7.16. 
Figum 7. 16- Condição de puxamento dos rolos. 
Decompondo-se a reação Pk e a força de atrito F, na direção x 
(horizontal). tal como mostrado na figura acima, pode-se estabelecer a 
condição de puxamento para o laminado. De acordo com a ÍÍl:,'llra só 
haverá puxamento quando: a componeme horizontal do atrito (f4c:osa) 
for maior ou igual à componente horizomal da reaçào (PI/Sena). Em 
outras palavras, a condição de puxamcnto é: 
Eq. 7.3 
p ~ tga E{!. 7.4 
Considerando-se o triângulo retângulo da figura 7. 14, podemos escrever 
Lp .J R!lh tga = = --'---..,-
R-817 R-M 
Eq. 7.5 
2 2 
tga"' ~ E<t. 7.6 
Substituindo-se o valor da equação 7.6 na equação 7.4 teremos 
Eq. 7.7 
Utilizando-se a condição limite na equação acima, podemos escrever 
Eq. 7.8 
A equação 7.8 nos dá a máxima redução, por passe, po.ssí vel num 
processo de laminação qualquer. Os valores do coeficiente -de atriio 
normalmente encontrados na laminação são: 0,05 :õ ).l ::; O, 1 para 
laminação a lho com lubrificação; 0,2 ::; ~ até o grimpamento para a 
laminação a quente. 
7.5 Considerações sobre o ponto neutro 
Em qualquer que seja o processo de laminação, a velocidade do 
material na entrada do laminador é menor que a velocidade tangencial do 
rolo. E contrariameme, a velocidade do material na saída do laminador é 
maior do que a velocidade tangencial do rolo. Se isto é verdadeiro, a 
componente de atrito produzida pelo arrasto do cilindro sobre o material 
muda de sentido entre os pontos de entrada (E) e a saída (Sj. Então, deve 
existir um ponto neutro entre (E) e (S) onde não existe movimento 
relativo entre o material e o rolo. 
Figura 7.17 • CondiçAo para continuidade durante a laminação: ó V=(). 
A distribuição de pressão sobre os rolos cilíndricos do laminador 
é semelbante àquela observada para oprocesso de compressão entre 
placas e tem o aspecto mostrado na figura 7. J 8. /1. pressão cresce desde a 
entrada {E) até o ponto neutro {fi?. de velocidade relativa nula, e depois 
diminui até a saída (S) dos rolos. 
O ponto neutro, onde a 
velocidade relativa e nula. 
tem a máxima pressão. 
Figura 7.18-Distribuição de pressão sobre os rolos. 
O posicionamento do ponto neutro (N) pode variar ao longo do 
processo, conforme variam as tensões a pi ic.adas ao plano de lalninaçào. 
Este posicionamento tem muita importância para carga de laminação e 
condiciona todo o escoamento, confonne veremos mais adiante. 
7.6 Tração Avante e Tração a Ré 
Numa indústria de transformação, onde a laminação se dá em 
grande escala, os laminadores são instalados em série, um atrás do outro, 
fonnando o trem de laminação (fíg.7.19). Neste trem, cada laminador é 
chamado de cadeira de laminação e o laminado movimenta-se com 
velocidade distinta em cada cadeira. O movimento é sincronizado para 
evitar-se a quebra do material entre as cadeiras (continuidade). A 
velocidade de saída d~ um laminador deve ser a mesma velocidade de 
entrada no laminador seguinte, de modo que, ao longo de toda a linha de 
produção (trem de laminação), o tluxo de material deformado se 
mantenha constante .. O desbobinador e o bobinador desemJ>enbam a 
função cspccílica de promover a tração a ré e a tração avante, 
respectivamente, que tanto contribuem para redução de esforços. 
Figura 7. 19- Trem de laminaç.'io com desbobinador e bobinador. 
ComTm~'ão 
:\'<aillcea Rê 
Tração 
Awnt~ 
Extensio do arco Contato 
Sem tr.t~iiQ 
Avanh:: ou a Ré 
Tração 
a Ré 
Figura 7.20 - Efeito da tenção avante e tração a ré. 
