Apostila_Conformacao

Prévia do material em texto

Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
1 
 
 
 
 
1 - INTRODUÇÃO 
 
É o nome genérico dos processos em que se aplica uma força externa sobre a 
matéria-prima, obrigando-a a tomar a forma desejada por deformação plástica. O volume e a 
massa do metal se conservam nestes processos. 
As vantagens principais são: bom aproveitamento da matéria-prima; rapidez na 
execução; possibilidade de melhoria e controle das propriedades mecânicas do material, 
de par com a homogeneização da microestrutura. Por exemplo: bolhas e porosidade em 
lingotes fundidos podem ser eliminados através de conformação mecânica a quente, 
melhorando a ductilidade e a tenacidade; a dureza do produto pode ser controlada. Há 
casos em que controle preciso do grau e velocidade da deformação, assim como da 
temperatura, durante o processo, permitem otimizar a estrutura e as propriedades 
mecânicas do produto. 
E importante observar, contudo, que o ferramental e os equipamentos para 
conformação mecânica são comumente caros, exigindo normalmente grandes produções para 
justificar-se economicamente. 
 
2 - CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO 
 
O número dos diferentes processos unitários de conformação mecânica, 
desenvolvidos para aplicações específicas, atinge atualmente algumas centenas . Não 
obstante, é possível classificá-los num pequeno número de categorias. 
 
2.1 - CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO ESFORÇO CONFORMANTE 
 
a) Processos de Compressão Direta: 
Prof. Jalon de Morais Vieira - Prof. Márcio Silva Alves 
Branco/Complemento - Prof. Gilberto de Castro Timotheo 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
2 
 
 
A força é aplicada na superfície do material o qual escoa perpendicularmente à direção 
de compressão. As classes principais são: 
• FORJAMENTO: conformação através de esforços compressivos tendendo a fazer o 
material assumir o contorno da ferramenta conformadora; 
• LAMINAÇÃO: conjunto de processos em que se faz o material passar através da 
abertura entre rolos que giram, modificando-lhe a secção transversal. Os produtos 
podem ser placas, chapas, barras de diferentes secções, trilhos, perfis diversos, anéis, 
e tubos. 
 
 
b) Processos de Compressão Indireta: 
 
O esforço primariamente aplicado pode ser ou não compressivo; mas a força 
diretamente responsável pela conformação é constituída em grande parte pela reação 
compressiva da ferramenta (matriz) sobre o material. Exemplos: 
• TREFILAÇÃO: redução da secção transversal de uma barra, fio ou tubo, puxando-se a 
peça através de uma ferramenta (fieira, ou trefila) com forma de canal convergente; 
• EXTRUSÃO: processo em que a peça é empurrada contra a matriz conformadora, 
tendo reduzida a sua secção transversal, e ficando a parte ainda não extrudada contida 
num recipiente ou cilindro (container); o produto pode ser uma barra, perfil ou tubo; 
• EMBUTIMENTO: fabricação de peças em forma de recipiente a partir de retalhos 
planos de chapa, forçando-se a chapa a penetrar no orifício de uma matriz por meio de 
uma ferramenta convexa (estampo, ou punção) cujo contorno é igual ao que se deseja 
imprimir à peça. 
 
Obs . Neste caso somente a aba (flange) da peça fica submetida a tal tipo de esforço. 
 
c) Processos de Tração: 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
3 
 
O esforço conformante primariamente aplicado é de natureza trativa. Ex. : o 
estiramento por tração de um retalho de chapa, preso por sua periferia, em torno de um 
estampo ou molde de forma adequada. A peça tem a sua área superficial aumentada às 
custas da sua espessura. 
 
d) Processos de dobramento 
 
Envolvem a aplicação de momentos fletores a uma chapa, barra ou tubo, de modo a 
dobrar a peça em torno de uma ferramenta apropriada. 
 
e) Processos de Cisalhamento: 
 
Envolvem a aplicação de forças cisalhantes suficientemente intensas para 
romper o metal no plano de cisalhamento; abrangem diferentes operaçoes de corte de 
chapas , barras e tubos. 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
4 
 
 
Figura 1 – 
 
2.2 - CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO PROPOSITO DA DEFORMAÇÃO 
 
Se o processo visa destruir a estrutura fundida de uma peça bruta através de passes 
sucessivos de deformação, e o produto semifabricado resultante se destina a ulterior 
conformação, é chamado de PROCESSO PRIMÁRIO ou OPERAÇÃO DE PROCESSAMENTO. Nesta 
categoria se incluem sobretudo operações a quente de laminação ou de forjamento. 
Os chamados PROCESSOS SECUNDÁRIOS, ou OPERAÇÕES DE FABRICAÇÃO 
propriamente ditas, partem dos produtos de algum processo primário e transformam-nos em 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
5 
 
peças acabadas. Esta categoria abrange variantes específicas dos processos de deformação 
maciça e todos os processos de conformacão de chapas. 
 
 
3 – ASPECTOS CRISTALOGRÁFICOS 
 
3.1 - MECANISMOS DE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA 
 
Quando, na solicitação mecânica de um corpo metálico, atinge-se a tensão limite 
de escoamento, o corpo inicia um processo de deformação permanente ou deformação 
plástica. Dois mecanismos estruturais básicos podem estar presentes no cristal durante o 
processo de deformação plástica: escorregamento e maclação. 
 No escorregamento uma parte do cristal move-se em relação a outra parte, segundo 
determinados planos e direções cristalográficas, conhecidos como planos e direções de 
escorregamento. 
 Na maclação uma parte do cristal inclina-se em relação a outra parte a partir de um 
plano limite das duas partes, denominado plano de maclação. 
 
Figura 2 – 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
6 
 
 
O principal mecanismo de deformação plástica, contudo, é o de escorregamento 
provocado pela movimentação de discordâncias. 
 
 
 
 
 
3.2 – DISCORDÂNCIA 
 
 A geometria de uma discordância não é simples de ser discutida. Pode-se, contudo, 
analisar isoladamente os dois tipos fundamentais de discordâncias que compõem a 
discordância real de um cristal: discordância em linha ou de cunha e discordância em espiral 
ou de hélice. 
 
Figura 3 – 
 
3.3 – CONTORNO DE GRÃO 
 
O contorno do cristal, ou do grão do agregado policristalino, se apresenta 
irregular, caracterizando uma região de elevada imperfeição cristalina, com átomos fora 
de suas posições regulares e de equilíbrio no reticulado cristalino 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
7 
 
Devido a esse fato, o movimento de discordâncias é dificultado, o que exige 
maior nível de solicitação mecânica para dar continuidade à deformação plástica. Além 
disso, a passagem de uma discordância – em seu movimento – de um cristal para outro 
adjacente também é dificultada pelo fato desse segundo cristal apresentar, muito 
provavelmente, uma orientação diferente. 
 
Figura 4 - 
 
4 - ASPECTOS GERAIS DA CONFORMAÇÃO MECÂNICA 
 
4.1 - ESQUEMA GERAL DO PROCESSO DE CONFORMAÇÃO 
 
Para se ter uma noção das variáveis mais importantes num processo de 
conformação, é interessante visualizá-locomo um sistema total. 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
8 
 
Figura 5 - 
 
Primariamente o processo impõe uma determinada mudança de forma ao 
material, a qual tem lugar num espaço determinado entre as ferramentas (zona de 
deformação) e do modo imposto pela geometria destas, e a uma velocidade (taxa) 
também imposta pelo processo e que pode, ser constante ou variável durante o mesmo. 
O grau, o modo e a velocidade (taxa) da deformação influem no esforço necessário ao 
processo (carga mecânica) e, portanto, na energia consumida. Um cálculo teórico 
preciso deste esforço necessitaria uma análise detalhada da distribuição das 
deformações locais, velocidades e tensões na zona de deformação. 
O material na zona de deformação oferece naturalmente uma resistência à 
mudança de forma, que do ponto de vista mecânico é visualizada como uma tensão de 
escoamento. Esta é função, por um lado, de características do material como a 
composição química e a estrutura metalúrgica (natureza, tamanho, forma e distribuição 
das fases presentes) , e por outro lado de condições impostas pelo processo tais como o 
tipo e o grau de deformação, a velocidade de deformação, e a temperatura em que o 
material é deformado. 
Especialmente em condições de alta temperatura e/ou grande velocidade de 
deformação, podem se tornar importantes fenômenos metalúrgicos tais como recristalização , 
transformações de fases , precipitação e fratura. Visto que o material tende sempre a se 
deslocar ao longo da superfície das ferramentas o atrito ao longo desta interface é 
normalmente um fator, inevitável, mantendo relação com a eficiência do sistema de 
lubrificação, e influindo na taxa de desgaste das ferramentas e no acabamento superficial do 
produto. 
Finalmente, a transferência de calor da peça para as ferramentas é importante nos 
muitos casos em que a peça é trabalhada em temperatura muito superior à ambiente. 
 
4.2 - EFEITO DO TAMANHO DE GRÃO 
 
As fronteiras de grão podem ser fontes de discordâncias mas também representam 
barreiras para o movimento delas. Assim, encontra-se em geral que, em temperaturas 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
9 
 
inferiores a 50% do ponto de fusão do materia1 em graus absolutos, a resistência de um metal 
cresce com tamanho de grão decrescente de acordo com a chamada relação de Hall-petch. 
O controle do tamanho de grão durante a fabricação é um meio poderoso de melhorar 
as propriedades tanto de fabricação como de serviço dos materiais. 
 
4.3 - EFEITO DA TEMPERATURA NA CONFORMAÇÃO 
 
4.3.1 - Classificação dos processos quanto a temperatura: 
 
Para um metal puro que não sofre transformação de fase no estado sólido, os 
pontos de referência em termos de temperatura são o zero absoluto e o ponto de fusão, 
que quando tomados em graus Kelvin fornecem os pontos extremos da chamada escala 
homóloga de temperaturas, a qual permite a normalização do comportamento do metal. 
 
 
 
 
 
Figura 6 - 
 
Na temperatura acima de 0,5 Tf a intensa vibração térmica facilita muito a difusão de 
átomos e a mobilidade e aniquilação das discordâncias, dando lugar a processos de 
restauração da ductilidade e amolecimento do material, acompanhados comumente da 
formação de novos cristais livres de encruamento (recrista1ização), se o metal sofre ou sofreu 
uma deformação plástica. 
Em termos de conformação mecânica chama-se de trabalho a quente (TQ) aquele que 
é executado sob condições de temperatura e velocidade de deformação tais que ocorrem 
processos de restauração da ductilidade simultaneamente com a deformação; e trabalho a 
frio (TF) aquele que é executado sob condições em que os processos de recuperação não são 
efetivos. 
TF TQ 
TM 
0 0,5 Tf 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
10 
 
Usa-se por vezes definir também um trabalho a morno (TM), executado na faixa 
compreendida (grosseiramente) entre 0,3 e 0,5 Tf, na qual ocorre uma recuperação parcial da 
ductilidade durante a deformação, mas não se formam novos grãos (não há recristalização). 
A distinção básica entre TQ e TF é portanto função da temperatura em que se dá a 
recristalização efetiva do material, e não de uma temperatura arbitrária de trabalho. Assim, 
embora para muitas ligas comerciais a temperatura do TQ seja realmente elevada em relação 
a ambiente, para metais como Pb e Sn que se recristalizam rapidamente à temperatura 
ambiente após grandes deformações, a conformação à temperatura ambiente é TQ. Por outro 
lado a conformação a 1.100°C é Tf para o tungstênio cuja temperatura de recristalização é 
superior a esta, embora seja Tq para o aço. 
 
Figura 7 - 
 
4.3.2 - Trabalho a frio 
 
O trabalho a frio é acompanhado do encruamento do metal, que se deve à 
interação das discordâncias entre si e com outras barreiras - tais como fronteiras de grão 
- que impedem o seu movimento através da rede. A deformação plástica produz também 
um aumento no número das discordâncias, as quais em virtude de sua interação, 
resultam num elevado estado de tensão interna na rede cristalina. Um metal recozido 
contém em média 106 a 108 discordâncias por cm2, enquanto que um metal severamente 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
11 
 
encruado apresenta cerca de 1012 discordâncias por cm2. A estrutura característica do 
estado encruado, quando examinado num microscópio eletrônico apresenta dentro de 
cada grão, regiões pobres em discordâncias cercadas por um emaranhado altamente 
denso de discordâncias, formando uma subestrutura celular (sub-grãos) com uma 
pequena defasagem de orientação cristalográfica entre as células. 
Tudo isto resulta macroscopicamente num aumento da resistência e da dureza e num 
decréscimo da ductilidade do material. Num ensaio de tração, isso se traduz no aumento da 
tensão de cedimento, Y, e do limite de resistência, Sr , bem como no decréscimo da elongação 
total (alongamento na fratura), ef. 
A figura 8 ilustra que a resistência ao cedimento Y cresce mais rapidamente e se 
aproxima do limite de resistência Sr enquanto que a ductilidade - expressa aqui como ef - cai 
de modo bastante brusco após uma limitada quantidade de trabalho a frio. A microestrutura 
também muda, tornando-se os cristais alongados na direção de maior deformação, e podendo 
o material como um todo desenvolver propriedades direcionais (anisotropia textural). 
O TF é empregado - especialmente com aqueles materiais que retêm um nível útil de 
ductilidade mesmo no estado encruado - para produzir peças de alta resistência e dureza. Nos 
casos em que a ducti1idade do material se esgota - levando à fratura -.antes de ser atingida a 
forma desejada, é preciso intercalar-se uma ou mais operações de recozimento entre estágios 
de TF, a fim de amolecer o metal encruado e restaurar-lhe a ductilidade. A sequência de passes 
de TF e recozimento intercalados é chamada de ciclo de trabalho a frio – recozimento. 
 
Figura 8 - 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
12 
 
4.3.3 - Processos de restauração 
 
O efeito do TF pode ser mitigado ou mesmo eliminado ao manter-se o material a 
uma temperatura suficientementeelevada para que a vibração térmica intensificada dos 
átomos permita maior mobilidade das discordâncias. Na temperatura de cerca de 0,3 - 
0,5 TF, as discordâncias são bastante móveis para formar arranjos regulares e mesmo se 
aniquilarem entre si sobre os mesmos planos de deslizamento, dando lugar à chamada 
RECUPERAÇÃO. É um processo que depende do tempo e, embora não mude a 
microestrutura, restaura parcialmente a maciez (menor resistência e maior ductilidade) 
original. 
 A maciez original é inteiramente restaurada pelo aquecimento acima de T > 0,5 
TF, quando se formam novos grãos com baixa densidade de discordâncias (nucleação), 
os quais crescem continuamente até que a estrutura toda esteja RECRISTALIZADA. A 
microestrutura resultante é normalmente equiaxiada, muito embora passa ser retida ou 
mesmo desenvolvida uma textura cristalográfica (textura de recozimento). Ta1 processo 
de recozimento envolve difusão e é, portanto, grandemente dependente da temperatura e 
do tempo. 
 
4.3.4 – Geração de calor na conformação 
 
Da energia empregada na deformação plástica de um metal, apenas 5 a 10% ficam 
acumulados na rede cristalina, sob a forma de energia interna, sendo os restantes 90 a 95% 
convertidos em calor. Parte deste calor é dissipado (transmitido às ferramentas ou perdido 
para a atmosfera), mas o restante permanece na peça, elevando-lhe a temperatura. 
 
4.3.5 - Trabalho a quente 
 
Se a deformação plástica é executada a temperaturas entre 0,5 Tf e a temperatura 
solidus - tipicamente na faixa de 0,7 a 0,8 TF - a intensificada difusão atômica 
possibilita a escalagem e mesmo o desaparecimento de muitas discorâncias, e 
verifica-se que atuam processos de restauração simultaneamente com os processos de 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
13 
 
deslizamento cristalográfico. O material resultante possuirá uma densidade muito menor 
de discordâncias do que se fosse deformado a frio, e conseqüentemente será muito 
menos duro. 
O mecanismo que mantêm baixa, neste caso, a densidade de discordâncias, tanto 
pode ser uma recuperação dinâmica (simultânea) como uma recristalização dinâmica da 
estrutura durante o trabalho. O material posteriormente resfriado até a temperatura 
ambiente via de regra exibe uma estrutura recristalizada; esta, contudo, pode resultar de 
uma recristalização estática em seguida à deformação. O que distingue propriamente o 
Tq não é, portanto, uma estrutura recristalizada, mas a ocorrência simultânea da 
propagação de discordâncias e de processos de restauração, com ou sem recristalização 
simultânea. 
 