A figura 7.20 nos mostra que a tração avante, produzida pelo 
puxameoto do bobinador, desloca o ponto neutro para entrada dos rolos, 
diminuindo a carga de lamioação. A diminuição da carga se justifica, 
qualitativamente, pela redução da á.rea de contato do material com o rolo, 
causada pela tendência à estricção durante o puxamento. Por outro lado, a 
tmção a ré produzida pelo desbobinador empurra o material contra o 
laminador, deslocando o ponto neutro parà a saída dos rolos. Assim, a 
área disponível ao puxamento do material cresce, diminuindo a tensão 
cisalhante (f.t) necessária ao processo. Como j~ ; f.1 PR; sendo~· constante, 
(pn} deve diminuir. Chamamos a atenção para o fato de que a redução de 
(p1J não é devido unicamente à redução de área. Aspectos dinâmicos 
também devem estar inclusos. De um modo geral, podemos dizer que a 
tração a v ante c a ré reduzem a carga de laminação devido à diminuição 
do escorregamento do material entre rolos. O aumento de velocidade 
entre os rolos acarreta uma redução na pressão durante o escoamento do 
metal. Se aproximannos a lamiJ1ação de uma compressão bomogênea 
(tig.7.21) c aplicarmos a condição de escoamento, veremos 
quantitativamente o efeito da aplicação de uma tensão no plano da 
laminação. 
.Eq. 7.9 
_(J 
o:. ---+ 
Figum 7.21 ApUcaçno da tmçno avante e da t111çilo a ré. 
Na equação 7.9, 0"1 =O" R (!ração a ré) ou 0"1 =O", (tração Avante) e 
O" 3 = - p; teremos, de acordo com Von Mi ses 
Eq. 7.10 
Pela equação 7. 10 percebe-se que quanto maior for a tensão aplicada ao 
plano de laminação (O"!), seja ela avante ou a ré, menor será a pressão 
sobre os rolos (p) e portanto menor será a carga (P).De acordo com Voo 
Mises, o menor valor da carga (p) é obtido quando se aplica 
simultaneamente tração avante e tração a ré (a1 = a.~+ a:,J. 
Do ponto de vista dinâmico pode-se dizer que a condição de Von 
Mises está para o escoamento em processos de conformação mecânica, 
assim como a condição de Bemoulli está para o escoamento de nuidos 
newtonianos. A pressão serà máxima onde a velocidade de escoamento 
for mínima e vic.e-versa. 
7.7 Taxa de Deformação na Laminação 
A taxa de deformação nos processos de laminação é variável, 
uma vez que a velocidade vertical (v1) depende do ângulo sobre o arco de 
comato do rolo com o material. Por uma questão de simpli!icaçà(), 
tomaremos o ângulo complementar a ao invés de (J (fig. 7.22). 
............ ·--·~ .......... .. 
a ' 
vv= vrcosa 
com vr contínua no 
intervalo uo < u<90° 
Figura i .22 - A taxa de defonnação na laminação é uma variáveL 
Sendo a taxa de deformação dada pela razão entre a velocidade 
vertical (v1J e a a1tum (h), podemos escrever: 
• 2v c = -~'-cosa 
h 
Eq. 7.11 
Considerand<rse que ~: =.f(r:t} é uma função contínua no intervalo 
entre a· e a", seu valor médio pode ser detenninado pelo teorema do 
valor médio. 
• 1 (I". 
&M =- Jr.da 
!!.a u' 
Eq. 7.12 
Substituindo-se a equação 7.11 na equação 7.12 teremos 
• I a"2v 
s.•t =-J-r cosada 
e.a •. h 
Eq. 7.13 
Considerando-se que a" é igual a 90", após a integração da equação 7.13 
o valor médio da taxa de dcfonnação será igual a 
• I 2vr [ •] &M =--- l- sena 
l:!.a h 
Eq. 7.14 
7.8 Estimativa de Esforços no Processo de Lamlnaçao 
A derenninação de esforços nos processos de laminação é 
extremamente complexa, confonne foi visto no capítulo III § 3.4 . 