 
4.3.6 - Faixa de temperaturas de trabalho permissíveis 
 
O limite inferior de temperatura para o Tq é a menor temperatura na qual a taxa de 
recristalização é rápida o bastante para eliminar o encruamento durante o tempo em que o 
metal permanece nela; será tanto menor quanto maior o grau de deformação, maior o tempo 
de resfriamento, e menor a taxa de deformação. 
A maioria das operações de Tq é executada em múltiplos passes ou estágios: em 
geral, nos passes intermediários a temperatura é mantida bem acima do limite inferior 
para se tirar vantagem da conseqüente redução na TF, embora com o risco de um 
crescimento de grão. Como, porém deseja-se usualmente um produto com tamanho de 
grão pequeno, a temperatura do último passe (temperatura de acabamento) é bem 
próxima ao limite inferior, e a quantidade de deformação concomitante é relativamente 
grande. 
 O limite superior de temperatura para o Tq é determinado pelo ponto onde ocorre ou 
a fusão, ou uma oxidação excessiva (queima). Geralmente emprega-se Tmax ~ Tf – 55°C (ou Tf 
– 100°F) para levar em conta a possibilidade de regiões segregadas com menor ponto de fusão. 
Basta uma pequena quantidade de um filme de constituinte com baixo ponto de fusão nos 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
14 
 
contornos de grão para fazer um material desagregar-se quando deformado: é o fenômeno 
conhecido como FRAGILIDADE A QUENTE. 
Para uma dada pressão e temperatura de trabalho haverá uma quantidade 
máxima de deformação que pode ser fornecida à peça (1imitação esta baseada na 
resistência ao escoamento, e não na ductilidade). 
Se a temperatura de pré-aquecimento do tarugo inicial aumenta, a resistência diminui 
e a deformação aumenta para uma dada pressão aplicada; assim, as curvas “isobáricas” 
aumentam com a temperatura, obviamente será sempre inferior a linha solidus. 
A fragilização a quente limita a temperatura de trabalho a valores inferiores a 
temperatura solidus. 
É visto que com taxas de deformação altas ficará retido mais calor na peça, a 
temperatura da mesma deverá ser menor para evitar que ela atinja a faixa de fragilidade a 
quente. 
 
4.3.7 - Outros aspectos práticos do trabalho a quente 
 
De um ponto de vista prático o TQ - que é o estágio inicial da conformação da maioria 
dos metais e ligas - apresenta um certo número de vantagens mas também de problemas 
como listado em seguida. 
 
VANTAGENS: 
• menor energia requerida para deformar o metal, já que a tensão de escoamento 
decresce com o aumento da temperatura; 
• aumento da capacidade do material para escoar sem se romper (ductilidade); 
• homogeneização química das estruturas brutas de fusão (e. g. eliminação de 
segregações) em virtude da rápida difusão atômica interna; 
• eliminação de bolhas e poros por caldeamento; 
• desmanche e refino da granulação grosseira e colunar do fundido, proporcionando 
grãos menores, recrista1izados e equiaxiados; 
• aumento da ductilidade do material trabalhado em relação ao fundido bruto. 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
15 
 
DESVANTAGENS 
• necessidade de equipamentos especiais (fornos, manipuladores, etc.) e gasto de 
energia para o aquecimento das peças; 
• reações do metal com a atmosfera do forno levando a perdas de material por oxidação 
e outros problemas relacionados (no caso dos aços ocorre também descarbonetação 
superficial; metais reativos como o titânio ficam severamente fragilizados pelo 
oxigênio e tem de ser retrabalhados em atmosfera inerte ou protegidos do ar por uma 
barreira adequada); 
• formação de incrustações de óxidos, prejudiciais para o acabamento superficial; 
• o desgaste das ferramentas é maior e a lubrificação é dificil; 
• necessidade de grandes tolerâncias dimensionais por causa da expansão e contração 
térmicas; 
• estrutura e propriedades do produto resultam menos uniforme do que em caso de TF 
seguido de recozimento, pois a deformação sempre maior nas camadas superficiais 
produz nas mesmas uma granulação recristalizada. mais fina, enquanto que as 
camadas centrais, menos deformada e sujeitas a um resfriamento mais lento, 
apresentam crescimento de grão. 
 
 
 
 
 
 
 
5 - ALGUNS EFEITOS METALURGICOS IMPORTANTES 
 
5.1 - FIBRAMENTO MECÂNICO (TEXTURA METALOGRÁFICA) 
 
Como resultado do trabalho mecânico, as partículas de segunda fase, inclusões, vazios, 
segregações, etc., tendem a assumir um formato e distribuição que correspondem 
grosseiramente à deformação da peça como um todo. Se as partículas e inclusões são dúcteis 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
16 
 
e mais moles do que a matriz, assumem forma alongada, elipsoidal;se são frágeis, quebram-se 
em fragmentos que se orientam paralelamente à direção principal de trabalho; se são mais 
duras e mais resistentes do que a matriz, permanecem essencialmente não deformadas. Tal 
alinhamento de partículas de segunda fase, inclusões, segregação, cavidades, etc., durante o 
trabalho a frio ou a quente, bem como a distorção preferencial da forma dos grãos no trabalho 
a frio, são responsáveis pela estrutura fibrosa típica dos produtos conformados, observável em 
macrografias. 
Tal fibramento mecânico - que não deve ser confundido com a textura cristalográfica - 
produz na peça um tipo de anisotropia que afeta principalmente as propriedades de 
ductilidade, tenacidade à fratura e resistência à fadiga do material, praticamente não influindo 
na resistência ao escoamento plástico. Em geral, a ductilidade à tração, as propriedades de 
fadiga e a tenacidade a fratura (medida, por ex., com ensaios de impacto) serão menores nas 
direções transversais (normais às fibras) do que na direção longitudinal; daí ser importante a 
obtenção de uma orientação adequada das fibras quando da fabricação das peças, sobretudo 
por forjamento. 
 
5.2 - ACELERAÇÃO DE TRANSFORMAÇÕES METALÚRGICAS NO TQ 
 Em virtude dos mecanismos cristalográficos de deformação que favorecem a 
mobilidade atômica, verifica-se sobretudo durante o trabalho a quente uma grande aceleração 
dos processos que envolvem difusão de átomos na rede cristalina do metal. Assim, 
heterogeneidades na composição química, tais como as segregações, podem ser eliminadas; e 
pode ocorrer um rápido crescimento de partículas de segunda fase quando existe alguma 
tendência a isto (por ex. a esferoidização de um aço perlítico fica extraordinariamente 
favorecida pela deformação a 700°C). 
 
 
 
 
5.3 - CONTROLE DO TAMANHO DE GRÃO 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
17 
 
Como se sabe, um tamanho de grão pequeno favorece a resistência e a tenacidade do 
material . Para se obter um Produto de granulação fina, o fator principal é a temperatura do 
último passo de TQ ou do último recozimento de um material trabalhado a frio. Em ambos os 
casos convém, em princípio, usar a temperatura menos elevada e o resfriamento mais rápido 
que sejam possíveis. Tabela 1: 
 
MATERIAL Temperatura de Recristalização 
 
Cobre eletrolítico (99,999%) 121 
CU - 5% Z11 315 
CU - 5% AI 288 
Cu. - 2% Be 371 
Alumínio eletrolitico (99,999%) 279 
Alumínio (99,0%) 288 
Ligas de alumínio 315 
Níquel (99,99%) 371 
Monel (Ni - Cu) 593 
Ligas de magnésio 252 
Forro eletrolítico 398 
Aço de baixo carbono 538 
Zinco 10 
Chumbo -4 
Estanho -44 
 
Em resumo, os fatores da recristalização são os seguintes: 
 
• uma quantidade mínima de deformação prévia: se o trabalho a frio prévio é zero, não 
há energia de ativação para a recristalização e ficam mantidos os grãos originais; 
• quanto maior essa deformação prévia, menor a temperatura necessária para iniciar a 
recristalização; 
• quanto menor a temperatura, maior o tempo necessário à recristalização; 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
18 
 
• o tamanho de grão resultante será tanto menor quanto maior a deformação prévia 
(pois será maior o número de núcleos a partir dos quais crescerão os novos grãos) e 
menor a temperatura de recristalização (pois os grãos formados terão menor 
oportunidade de crescer uns a custa dos outros). 
OBS. Uma estrutura de grãos grosseiros apresenta propriedades mecânicas pobres, ao passo 
que um tamanho de grão fino fornece ao material alta resistência sem diminuir-lhe muito a 
ductilidade. 
• adições de elementos de liga tendem a aumentar a temperatura de recristalização 
(pois retardam a formação de núcleos). 
 
 Os efeitos do TF Prévio e da temperatura de recozimento sobre o t.g. do material 
recozido, para um tempo de recozimento constante, estão esquematizadoszados na fig. 
Embora os recozimentos aumentem o custo do processo (sobretudo com metais 
reativos, que têm de ser recozidos em atmosferas inertes ou em vácuo), fornecem 
também grande versatilidade, pois ajustando-se adequadamente o ciclo TF - 
recozimento, pode-se obter qualquer grau desejado de encruamento no produto final: 
• se este é para ser mais resistente do que o material integralmente recozido, então a 
operação final é um passe de TF com o grau de deformação necessário para dar a 
resistência desejada, seguindo-se-lhe geralmente um aquecimento de recuperação 
(abaixo da temperatura de recristalização) apenas para aliviar as tensões residuais; 
 OBS.: este procedimento é mais adequado que tentar amolecer uma peça 
inteiramente encruada por recozimento, porque o processo de recristalização avança 
rapidamente e é muito sensivel a pequenas flutuações de temperatura no forno. 
• se o que se quer é o material inteiramente amolecido, então o recozimento é a 
operação final. 
 