Resultados precisos para a equação 3.92 só podem ser obtidos por 
processos numéricos (?.11EVF). Entreta!llo, para mna tomada de decisão, 
como a seleção de um equipamento para realizar um determinado passe, 
um cálculo estimado pode ser feito rapidamente no próprio chão de 
fábrica. Para isto, é suficiente considemr-se o fato de que o diâmetro dos 
cilindros é muito maior que a redução de espessura (D » Llh) e, 
portanto, a laminação entre rolos pode ser considerada como uma 
compressão homogênea entre placas planas. Assim, a carga de laminação 
pode ser expressa pelo valor médio da função p(Y), dado pela equação 
7.15. 
I L,. ! 2 
P(xl = - fp(x)dx 
Mo 
Eq. 7.15 
Na equação 7.15, (x) é a direção de laminação e p{-t) o valor local da 
tensão de laminação que é dada pela equação 7.16. 
_ . [2p(Lp/ ·)] PI.,J- O'oexph /2-x Eq. 7.16 
7. 9 Defeitos de Laminação 
Os principais defeitos dos produtos laminados têm origem na 
matéria prima ou são produzidos por tensões induzidas durante a 
laminaçllo. Defeitos na matéria prima como bolhas ou fissuras no lingote 
não constituem problemas uma vez que tendem a ser eliminados durante 
a deformaçllo a quente ainda na operação de desbaste. As impurezas, 
sejam elas introduzidas ou provenientes da produção do lingote 
(partículas de segunda fase) podem gerar defeito:. que se propagam e 
amplificam-se ao longo do processo, comprometendo a integridade do 
laminado. l~m algumas ligas de alumínio utili7adns na fabricação de 
folhas finas, por exemplo, este problema tende a se tomar ainda mais 
critico. Fases excessivamente duras. com a alfa hcxugonal (AI8Fc1 Si), 
tomam-se incompatíveis com a malri«, uma vez que nilo se defom1am 
durante a laminação. Durante a deformação, trincas silo nucleadas na 
interface incoerente matriz-partícula e se propagam até a fratura total do 
laminado (rasgamento da folha). Excluindo-se estas poucas exceçôes. 
podemos dizer que os defeitos oriundos das matérias primas estão cada 
ve-z mais dificcis de ocorrer na indústria. A solidificaçilo controlada no 
lingotamcnto contínuo deu bastante confiabilidadc ao processo. de modo 
que a matéria prima normalmente não apresenta defeitos. Por outro lado, 
ao longo do processo. alguns defeitos associados à geometria podem 
surgir. Nos laminados planos os defeitos devido ao motejo ou flexão dos 
rolos tendem a ser ainda mais graves. conforme veremos adiante. 
As tensões residuais. quando elevadas, são as grandes 
responsáveis pelos defeitos produzidos durante o pr·occsso de laminação a 
frio. A condição final do laminado depende, portanto, destas tensões 
residuais que são, nonnalmeme, associadas à fatores geométricos como 
Lr/hr,, wolho e 6hlho que delimitam as áreas de fluxo restringido.Nestas 
relações, Wo e h0 são, respectivamente, a largura e a altura in iciaís do 
laminado. Quando a razão entre o comprimento de arco de conta to L r e a 
altura ho for inferior a 0,60, as tensões residuai~. transversais e 
longitudinai> tomam o aspecto mostrado na figum 7 .23. 
Anali.ando-se a seçào transversal verifica-se que a profundidade 
de deformação não atinge a região central do laminado. O escoamento 
nesta seção localiza-se apenas nas regiões adjacentes às áreas de contato 
do material com os rolos (áreas de fluxo restringido). 
,\rca.!~ de llu~t.J 
ro.oin~ido 
Figura 7.23 - Escoamento e tensões induzidas após a laminação. 