É habitual produzir-se artigos trabalhados a frio (copio tiras, chapas e fios) com 
diferentes classificações, dependendo do grau de encruamento: estado recozido; estados 1/8 
duro, 1/4 duro, meio-duro, 3/4 duro, inteiramente (ou 100% duro), extraduro, com dureza de 
mola. Cada estado (ing=”temper") indica uma diferente percentagem de trabalho a frio 
seguindo o ultimo recozimento. 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
19 
 
A classificação varia conforme o metal , sendo em geral baseada em valores 
comparativos do limite de resistência à tração, e não em valores de dureza por penetração. 
Também nem todas as ligas admitem os graus de encruamento correspondentes às classes 
mais e1evadas. 
Nas aplicações industriais, o grau de encruamento é expresso, frequentemente, como 
uma medida convencional da deformação: a redução percentual em área transversal da peça r. 
Para uma peça trefilada, sendo Ao e Af as áreas da seção transversal respectivamente antes e 
após a trefilação, tem-se que r = 
Ao
AfAo −
. 
A temperatura de 0,5 TF não é senão uma referência aproximada, pois mesmo 
pequenos teores de elementos de liga podem retardar substancialmente a formação de 
novos grãos e portanto elevar a temperatura de recristalização. 
Na prática, a temperatura de recristalização é convencionalmente definida como 
aquela em que o metal severamente encruado recristaliza totalmente em uma hora. 
A tabela anterior apresenta as temperaturas de recristalização para alguns metais e 
ligas de uso comum. 
Em alguns metais os processos de restauração aumentam a ductilidade mais do 
que diminuem a resistência, sendo então possível controlar as propriedades finais do 
produto deformado por meio de um severo trabalho a frio seguido de um recozimento 
de recuperação que restaura grande parte da ductilidade sem reduzir muito a resistência. 
Para uma chapa lamínada a frio da espessura inicial ho para a espessura final hf, dado 
que a sua largura praticamente não varia durante a laminação, r =
ho
hfho −
 . 
Para chapas de aço laminadas a frio, por exemplo, é comum a classificação comercial 
apresentada abaixo (incluindo a tabela comercia1 Brown & Sharp). 
 
6 - TENSÕES RESIDUAIS EM PRODUTOS CONFORMADOS 
 
Tensões residuais são o sistema de tensões que pode existir em um corpo quando ele 
está livre de forças externas. São produzidas sempre que um corpo é submetido a deformação 
plástica não-uniforme, sendo portanto freqüentes em produtosconformados. 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
20 
 
Considere-se por exemplo uma chapa metálica grossa sendo laminada sob 
condições tais que só ocorre escoamento plástico próximo às superfícies da chapa. Os 
grãos da superfície da chapa são deformados e tendem a se alongar, enquanto que os 
grãos do centro permanecem inalterados. Mas dado que a chapa tem de permanecer um 
todo contínuo, as regiões central e superficiais têm de se acomodar em termos de 
deformação: as fibras centrais tendem a restringir o alongamento dos fibras superficiais, 
enquanto que estas procuram esticar as centrais. O resultado é um padrão de tensões 
residuais na chapa, consistindo de altas tensões compressivas na superfície e uma tensão 
residual trativa no centro da chapa. Em geral, o sinal da tensão residual produzida por 
deformação não-homogênea é oposto ao sinal da deformação plástica que a produziu; 
no caso da chapa laminada as fibras que foram alongadas na direção longitudinal pela 
laminação são deixadas num estado de tensão residual compressiva quando a carga 
externa é removida. 
O sistema de tensões residuais existente em um corpo tem de estar em equilíbrio 
estático. Assim, a força total que atua em qualquer plano através do corpo e o momento 
total das forças em qualquer plano têm de ser nulos. Para o padrão de tensões 
longitudianis da figura 8 a área sob a curva sujeita a tensões compressivas tem de ser 
numericamente igual à área sujeita a tensões trativas. Por outro lado, não se pode 
descartar a possibilidade de tensões residuais nas outras duas direções principais, ou 
seja, de se ter um estado triaxial de tensões residuais. 
As tensões residuais são elásticas, não podendo portanto ser maiores do que o limite 
de escoamento do material. 
A eliminação ou a redução em intensidade das tensões residuais conhecida como alívio 
de tensões, pode ser efetuada tanto por aquecimento como por deformação plástica a frio. O 
alívio de tensões por aquecimento ocorre primeiramente a partir da temperatura em que o 
limite ao escoamento do material se torna inferior à tensão residual; a tensão residual em 
excesso deste limite é imediatamente eliminada por escoamento plástico. O restante vai 
diminuindo gradativamente através de mecanismos internos de relaxação dependentes do 
tempo. O resfriamento a partir da temperatura de tratamento deve ser suficientemente lento 
para não reintroduzir tensões residuais devidas à contração térmica não-uniforme da peça. 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
21 
 
A deformação plástica a frio pode também reduzir substancialmente os gradientes de 
deformação responsáveis pelas tensões residuais. Por exemplo, produtos tais como chapas, 
placas e extrudados são frequentemente tracionados bem acima do limite de escoamento a 
fim de aliviar gradientes de deformação por meio de deformação plástica. As tensões residuais 
em chapas, barras de secção circular e tubos trabalhados a frio podem também ser aliviadas 
através de flexão alternada, de modo a ultrapassar o limite de escoamento das fibras mais 
externas nas chamadas desempenadeiras ou endireitadoras de rolos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FORJAMENTO 
 
1.0. Introdução 
 
 Forjamento é o nome genérico para operações de conformação mecânica efetuadas 
com esforço de compressão sobre um material dúctil, de tal modo que ele tende a assumir o 
contorno ou perfil da ferramenta de trabalho. 
 Com esta definição ampla, o forjamento constitui a mais antiga das artes de conformar 
metais, tendo suas origens no trabalho dos primitivos ferreiros de muitos séculos antes de 
Cristo. O desenvolvimento de máquinas para substituir o braço do ferreiro ocorreu já nas 
primeiras etapas da revolução industrial. Atualmente existe uma grande variação no 
maquinário de forjamento, capaz de produzir peças dos mais diversos feitios e tamanhos, 
desde alfinetes, pregos, parafusos e porcas até motores de turbinas e asas de avião. 
 Na maioria das operações de forjamento emprega-se um ferramental constituído por 
um par de utensílios de superfície plana ou côncava, denominados matrizes ou estampas. 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
22 
 
Também a maioria das operações de forjamento é realizada a quente; contudo, uma grande 
maioria de pequenas peças, tais como parafusos, pinos, porcas, engrenagens, pinhões, etc., 
são produzidas por forjamento a frio. 
 
Existem duas categorias amplas de forjamento: 
(a) Forjamento livre ou forjamento em matriz aberta, em que o material é conformado 
entre matrizes planas ou de formato simples, que normalmente não se tocam (Fig 1.1a). 
Ë usado geralmente para fabricar peças grandes, com forma relativamente simples (ex. 
eixos de navios e de turbinas, ganchos, correntes, âncoras, alavancas, excêntricos, 
ferramentas agrícolas, etc) e em pequeno número; e também para pré-conformar peças 
que serão submetidas posteriormente a operações de forjamento mais complexas. 
 
(b) Forjamento em matriz fechada ou simplesmente forjamento em matriz, em que o 
material é conformado entre duas metades de matriz que possuem, gravadas em baixo 
relevo, impressões com o formato que se deseja imprimir na peça (Fig1.1b e c). A 
deformação ocorre sob alta pressão em uma cavidade fechada ou semi-fechada, 
permitindo assim obter-se peças com tolerâncias dimensionais mais estreitas do que no 
forjamento livre. Nos casos em que a deformação se dá dentro de uma cavidade 
totalmente fechada, sem zona de escape, é evidentemente fundamental a precisão na 
quantidade de material fornecida: uma quantidade insuficiente implica falta de 
enchimento da cavidade e falha no volume da peça; um excesso de material causa 
sobrecarga no ferramental, com probabilidade de danos ao mesmo e ao maquinário. 
Dada a dificuldade de se fornecer sempre a quantidade exata de material, o mais comum 
é empregar-se um pequeno excesso, senso as matrizes providas de uma zona oca 
especial para recolher o material que sobra ao ser totalmente preenchida a cavidade 
principal. Este material que sobra forma uma caixa estreita (rebarba) em torno da peça 
forjada, necessitando uma operação adicional de corte (a rebarbação) para ser removido. 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
23 
 
 
Figura 1.1. 
 
Os equipamentos comumente empregados incluem duas classes principais: 
(a) Martelos de forja, que deformam o material através de rápidos golpes de impacto na 
superfície do mesmo; e 
(b) Prensas, que deformam o material submetendo-o a uma compressão contínua com 
velocidade relativamente baixa. 
 