Ne;tas ár~as de contato, o atrito produ«ido entre o material 1: o 
rolo restringe significativamente o fluxo. Portanto, após a laminaçao, 
surgirão tensões trativas nas regiões que não se defom1aram (centro da 
barra e superficic) e tensões compressivas nas regiões adjacentes às áreas 
de fluxo restringido. Todas as considerações feitas para a soçllo 
transversal são válidas para a scçilo longitudinal. Entretanto, como o 
espalhamento do material é significativamente maior na dircção 
longitudinal, os gradientes de deformação nesta seçllo serão mais intensos 
do que na scção transversal c, conseqüentemente. as tensões residuais 
também serão mais intensas. Em casos criticos, depois de sucessivos 
passes, poderá surgir uma falha do tipo rabo de peixe que se origina na 
região central do plano de laminação, conforme será descrita adiante. 
Consideremos agora o caso no qual a razão entre o comprimento 
de arco de contato L1• c a altura 1111 seja superior a 0,65, onde as tensões 
residuais, transversais c longitudinais tomam o aspecto mostrndo na 
figura 7.24. Quando a rau1o L1Jh0 é superior a 0,65, a delbrmaçílo tanJa-
se mais homogênea, de modo que toda a seção do laminado sofi-e seus 
efeitos. De modo análogo ao caso anterior, apenas as regiões de fluxo 
restringido apresentam um limitado escoamento do material 
(espalhamento) devido ao atrito. E mesmo nestes casos, onde a não-
uniformidade das tensõe> e não-homogeneidade da deformaçilo não :.ão 
críticas. após sucessi~os passes de laminação, poderJo surgir tenl>Ões 
residuais consideráveis. Nas regiões que se deformam menos ou 
praticamente não se deformaram (superficie da barra) apa=erão tensões 
residuais trativas e, nas rcgiõe> adjacentes às áreas de fluxo restringido. 
apareccrJo tensões residuais comprcssivas. 
t 
• 
Figura 7.24- Defeitos produzidos duranrc o prO<:esso de laminação. 
Estas consider'dções são válidas pam as seções transversal e 
longitudinal, confom1e já foi ilustrado na figurd 7.24. Observe ainda nesta 
figura que, para a direçào normal ao plano de laminação da chapa, as 
tensões residuais são sempre trativas, para qualquer que seja a soção 
considerada. 
V~jamos agora os casos nos quais os defeitos de lami nação são 
produzidos por flexão dos rolos. Se a flecha for produzida pela reação do 
material sobre o rolo (positiva), a região central será menos deformada, 
de modo que o cstiramcnto nesta região da chapa será menor que o 
estiramento lateral, conforme está ilustrado esquematicamente na figura 
7.25. Adotando-se como princípio o fato de que as regiões que estiram 
mais tendem a se contrai r após a deformação, podemos justificar o 
enrugamento lateral sofrido pela chapa laminada nestas condições pelas 
tensões eomprcssivas nas bordas c trativas na região central. Para o caso 
de passos sucessivos de laminação a ti'io com uma flecha positiva, 
poderão ocorrer pequenas trincas na região centml do laminado, sempre 
que a tensão de mptura for ultmpassada nestas regiões. ainda dunmte a 
laminação. Após o processo, as tensões compressivas das bordas da 
chapa contribuirão para tcchar as trincas da região central. 
1 l 1 
l 1 l 
Trincas fechadas por 
tensô..."S residuais 
comprc:ssi\•ns 
Figura 7.25- Defeitos produzidos por flexão positiva dos rolos. 
Considerando-se agom o caso em que os rolos de apoio impõem 
um esforço ao rolo lantinador capaz de superar a reação do material, de 
modo que a flecha será contrária ao caso anterior (negativa), coníorme a 
sugestâ.o da figura 7.26. Neste caso, o estirament.o (espalhamento) do 
material sen\ mais intenso na região central do que nas laterais. Se, depois 
de alguns passes de laminação, as tensões residuais da borda da chapa 
superarem a tensão de ruptura do material, poderão surgir as trincas 
laterais conforme a il ustração da figura 7.26. 
7_10 
t ! t 
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Trincas ~Jbc•1as 
por1ensões 
tt$iduais tralivas 
Figura 7.26 - Defeitos produzidos por 11exâo negativa dos rolos. 
Lubrificação na Laminação_ 
Os óleos lubdficantes empregados na laminação a frio de 
materiais planos são, tradicionalmente, os hidrocarbonetos derivados do 
petróleo (base parafuüca) ou óleos similares, sintetizados quimicamente. 
Estes lubrificantes têm como principais caracteristicas a viscosidade 
cinemática com 1,75 cSt e a densidade de 0,75, aproximadamente. Além 
de reduzir o atrito e unifom1izar as tensões atraves de uma película 
resistente aos esforços, o lubriticante arrefece os cilindros durante o 
processo de confonnação. A figura 7.27 mostra e<>quematicamente que o 
lubrificante dever ser pulverizado ou jateado sobre toda a extensão dos 
cilindros, para se evitar o contado direto destes com o metal. A baixa 
moi habi lidade ou baixa resistência da película do óleo em certas regiões 
dos cil indros podem causar danos à superticie do material laminado e ao 
próprio laminador. A região atingida por estes problemas tende a estirar-
se mais do que as outras regiões adequadamente lubrificadas. Havendo 
um maior atrito haverá aumeoto no puxnmcnto destas zonas mal 
lubrificadas, gerando gradientes de tensões entre regiões afctadas e não-
afetadas pela m:llubrifieação, produzindo ondulações do laminado. 
Q ~ y;ff' v 
Figura 7.27 - Esquema do processo de lubriticnçllo por spmy. 
Clique p;;ra aum~;or,ta r 
f t t I , I Para melhorar o d cotar a vida útil dos 
lubrificantes, são utilizados alguns aditivos. O ácido láurico e o álcool 
láurico quando combinados com o óleo lubrificante formam uma pclicula 
de alta resistência (EP· Estrema Pressão) que evita o conta to dircto do 
cilindro com o material durante a laminação. O ácido láurico também 
ajuda no urraste de fragmentos do metal laminado, ajudando na limpeza 
do óleo. Compostos halogênicos e enxofre coloidal também são 
utilizados como aditivos de extrema pressão (EP). Para dar maior 
estabilidade (durnbilidadc) ao lubrificante c aumcot1u- sua vida útil, deve-
se adicionar um antioxidante (ionol). 
O lubri li cante ames de ser recirculado deve ser filtrado 
mecanicamente para eliminar, principalmente. as partículas sólidas 
produ7idas durante o processo. Para isto, utiliza-se como filtro um 
material cerâmico à base de alumiou-silicato. leve. poroso e insolúvel, 
que nao afeta as propriedades quimicas e riSica.- do óleo mineral. 
Opcionalmente, pode-se ainda utilizar uma argila ativada, que misturdda 
ao óleo tem a função de atrair materiais contaminante•, nào retidos pelo 
filtro (menores que I micron) como os fragmentos de sabões e corpos 
melálicosA lubrificação da laminação a que-nte para laminados planos ou 
nilo-planos não pode ser feita com os óleo; tradicionais por causa do 
fumegamento ou ignição dos mesmos. Au invés dos lubriíicantes 
tradicionais, uti liza-se uma emulsão de óleo com água tratada com 
fungicidas e antioxidantes. O óleo emulsificante é sintético, livre de 
minerais e compostos hnlogênicos. Este óleo puro (oào-emulsificado) tem 
como principal característica a densidade de 0.92, aproximadamente, a 
viscosidade cinemtitica de 42.0 cSt c um pomo de fulgor superior a 
20<fC. A molhagem dos cilindros com a esta solução refrigerante é 
suficieme para o arrefecimento dos cilindros. evitando-se o caldeamento 
destescom o metal e o desgaste prematuro. Nom1almente, a soluç;io 
refrigerante antes de ser recirculada deve ser filtrada para retirada dos 
óxidos ou micro-fragmentos do metal laminado. 