 Os processos convencionais de forjamento são executados tipicamente em 
diversas etapas, começando com o corte do material, aquecimento, pré-conformação 
mediante operações de forjamento livre, forjamento em matriz (em uma ou mais etapas) 
e rebarbação. 
 De um modo geral, todos os materiais conformáveis podem ser forjados. Os 
mais utilizados para produção de peças forjadas são os aços (comuns e ligados, aços 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
24 
 
estruturais, aços para cementação e para beneficiamento, aços inoxidáveis ferríticos e 
austeníticos, aços ferramenta),ligas de alumínio, de cobre (especialmente os latões), de 
magnésio, de níquel (inclusive as superligas, como waspaloy, astraloy, inconel, etc., 
empregadas principalmente na indústria aeroespacial) e de titânio. 
 O material de partida vem geralmente na condição fundida ou, mais comumente, 
laminada – condição esta que é preferível, por apresentar uma microestrutura mais 
homogênea. Peças forjadas em matriz, com peso não superior a dois e três quilos, são 
normalmente produzidas a partir de barras laminadas; as de maior peso são forjadas a 
partir de tarugos ou palanquilhas, quase sempre também laminados, e cortados 
previamente no tamanho adequado. Peças delgadas, como chaves de boca, alicates, 
tesouras, tenazes, facas, instrumentos cirúrgicos, etc., podem ser forjadas a partir de 
recortes de chapas laminadas. 
 
1.2. Forjamento Livre 
 
 1.2.1. Operações Unitárias de Forjamento 
 
 São operações relativamente simples de conformação por forjamento, 
empregando matrizes abertas ou ferramentas especiais, com a finalidade seja de 
produzir peças acabadas de feitio simples, seja de redistribuir a massa de uma peça 
bruta a fim de facilitar a posterior obtenção de um feitio complexo por forjamento em 
matriz. 
 As operações unitárias de forjamento mais usadas são: 
(a) Recalque ou recalcamento – É a compressão direta do material entre um par de 
ferramentas de face plana ou côncava, visando primariamente reduzir a altura da peça e 
aumentar a sua seção transversal (Fig 1.2) 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
25 
 
 
Figura 1.2. 
 
(b) Estiramento – Operação que visa aumentar o comprimento de uma peça às custas da 
sua espessura (Fig 1.3) 
 
Figura 1.3. 
 
(c) Encalcamento – Variedade de estiramento em que reduz a secção de uma porção 
intermediária da peça, por meio de uma ferramenta ou impressão adequada (Fig 1.4) 
 
Figura 1.4. 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
26 
 
 
(d) Rolamento – Operação de distribuição de massa ao longo do comprimento da peça, 
mantendo-se a seção transversal redonda enquanto a peça é girada em torno de seu 
próprio eixo (Fig 1.5). 
 
Figura 1.5. 
 
(e) Alargamento – Operação que aumenta a largura de uma peça às custas de sua 
espessura (Fig 1.6). 
 
Figura 1.6. 
 
(f) Furação – Operação de abertura de um furo em uma peça, geralmente por meio de 
um punção de formato apropriado (Fig 1.7). 
 
(g) Extrusão – Operação em que o material é forçado a passar através de um orifício de 
seção transversal menor que a da peça (Fig 1.8). 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
27 
 
 
Figura 1.8. 
 
(h) Laminação de forja – Processo para reduzir e modificar a seção transversal de uma 
barra passando-a entre dois rolos que giram em sentidos opostos, tendo cada rolo um ou 
mais sulcos de perfil adequado, que se combina com o sulco correspondente do outro 
rolo (Fig 1.9). 
 
Figura 1.9. 
 
(i) Cunhagem – Operação, geralmente a frio e empregando matriz fechada ou aberta, 
que visa produzir uma impressão bem definida na superfície da peça, sendo usada para 
fabricar moedas, medalhas (Fig 1.10), talheres e outras peças pequenas, bem como para 
gravar detalhes de diversos tipos empeças maiores. 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
28 
 
 
Figura 1.10. 
 
(k) Fendilhamento – Operação que consiste em separar o metal, geralmente aquecido, 
por meio de um mandril de furação provido de gume (Fig 1.11); depois que a 
ferramenta foi introduzida até a metade da peça, esta é virada para ser fendilhada do 
lado oposto. 
 
Figura 1.11. 
 
(l) Expansão – Operação que visa alargar uma fenda ou furo, fazendo passar através do 
mesmo uma ferramenta de maiores dimensões (Fig 1.12), geralmente se segue ao 
fendilhamento. 
 Como etapas do forjamento podem ser ainda executadas operações de corte, 
dobramento, curvamento, torção, entalhamento, etc. 
 
1.2.2. Recalque de Peças Cilíndricas 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
29 
 
 
 Considere-se a compressão uniaxial de um tarugo cilíndrico entre matrizes de 
faces planas e paralelas. Na ausência de atrito, a deformação seria homogênea e a peça, 
embora diminuindo de altura e aumentando de diâmetro para preservar o volume 
constante, permaneceria cilíndrica (Fig 1.13a). O valor da pressão para recalcar seria 
constante em todos os pontos da interface metal-ferramenta, e igual à tensão de 
escoamento em compressão uniaxial para o grau e a taxa de deformação aplicados, ecs. 
 Se altura da peça decresce de h0 para h1, a deformação real é dada por: 
 
 = ln h1/ho = ln ho/h1 
 
e a taxa de deformação, sendo v a velocidade da ferramenta, é dada por: 
 • 
 = v/h1 
 
 Na prática contudo, sempre existe um certo atrito entre as matrizes e a peça, o 
qual retarda o deslocamento das faces do cilíndro sobre as matrizes e gera assim uma 
elevação da pressão local na interface, que cresce simetricamente desde as bordas do 
cilíndro até o centro da interface (Fig 1.14b). 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
30 
 
 
Figura 1.13 a e b. 
 
Quanto mais intenso o atrito ( expresso, como um coeficiente de atrito ), mais 
elevada será esta colina de atrito e maior será a pressão média na interface, que é o valor 
que mais interessa para o cálculo da carga de forjamento. A Fig 1.14 ilustra também 
que, para o mesmo coeficiente de atrito, um cilíndro da mesma altura mas de maior 
diâmetro da origem a uma colina de atrito mais elevada e consequentemente a pressão 
interfacial média é mais alta. 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
31 
 
Figura 1.14. 
 Em virtude do atrito, surgem regiões de escoamento restringido na peça, com 
forma aproximadamente cônica, logo abaixo da interface com a matriz (Fig 1.15). 
 
Figura 1.15. 
 
Fora destas regiões o material o material tem mais liberdade de escoar 
lateralmente e, em consequência, o cilíndro forma um bojo, tendendo a assumir a forma 
de barril (Fig 1.16 ). 
 
Figura 1.16. 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
32 
 
Cilindros altos (a relação limite h/d no caso de aços forjados a quente fica entre 
1,4 e 1,6), tendem a formar dois bojos, um junto a cada base (Fig 1.17). Trata-se de 
deformação heterogênea induzida pelo atrito. 
 
Figura 1.17. 
 
 A pressão média na interface metal-matriz representa a tensão a tensão de 
conformação e é convenientemente expressa como um múltiplo de tensão de 
escoamento uniaxial ecs , que agora prevalece apenas nas bordas da interface. O fator 
multiplicativo Qacs , ou fator de atrito (o subscrito “acs” significa atrito em compressão 
simples) leva em conta tanto o coeficiente de atrito como a geometria da peça 
(caracterizada pela relação d/h) e, quando as condições de atrito na interfacesão do tipo 
coulombiano, pode ser calculado aproximadamente pela expressão: 
 
Equação 
 
 Para valores do produto D/h <1, esta expressão pode ser aproximada por 
 
 Qacs = 1 + D/(3h) 
 
 Quando se tem condições de aderência na interface (por exemplo, num recalque 
com ferramentas ásperas e/ou a quente, sem lubrificação), Qacs é dado por: 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
33 
 
 
 Qacs = 1 + D/3(3)
1/2 h 
 
 A Figura 1.18 mostra a variação de Qacs com (D/h), para diversos valores do 
coeficiente de atrito. 
 
Figura 1.18. 
 
 Um outro efeito importante do padrão de deformações introduzido pelo atrito 
num cilindro recalcado, em virtude da deformação não-homogênea do material, é o 
surgimento de tensões secundárias na peça (Fig 1.19), das quais as mais importantes 
atuam nos bojos formados. O material localizado nos bojos não é diretamente 
comprimido pelas ferramentas, mas é forçado a se expandir em função do aumento do 
diâmetro do material adjacente situado dentro do campo de ação direta das ferramentas. 
Surgem assim nos bojos tensões tensões secundárias trativas, tanto circunferenciais (não 
mostradas na Fig 1.19) como axiais, as quais, se suficientemente intensas, podem gerar 
fissuras e trincas na superfície barrilada, geralmente inclinadas de 00 a 450 com a 
direção axial, dependendo da magnitude relativa das componentes de tensão (Fig 
1.20b). 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
34 
 
 
Figura 1.19 a e b. 
 
 
Figura 1.20 a e b. 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
35 
 
Por esta razão, embora possa ser reduzido pela lubrificação na interface peça-
ferramenta, o barrilamento normalmente coloca um limite máximo para a redução da 
altura que pode ser obtida sem risco de trincamento em uma dada etapa de recalque. 
 Também podem se tornar importantes as tensões secundárias que surgem na 
região central de cilindros altos, especialmente as trativas radiais (Fig 1.19b), de vez que 
podem ai levar a abertura de trincas. Um princípio semelhante é utilizado para criar uma 
fissura central ao longo do núcleo de tarugos quando da fabricação de tubos sem costura 
pelo processo Mannesmann. 
 Um outro problema que pode limitar o recalque é a flambagem das peças (Fig 
1.21), tanto mais provável quanto maior for a altura inicial em relação ao diâmetro. Por 
isto é conveniente limitar a razão h0/D0 a 2 (Fig 1.22a). Ademais, quando o atrito sobre 
as matrizes é muito baixo, qualquer impressão na forma da peça pode fazer com que ela 
se deforme de modo enviesado (distorção); portanto, em tais casos convém limitar a 
relação h0/D0 a 1,5. 
 
Figura 1.21 a e b. 
 
 Muito frequentemente o recalque faz parte de uma operação de encabeçamento, 
em que se recalca apenas a extremidade de uma barra cilíndrica. A parte da peça que 
não será recalcada fica firmemente retida entre as metades de uma matriz bipartida 
(morsa), o que fornece maior resistência à flambagem e permita que seja recalcado um 
comprimento livre maior do que no caso de uma peça simplesmente apoiada (h0/D0  3) 
(Fig 1.22b). Um comprimento ainda maior pode ser recalcado progressivamente, em 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
36 
 
dois ou mais estágios com formas intermediárias tronco-cônicas (Fig 1.22c). Utiliza-se 
também um arranjo, típico das chamadas encabeçadoras (ou recalcadoras) a frio, em que 
o comprimento da barra ou arame a recalcar fica contido no furo de uma matriz 
intermediária e a operação é efetuada por um estampo que empurra o material para a 
cavidade de forma apropriada existente nesta matriz (Fig 1.22d). Visto que neste caso a 
peça é guiada em suas duas extremidades, evita-se a flambagem e podem-se conformar 
cabeças maiores. 
 
Figura 1.22. 
 
1.2.3. Recalque de Peças Prismáticas 
 
 Uma peça prismática de seção retangular ou quadrada, recalcada entre matrizes 
planas (Fig 1.23), cria condições diferentes daquelas encontradas ao se recalcar um 
cilindro. 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
37 
 
 
Figura 1.23. 
 
Por causa do atrito, durante o recalque as seções transversais (perpendiculares a 
direção de forjamento) inicialmente quadradas, retangulares ou poligonais tendem a se 
tornar arredondadas, em virtude do padrão de escoamento que se estabelece nestas 
seções, em que o material se move em direção a superfície livre mais próxima, 
afastando-se de superfícies imaginárias no interior da peça, idealmente planas e 
paralelas à direção de compressão, chamadas divisores de fluxo (Fig 1.24) 
 
1.24 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
38 
 
 Uma consequência prática interessante, nos processos de forjamento em que se 
predominam condições de recalque (ex. forjamento em matriz), é a possibilidade de se 
utilizar, como forma inicial, barras de seção quadrada (que são mais baratas), mesmo 
quando a peça a ser produzida tem seção circular. 
 A Figura 1.24b ilustra que as seções retangulares tendem a aumentar menos em 
sua dimensão maior. Em seções longas é impraticável a obtenção de aumentos 
significativos de comprimento, embora a dimensão menor possa aumentar de duas a três 
vezes, com uma operação de recalque. Considera-se que, para seções transversais de 
comprimento (w) da ordem de 10 ou mais vezes a largura (b), durante o recalque o 
aumento relativo de w é praticamente insignificante comparado com o de b, tendo-se 
assim, aproximadamente, uma situação de deformação plana. 
 Portanto, o recalque não é a operação indicada para aumentar o comprimento de 
uma peça. Caso haja a necessidade de uma distribuição de material (ou seja, 
predominantemente em uma direção normal à direção de forjamento), esta deverá ser 
efetuada por meio de outras operações que não o recalque. 
 Considerando a Figura 1.23, a mesma causa que impede o fluxo de material na 
direção de w eleva a pressão interfacial mínima, necessária para manter o escoamento 
plástico, de cerca de 15,5% sobre a tensão de escoamento em compressão uniaxial 
(compressão simples), mesmo nas bordas das interfaces peça-matriz. Na presença de 
atrito, sugerida pela “colina” na distribuição de pressão local, a pressão de recalque será 
igual ao valor médio desta distribuição de pressão, dado por 
 
Pr = ecp . Qacp 
 
Onde ecp ( 1,155. ecs) é a tensão de escoamento em compressão plana e Qacp é o fator 
de atrito em compressão plana. Sob condições de atrito coulombiano , 
 
Qacp = (h / b) . exp(b / h) – 1 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
39 
 
 Para valores do produto b / h não superiores a 0,6 a expressão.... pode ser 
aproximadamente calculada por 
 
Qacp = 1 + b / (2h) 
 
Se porém, as condições forem de aderência na interface, 
 
Qacp = b / (4.h) + 1 
 
A Figura 1.25 mostra a variação de Qacp com a relação b/h para diferentes condições de 
atrito. A carga de forjamento será. 
 
Pr = pr . b . wOnde w é suposto constante e b é um valor médio calculado a partir da constância do 
volume da peça e da altura para a qual a carga á calculada. Um exemplo frequente deste 
tipo de recalque é o achatamento da extremidade de uma barra ou pino. 
 
 
Figura 1.25. 
 
1.2.4. Estiramento à Forja 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
40 
 
 
 O estiramento visa aumentar o comprimento de uma peça a custa da redução de 
sua seção paralela à direção de forjamento. É executado normalmente em matrizes 
abertas, por meio de mordidas sucessivas que vão reduzindo gradualmente a espessura 
da peça (Fig. 1.26). É uma das operações mais frequentes no forjamento livre e, 
diferentemente do recalque, abrange apenas uma parte do volume da peça de cada vez. 
 
Figura 1.26. 
 
 A Figura 1.27 ilustra o estiramento parcial de uma barra prismática (a), realizado 
através de sucessivas mordidas com matrizes em forma de placa estreita com superfície 
de trabalho arredondada, senso a barra avançada da distância adequada entre cada 
mordida e a seguinte assumido finalmente a forma mostrada em (b). Para se manter a 
seção quadrada a peça é girada de 900 e submetida a nova série de mordidas sucessivas 
(c); por fim as superfícies forjadas são alisadas por meio de compressão com matrizes 
de maior espessura e face chata, obtendo-se a forma final mostrada em (d). 
 
Figura 1.27. 
 
 A Figura 1.28 mostra ferramentas empregadas para o estiramento de peças de 
porte relativamente pequeno, em marteletes pneumáticos. Geralmente nestes casos o 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
41 
 
forjador gira a peça de 900 após cada martelada, a fim de rebater o alargamento 
transversal. 
 
Figura 1.28. 
 
Peças pesadas são estiradas em prensas hidráulicas (Fig. 1.29) e não permitem 
ser continuamente viradas, sendo forjadas completamente em uma direção, para só 
então ser viradas. 
 
Figura 1.29. 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
42 
 
 Ao rebater o alargamento de peças de seção retangular, o forjador deve atentar 
para que a relação entre a altura (paralela a direção de compressão) e a largura da seção 
inicial não ultrapasse cerca de 3,5:1 a fim de evitar o risco de flambagem (Fig. 1.30) 
 
Figura 1.30. 
 
 No estiramento de barras de seção circular (rolamento), dá-se após cada golpe 
uma pequena rotação, de modo a fazer incidir helicoidalmente as pancadas. Para 
grandes seções, porém adota-se comumente o estiramento sobre selim (Figura 1.31), em 
que, por ficar a peça apoiada sobre dois pontos, no chamado selim, se reduz o 
alongamento transversal e, com isto, o trabalho de rebatimento. 
 
Figura 1.31. 
 