7.11 Apêndice 
Processo ··'Rol/ Custim:" 
O '·Roll Casting" é um processo termomecânico util izado para 
produção de chapa.5 fundidas que combina, numa única operação, 
solidificação râpida com laminação a quente: eliminando-se desta fonna 
diversas das etapas do processo tradicioanal de tingotamcuto. Neste 
processo os equipamentos Msicos são dois rolos cilíndrico> c um 
alimentador/distribuidor de metal líquido. tal como é mostrado 
esquematicamente na figura 7.28. Os rolos cilíndricos são refrigerados 
internamente a água e funcionam como substratO na solidificação, além 
de puxar, como num laminador. o metal já solidificado para um 
bobinador externo ao •·castcr''. O alimentador é dotado de canais 
ajustáveis que possibilitam a distribuição do metal liquido sobre toda a 
extensão dos rolos ci líndrico. Assim, o vazamento é rea lizado 
equitativamente a uma mesma temperatura, em qualquer que seja a parte 
do cilindro. 
As altas taxas de resfriamento, associadas a uma redução de 
espessura, produzem um estado complexo de tensões, principalmente na 
frente de solidificação. contribuindo para o desenvolvimento de uma fina 
microestrutura de células dcndrítieas de 2 a 3 fim. em média. As tensões 
mecânicas desenvolvidas durante a solidificaç-Jo c confonnaçào 
mecànica, simuhàneas, concorrem para a fragmenta~-ão dos cristais 
dendríticos em crescimento e. conseqüentemente. para o refino de grãos. 
\letol 
Uquldo 
... • 
h, "' 
. . ' 
• 
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Figura 7.2S. Rcrrcscntaçno csqucm:ítica do processo "Roll C'1lstcr" 
Os sistemas ternários de ligas eutética~ de alumínio obtidas por 
este processo podem evoluir para uma microcsrrutura de grãos 
extremamente finos c com propriedades mecânicas bastante interessantes. 
As condições para o refino da microcsirutura são aumentadas pela ação 
de elevados gradientes térmicos que. associado> ao uso de nucleantes. 
aumentam a velocidade de nucleaçào na fase liquida. 
Os parâmetros geométricos importantes para a solidificação no 
processo •·Roll Casting•· estão dcf111Ídos na figura 7.28, onde L. é o 
comprimenlo aproximado do arco de contalo; 4 e o comprimento do 
arco onde exis1e uma deformação efetiva; h, e a espessura da lâmina de 
líquido na entrada dos rolos; h~ é a espessura da lâmina no final da frente 
de solidilicaç~o. onde é iniciada a dcfonnação cfctiva da chapa; d é o 
recuo da frente de solidificão e é dado por d ; 112 h, tga c Lw = L, - d. 
Os mecanismos de fragmentação dos cris1ais dcndrfticos podem ser 
melhor explicados. qualitalivamentc. a partir da sequencia de tcnômcnos 
que intervêm durante a solidificação: A nucleaçilo é seguida de um 
crescimento colunar orientado confonne está ilustrndo na figura 7 .29. 
Este crescimento colunar tende a ser orientado, a panir da 
superficie dos rolos, pelas correntes de convecção e pelo fator de 
acomodação, característico do crescimento dcndritico. Durante o 
puxamenlo da pane solidificada da chapa. a frente de solidificação sofre 
uma distorção. Os brdços dendriticos em formação tendem a •e acomodar 
numa nova orientação, além de absorver as tensões, majoritariamente 
compressivas, produzidas pelo esmagamento, enlre os rolos, no material 
em solidilicução. 
Figura i.29 
cristalográficos da 
solidificação. 
~-a 
Aspectos 
frente de 
Figura 7.30 Aspectos 
macroscópicos da frente de 
solidificação 
Nos cristais CFC. a interface sólido-líquido tende a ser paralela a 
uma das faces do cubo devido ao fator de acomodação. Neste tipo de 
esrnnura cristalina o crescimento dcndrítico ocorre normalmente segundo 
a direçào [I 00]. Assim, os primeiros cristais nucleados têm uma de suas 
faces tangenciando o rolo, tal como sugerido na figura 7.29. Es1as 
dircçõcs [I 00] dos primeiros cristais fonnados condicionam todo o 
crescimento dcodrítico. Assim, o dirccionamen1o colunar tende a fonnar 
um ângulo ~ com o eixo da placa e, confom1e está sugerido na ligura 
7.30, quanto maior for a espessura da chapa. menor serâ o angulo ~· Por 
outro lado, o puxamcnto produzido pelos rolos na parte sólida da placa 
repercute na frente de solidiíicaç~o. principalmente nas regiões medianas. 