III.2.6 – Aspectos Tecnológicos do Forjamento Livre 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
43 
 
 O forjamento livre, também conhecido como forjamento em matriz aberta, é 
normalmente executado a quente, para aproveitar a menor resistência do material e a 
possibilidade de refino da estrutura. É um processo caro e lento, geralmente de 
aplicação limitada à produção de peças simples em quantidade reduzida, quando não se 
justifique economicamente a confecção de matrizes especiais, e constitui tarefa para 
operários especializados. Tipicamente é empregado nas seguintes situações: (a) a peça é 
demasiadamente grande para ser produzida em matrizes fechadas; (b) o forjamento livre 
pode conferir ao metal propriedades mecânicas que não podem ser obtidas por usinagem 
de uma barra ou bloco; (c) a quantidade necessária de peças é pequena demais para 
justificar o custo de matrizes fechadas; ou (d) a data para entrega do produto esta 
demasiadamente próxima para permitir a confecção do ferramental para forjamento em 
matriz fechada. 
 O tamanho dos forjados que podem ser fabricados em matrizes abertas é 
limitado apenas pela capacidade do equipamento disponível para aquecimento, 
manuseio e forjamento. Artigos como eixos para hélices de navio, que podem ter 
diâmetro da ordem de um metro de diâmetro e comprimento de mais de vinte metros, 
são forjados em matrizes abertas. Por outro lado, também se forjam em matrizes abertas 
peças com não mais do que poucas centímetros de dimensão maior. O peso das peças 
forjadas em matrizes abertas pode variar de poucos quilos até 300 toneladas, mas 
estima-se que cerca de 80% de todos os produtos pesem entre 10 e 500Kg. 
 As máquinas mais comuns para forjamento livre são martelos mecânicos 
(acionados a ar comprimido ou a vapor), para forjados de até 5 toneladas, e prensas 
hidráulicas, para forjados maiores. 
 O ferramental mais utilizado é um par de matrizes chatas, mas usam-se também 
estampas de perfil semi-circular ou em V (Figura 1.32), além de uma grande variedade 
de ferramentas auxiliares, tais como mandris, cavaletes, blocos espaçadores, anéis 
suportes e diversas outras para a produção de formas especiais. 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
44 
 
 
Figura 1.32. 
 
 O método de manuseio das peças submetidas a este processo depende da forma e 
do peso das mesmas. Por exemplo, para facilitar o manuseio de uma peça após o 
recalque, pode-se produzir durante o mesmo uma saliência em uma das bases da peça, 
que serve de pega para as tenazes, utilizando para isto uma ferramenta em forma de anel 
entre a matriz superior e a peça; a saliência é produzida pela extrusão do material para 
dentro do furo do anel. Na prática, forjados pesando até cerca de 40Kg são manuseados 
com auxílio de tenazes, diretamente pelos operadores ou mediante pequenos 
manipuladores sobre rodas com pneu. Forjados de médio peso usualmente requerem 
manipuladores deste tipo, e os mais pesados podem exigir grandes manipuladores sobre 
trilhos, ou barras portadoras especiais em conjunto com guindastes ou pontes rolantes. 
 O material de partida é usualmente preparado por serramento a frio (bitolas de 
até 300mm); ou cisalhamento (bitolas de até 150mm), a frio, ou em temperaturas na 
faixa de 300 a 4000C para materiais mais duros, ou ainda, no caso de bitolas muito 
grandes, por meio de quebra de blocos previamente entalhados, ou por oxicorte. Para o 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
45 
 
aquecimento existem diversos tipos de fornos, intermitentes ou contínuos. O óxido que 
comumente se forma na superfície das peças (carepa) deve ser removido antes do 
forjamento (usualmente por quebra e remoção com ar comprimido), para evitar 
problemas como incrustações na superfície das peças e desgaste das matrizes. 
 
III.3 – Forjamento em Matriz 
 
III.3.1 – Generalidades 
 
 Peças de formas complexas ou de precisão não podem ser obtidas por técnicas 
de forjamento livre, exigindo matrizes especialmente preparadas que contenham o 
negativo, ou contorno, da peça ser produzida. Tais matrizes são caras, exigindo alta 
produção para justificar o seu custo, na maioria das vezes. 
 A obtenção de um formato complexo normalmente não é possível com uma só 
etapa de trabalho, exigindo uma ou mais etapas de pré-forjamento. Estas podem ser 
operações unitárias efetuadascom auxílio de superfçies usinadas no próprio bloco das 
matrizes (Figura 1.33), ou em equipamento separado, ou mesmo por meio de outros 
processos tais como laminação. Seu objetivo é redistribuir o metal para posições mais 
adequadas ao forjamento subsequente. 
 
Figura 1.33. 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
46 
 
 A pré-forma assim obtida pode ser conformada para uma configuração mais 
próxima da final em uma matriz de esboço (blocker die), que assegura uma distribuição 
adequada de metal, mas não ainda na forma final. 
 Diante da dificuldade para se distribuir precisamente o material nas etapas de 
operações unitárias, utiliza-se na maioria dos casos um certo excesso de material, que já 
na etapa de esboçamento se permite escapar por entre as duas matrizes, formando uma 
rebarba que por vezes é removida, (cortada), antes do forjamento final nas matrizes de 
acabamento (Figura 1.34). 
 
Figura 1.34. 
 
 Na etapa de acabamento o excesso de material também forma rebarba, que tem 
que ser fina para assegurar o preenchimento total da matriz e tolerâncias rigorosas. Isto 
porque uma rebarba fina é análoga, ao se formar, a uma situação de indentação com alto 
valor de b/h, e portanto, em presença de atrito, gera-se alta pressão de conformação. 
Para evitar um aumento excessivo desta pressão, as matrizes são geralmente projetadas 
de tal forma que a rebarba fica reduzida à sua espessura mínima somente em uma 
largura pequena sendo permitido ao restante escoar livremente dentro da calha ou bacia. 
 A decomposição da conformação de uma peça complexa entre diversas etapas de 
trabalho e ferramentas permite em muitos casos economizar energia e material, reduzir 
o desgaste das ferramentas e aumentar a precisão do forjado 
 
III.3.2 – Métodos do Forjamento em Matriz 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
47 
 
 As operações de obtenção de formas intermediárias de uma peça constituem a 
conformação intermediária, que se compõe normalmente de três fases: (i) distribuição 
das massas; (ii) dobramento (se for o caso); (iii) formação da seção transversal. 
 Na etapa de distribuição de masssas se procede à expulsão de material nas 
porções em que a seção transversal deva ser reduzida, e à acumulação do mesmo nas 
posições onde a seção deva ser aumentada (Figura 1.35). As operações mais 
empregadas são o estiramento, o encalcamento, o alargamento, a laminação, a extrusão 
e o rolamento, sendo o recalque usado para aumentar a seção transversal. 
 
1.35. 
 O dobramento pode ser executado durante o forjamento, sem um estágio 
especial, quando é paralelo ao movimento da ferramenta. Em caso contrário, é efetuado 
em uma etapa específica durante (Figura 1.36), ou mesmo após o forjamento da peça. 
 
 
Figura 1.36. 
 
 A formação da seção transversal, ou esboçamento, é o último estágio da 
conformação intermediária, no qual as seções transversais são aproximadas das seções 
definitivas da peça, de modo que as ferramentas acabadoras dêem, com um consumo 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
48 
 
mínimo de energia, a forma e dimensões exatas da peça. Esta etapa envolve uma 
distribuição de massa perpendicularmente ao eixo longitudinal da peça (Figura 1.37). 
 
Figura 1.37. 
 
 Por vezes é necessário mais de um estágio de esboço, quando uma única 
ferramenta não é capaz de estabelecer o fluxo adequado de metal ou exige um consumo 
de energia além da capacidade do equipamento disponível. 
 Na etapa de conformação final, ao iniciar-se a formação da rebarba, em virtude 
da presença do estrangulamento ou garganta da rebarba entre as duas matrizes elevam-
se consideravelmente e causam o preenchimento de todos os recessos dessa cavidade. 
 As funções da rebarba portanto são duas: 
(i) Atuar como válvula de segurança para o execesso de metal na cavidade das matrizes; 
e 
 
(ii) Regular o escapamento do metal, aumentando a resistência ao escoamento do 
sistema de modo que a pressão cresce até valores elevados, assegurando que o metal 
preencherá todos os recessos da cavidade. 
 No projeto desta etapa procura-se dimensionar a rebarba de modo que a extrusão 
do metal através da garganta seja mais difícil do que o preenchimento do mais intricado 
detalhe das matrizes; mas isto não deve ser feito em excesso de modo a criar cargas de 
forjamento intensas demais, com os consequentes problemas de desgaste ou quebra das 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
49 
 
matrizes. O ideal é projetar a relação de rebarba (b/h) mínima necessária para o total 
preenchimento das matrizes. 
 A rebarba da forma final é removida em uma operação posterior de rebarbação, 
representando uma perda inevitável de material no processo. Na etapa de conformação 
final é útil distinguir dois processos básicos de movimentação de material: 
(i) Recalque: Redução de altura inicial com escoamento de metal perpendicularmente à 
direção do movimento das matrizes; chama-se alargamento quando ocorre uma grande 
movimentação transversal de material sob atrito. 
(ii) Extrusão: Escoamento de material numa direção paralela à do movimento das 
matrizes. Quando o sentido de movimento do material é contrário ao do trabalho, tem-se 
extrusão inversa ou ascensão, que geralmente aumenta a altura da peça e envolve um 
grande deslocamento do material ao atrito; neste caso são requeridas tensões elevadas 
na garganta da rebarba, para possibilitar a ascensão completa do material na matriz. 
 Valores recomendados para a espessura da garganta, obtidos a partir dos 
resultados experimentais do estudo de grande número de peças forjadas, podem ser 
calculados pela expressão: 
 
h = 0,015 (Ape)
1/2 
 
 Onde Ape é a área da peça forjada, projetada num plano perpendicular a direção 
de forjamento, sem incluir a rebarba. Quando esta área projetada for circular, pode-se 
usar: 
 
h = 0,015 Dpe 
 Onde Dpe é o diâmetro da área projetada, sem rebarba. 
 