As tensões devido ao puxumcnto tendem a acomodar, nesta região, os 
planos compactos {I I I } dos cristais sólidos da frente de sol i di íicaçào, 
paralelamente à placa cm formação, segundo a direçâo (J 10]. Como esta 
não é uma diroção fàvorávcl ao crescimento, devido tanto aos gradientes 
ténnieos quanto ao fator de acomodação, a frente de solidificação tem seu 
crescimento retardado nesta região mediana. provocando o recuo ( d) cm 
relação as partes da entrada dos rolos. 
Admitindo-se que a frente de solidificação ê estacionária. 
relalivamcotc aos eixos dos cilindros, pode se dizer que os cristais 
deodriticos formados na posição I, ao núgrarem para posi~o 2 
fragmentam-se para acomodar a nova condição de crescimento na frente 
de solidificação e absorver os esforços compressivos. 
EXERCÍCIOS PROPOSTOS 
1· Quais parâmetros de laminação condicionam a redução de espessura, 
por passe, do laminado? 
2- Qual a importância do diâmetro dos ci lindros para a carga de 
laminação? 
3- Descreva o molejo de um laminador cujas condições de atrito são 
reduzidas durante um prOC<!sSO. 
4- Em uma cadeira de laminação, um determinado material é redu7.ido de 
uma espessura h. para h. Se, de repente, houvesse um problema elétrico 
de modo que a rotação dos ci lindros fosse aumentada, que providências o 
sistema de monitoramento deveria tomar para que a espessura final do 
produto laminado não fosse modificada? 
5· Justifique a redução de carga de laminação por aplicação das traçõcs 
avante c a ré num laminador. 
6- Que modificaçõe-s seriam produzidas no molejo de um laminador, se 
fosse itltroduzida, repentiuatneute, uma tração a ré no equipamento? 
Neste caso. quais providências devem ser tomadas para preservação da 
espessura no laminado? 
7- Como podemos justificar uma fratura do tipo mbo de peixe em um 
laminado? 
8- Qual a importância do ponto neutro para o cálculo da taxa de 
defom1açâo? 
9- Por quê são tàbricados laminadores com arranjos complexos de rolos, 
tal com mostrado na figura 7.11. 
I 0- Utilizando a teoria simplificada d~ laminação trace gráficos das 
curvas da variação da carga de laminação com o diâmetro dos cilindros e 
com o coeficiente de at1ito. 
Referências Bibliográficas 
GEORGE E. DlETER · Metalurgia mecânica - Ed. Guanabara dois, 
1982. 
H. H.ELMAN, P. R. CETLlN - Fundamentos da coníonnação mecânica 
dos metais - Ed. Guanabara dois, 1986. 
J. M. MEYERS, K. K. CHA WLA - l>rincípios da metalurgia mecânica 
Ed. Edgard Hlucher, 1982. 
METALS HANDBOOK - Fomling and Forging, Vol. 14; ASM 9'h 
edition, 1996. 
METALS HANDBOOK- Mechanical Testing, Vol. 8; ASM 9'h edi tion, 
1996. 
HTTP/!WWW.CIMI'vi.COM.BR!materialdidatico -> Conformação + 
Laminação. 
HTIP://OCW.l'vfTT.EDU/OcwWeb/Mechanicai-Engineering/ index.htm 
- Plastic Defonnatioo, Metais Forming. 
R. A. SANGUINEm FERREIR.'\, F. SIDNEY SILVA, M. G. 
BURGER, F. G. RIBEIRO FREITAS • Decomposição Isotémlica da 
Liga AA 8023 Obtida pelo Processo Roll Caster - 53° Congresso anual 
da ABM, em CD ROM, 1998.