 As pré-formas constituem a fase mais difícil e mais crítica do projeto do 
forjamento. Um projeto adequado garante um escoamento sem defeitos, o 
preenchimento total da matriz e a mínima perda de material por rebarba. 
 
III.3.3. Características Tecnológicas das Peças Forjadas em Matriz 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
50 
 
 
 Para que o forjamento em matriz seja econômico e forneça resultados 
satisfatórios, devem ser tomadas as seguintes providências: 
(i) Minimizar a carga de forjamento – O que minimiza o desgaste das matrizes; 
(ii) Minimizar o tempo de forjamento – O que evita a necessidade de reaquecimento da 
peça e também reduz o desgaste das matrizes; 
(iii) Minimizar o número de etapas e acessórios permitindo economia em matrizes e 
ferramentas; 
(iv) Simplificar a fabricação de matrizes e demais ferramentas; 
(v) Garantir a sanidade das peças obtidas. 
 
 Para satisfazer tais condições, o projeto das peças deverá levar em conta as 
seguintes regras: 
 
(01) As paredes laterais das peças devem ter, sempre que possível, a forma de barril. 
Motivo: Dado que o atrito entre o metal e as ferramentas leva as peças recalcadas a 
assumir naturalmente umaforma bojuda (barrilada), a colocação de obstáculos a esse 
bojamento eleva a pressão para forjar. 
 
(02) As seções transversais perpendiculares à direção de forjamento devem ser 
arredondadas ou pelo menos ter cantos arredondados. 
Motivo: O recalque tende naturalmente a produzir seções transversais arredondadas, em 
virtude dos divisores de fluxo – Recalque de peças prismáticas; assim; a obtenção de 
seções não arredondadas ou cantos vivos requer maior pressão de forjamento. 
 
(03) Devem ser evitados cantos vivos. 
Motivo: Além do fator mencionado na Regra 2, ocorre que o material ao escoar em 
torno de um canto vivo saliente da matriz, em geral não preenche inteiramente o espaço 
disponível, podendo formar dobras quando do recalque subsequente (Figura 1.38), 
enquanto que se a transição é cuidadosamente arredondada o material escoa 
uniformemente e não apresenta tal problema. 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
51 
 
 
Figura 1.38. 
 
Além disso estes cantos vivos salientes rapidamente se desgastam e ficam 
sujeitos, no caso de matrizes de aço sujeitas a tratamento térmico, a trincamento e 
descarbonetação. Já os cantos vivos reentrantes diminuem a resistência da matriz, por 
efeito de entalhe. 
 Se forem imprescindíveis cantos vivos na peça, eles serão de preferência obtidos 
por usinagem após o forjamento. Também variações bruscas da seção na direção do 
fluxo do material durante forjamento podem dar origem a dobras e devem por isto ser 
evitadas (Figura 1.39). 
 
 
Figura 1.39. 
 
 
 
 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
52 
 
 
 
 
EXTRUSÃO 
 
1 – Conceitos Iniciais da Extrusão 
 
 A extrusão é um processo de conformação mecânica em que um bloco de metal 
é forçado a passar através de um orifício de uma matriz sob alta pressão, de modo a ter 
sua seção transversal reduzida (Figura 1). Por este processo se produzem, geralmente, 
barras cilíndricas ou tubos. Em alguns metais de mais fácil conformabilidade, como o 
alumínio, pode-se conseguir formas de seção transversal mais irregulares. Inicialmente, 
o processo foi aplicado à fabricação de canos de chumbo e, mais tarde, para o 
revestimento de cabos elétricos com chumbo (Figura 2). 
 
 
 
Figura 1. Processo de extrusão 
 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
53 
 
 
 
 
 
 
Figura 2. Revestimento de cabo elétrico com chumbo. 
 
 Normalmente, a extrusão é realizada a quente, devido ao grande esforço necessário 
para a deformação. Neste caso, a passagem do tarugo pela ferramenta, com furo de seção 
menor que a do tarugo, provoca a deformação plástica mas sem grande efeito de 
encruamento, devido ao processo ser realizado acima da temperatura de recristalização do 
material. Com isto a estrutura metálica do produto da extrusão se encontrará na condição 
recristalizada (ductilidade restaurada), sendo possível aplicar ao metal extrudado intensos 
trabalhos de deformação a frio adicionais como os de trefilação, por exemplo. 
 Muitos metais admitem a extrusão a frio. A partir de barras e perfis são fabricadas 
peças pequenas para máquinas como pinos, eixos, cilíndros ocos, etc. Estes produtos se 
caracterizam por uma boa precisão dimensional e acabamento superficial. O encruamento 
intenso durante processo permite obter boas propriedades mecânicas com o uso de materiais 
relativamente baratos, com baixo teor de elementos de liga. Processos de extrusão a frio tem 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
54 
 
sido aplicados em um volume cada vez maior, como será visto no prosseguimento desta 
apostila. 
 De um modo geral, tanto os processos a quente como a frio, a extrusão é um processo 
que visa obter perfis metálicos com propriedades mecânicas controladas e de comprimento 
limitado pelo volume do lingote inicial. 
 
 
 
2 – Processos de Extrusão 
 
 A extrusão é um processo de conformação mecânica classificado como de 
compressão indireta, ou seja, grande parte da deformação ocorre pelo esforço de reação 
oferecido por uma matriz de conformação a medida que o material passa por ela. A 
reação do tarugo com o recipiente (container) durante o processo resulta em uma alta 
tensão compressiva, que reduz a probabilidade de trincamento do material. Esta é a 
principal razão pelo crescente o emprego da extrusão a frio, bem como do trabalho com 
materiais de relativamente baixa dutilidade, como nos aços inoxidáveis. Ou seja, a forte 
compressão presente sobre o material inibe o seu trincamento. Existem dois tipos 
básicos de extrusão, representados nas Figuras a seguir: 
 Na extrusão direta (Figura 3), o bloco metálico é colocado numa câmara e forçado 
através do orifício da matriz pelo êmbolo. Neste processo, o material começa a escoar através 
da matriz quando a pressão de extrusão atinge um valor máximo, denominado pressão de 
rompimento. A medida que o tarugo vai senso extrudado, a pressão necessária para manter o 
processo vai diminuindo, pois o comprimento do tarugo ainda no interior do container esta 
decrescendo. Deste modo, se a pressão de extrusão for mantida constante, a velocidade de 
extrusão tende a aumentar. Como há um grande atrito do material com as paredes do 
container, a pressão aplicada representa a tensão de escoamento do material, juntamente 
com a parcela necessária para vencer o atrito. 
 
 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
55 
 
 
 
 
 
 
Figura 3. Extrusão direta. 
 
 Na extrusão indireta (Figura 4), o êmbolo é oco e a ele esta presa a matriz. A 
extremidade oposta da câmara é fechada com uma placa. O atrito neste caso, é menor que na 
extrusão direta, pois não existe movimento relativo entre as paredes da câmara e o bloco 
metálico. Em conseqüência, o esforço necessário a deformação é menor. Neste tipo de 
extrusão, a pressão de extrusão é aproximadamente constante com o curso do êmbolo e 
representa somente a tensão necessária para deformar o metal através da matriz. 
 No entanto, a necessidade do uso do êmbolo oco cria limitações para o tamanho do 
produto e para as pressões que podem ser aplicadas (êmbolo menos resistente a flambagem), 
razão por que a maioria dos produtos são fabricados pelo processo direto. 
 
 Núcleo de Mecânica 
Disciplina: Conformação Mecânica 
 
 
56 
 
 
 
Figura 4. Extrusão indireta. 
 Em ambos os tipos de extrusão, ao final do curso, a pressão começa a crescer 
rapidamente e é comum parar-se então o êmbolo de modo a deixar no container um pequeno 
refugo, o qual contém frequentemente defeitos indesejáveis para o produto. Para produção 
de peças vazadas, são utilizados processos mais específicos de extrusão: 
a) Na extrusão de tubos, parte de um tarugo oco, ou de um tarugo maciço, que é inicialmente 
perfurado antes da extrusão propriamente dita. Com modernos equipamentos, podem ser 
obtidos tubos com tolerâncias próximas às obtidas por trefilação a frio. A produção de tubos 
por extrusão se dá com a adaptação de um mandril no extremo do êmbolo (Figura 5). O 
mandril se estende