Processos de Fabricaçao - Ensaio de Lanford

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ 
CAMPUS ITABIRA 
 
 
 
 
 
Prática de Processos de Fabricação I - ENSAIO DE LANKFORD E COEFICIENTES DE 
ANISOTROPIA Rm E 
 
Professor: José Carlos de Lacerda 
 
 
 
 
 
 
 
FELIPE FAGUNDES IVO - 2017011700 
FELIPE VIEIRA - 2017014963 
JOÃO GABRIEL TAVARES - 2017010884 
LUCAS RODRIGUES FERRER - 2017011694 
PAULO VITOR DOS REIS SANTOS - 2017016897 
 
 
 
 
 
 
 
ITABIRA 
31/10/2018 
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SUMÁRIO 
1.Objetivo ………………………………………………………………………...…….. 2 
2.Equipamentos de laboratório …………………………………...…………………….. 2 
3.Materiais ………………………………………………………………………...……. 2 
4.Ferramentas/instrumentos …………………………………………………………….. 2 
5.Introdução................. …………………………………………………………………..3 
6.Revisao Bibliografica.........…………………………………………………………….3 
7.Materias e Metodos……………………...…………………………………………….. 5 
8. Resultados.......................................................................................................................8 
9.Discussão dos resultados …..………………………………………………………… 15 
10.Bibliografia………………………………………………………………….……….16 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. OBJETIVO 
Esta prática tem como objetivo determinar através do ensaio de Lankford os 
coeficientes de anisotropia Rm e ΔR de uma chapa de aço carbono. 
 
2. EQUIPAMENTOS DO LABORATORIO 
● Máquina Universal de ensaio de tração. 
 
3. MATERIAIS 
● 3 Chapas de aço carbono SAE 1020 com as dimensões 1x100x200mm 
● 3 chapas de aço carbono SAE 1020 com dimensões 1,5x100x200mm 
 
4. FERRAMENTAS E INSTRUMENTOS 
● Paquímetro; 
● Riscador; 
● Escala graduada. 
 
 
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5. INTRODUÇÃO 
 
 
Todo engenheiro (seja qual for sua especialidade) deve ter um vasto conhecimento 
sobre as propriedades características e comportamentais dos materiais que serão utilizados em 
um produto. Ao fazer sua escolha, deve-se levar em consideração propriedades como: 
resistência mecânica, dureza, ductilidade, condutividade elétrica e/ou térmica, entre outras. 
Além disso, deve-se considerar o comportamento do material durante o processo a ser utilizado, 
assim como, custos e disponibilidades. 
No presente relatório, resultado de um projeto aplicado na disciplina de Prática de 
Processos de Fabricação I - no segundo semestre de 2018, ministrado pelo professor Dr. José 
Carlos Lacerda na Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI), realizado no laboratório LSTF, 
visou-se entender como funciona o processo de laminação a frio e suas influências nos metais, 
além de investigar as novas características apresentadas pelo aço 1020. 
 
 
6. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
6.1 PROPRIEDADES MECÂNICAS FUNDAMENTAIS 
 
 As propriedades dos materiais são classificadas em propriedades mecânicas, térmicas 
elétricas, magnéticas e ópticas, podendo também, existir propriedades que se relacionam umas 
às outras. Em nosso estudo, vamos dissertar preferencialmente sobre as propriedades 
mecânicas dos materiais. 
Os materiais, dependendo das suas aplicações, estão sujeitos a forças ou cargas de alta 
magnitude. Para se trabalhar com esses materiais deve-se conhecer suas características e 
produzi-lo com propriedades que o possibilitem sofrer deformações não excessivas ao ponto 
de ocorrer uma fratura. O comportamento mecânico do material reflete a relação entre a sua 
resposta ou deformação a uma carga ou força que esteja sendo aplicada. (CALLISTER) 
 
6.2 CONFORMAÇÃO MECÂNICA 
 
 Analisar os processos de fabricação de peças por meio de deformação plástica, segundo 
Helman (2010), é o objetivo das áreas de conformação mecânica. Dentro desta área, é 
importante o estudo dos estados de tensões a que deve ser submetido um material para nele 
produzir as deformações necessárias a fim de que adquira determinadas dimensões finais. 
Nessa análise intervêm diferentes variáveis de natureza mecânico-metalúrgica tanto do 
material a ser deformado como do processo a que será submetido. 
A determinação dos esforços externos a serem aplicados aos metais, é um dos objetivos 
da análise de processos de conformação mecânica. A determinação é necessária para as 
diferentes etapas pelas quais passa o produto até alcançar as dimensões finais. 
(HELMAN,2010) 
4 
 
6.3 ENSAIO DE TRAÇÃO 
 
Um dos ensaios mecânicos mais comuns é executado sob tração. Este ensaio, pode ser 
usado para avaliar diversas propriedades mecânicas dos materiais que são importantes em 
projetos. Para sua realização, segundo o CALLISTER, uma amostra é deformada, geralmente 
até a sua fratura, mediante uma carga de tração gradativamente crescente que é aplicada 
uniaxialmente ao longo do eixo mais comprido de um corpo de prova. Esse é preso pelas suas 
extremidades nas garras de fixação do dispositivo de testes. O resultado de um ensaio de tração 
é normalmente registrado em um computador na forma de carga ou força em função do 
alongamento. Essas características carga-deformação são dependentes do tamanho da amostra. 
 
6.4 A ANISOTROPIA E O R DE LANKFORD 
 
Conforme Keeler (1968), qualquer que seja a medida da ductilidade assume-se que o 
material é isotrópico, ou, independente das direções de medida dentro da chapa. A 
transformação do metal de um lingote em uma chapa, e sua subsequente fabricação, com vários 
tipos de direcionalidade, originam a anisotropia de propriedades em quase todos os metais. 
Todas as orientações estão presentes em uma base igual, para um material 
completamente isotrópico. O material é isotrópico com respeito às propriedades mecânicas 
associadas. Existe uma tendência, segundo Hassib (2010), dos grãos terem certos planos 
cristalográficos ou direções, claramente alinhadas com a direção da primeira conformação. 
A forma total da curva tensão-deformação, e propriedades como tensão de escoamento, 
força de tração e taxa de encruamento, são afetadas por esta orientação cristalográfica. 
O coeficiente de Lankford é a relação entre a deformação real no sentido da largura do 
corpo útil do corpo de prova (e a deformação real no sentido da espessura da chapa do corpo 
de prova (, sendo determinado pelo ensaio de tração. 
 
 
𝑅 = 
𝜖𝑤
𝜖𝑡
 = 
𝑙𝑛(𝑤/𝑤𝑜)
𝑙𝑛(𝑡/𝑡𝑜)
 
De acordo com Hosforsd e Carddell (1993), o coeficiente de anisotropia normal média 
(Rm) é dado por: 
𝑅𝑚 = 0,25 ∗ (𝑅0º − 2𝑅45º + 𝑅90º) 
Desta forma, um Rm maior que 1, significa que o material deforma mais na largura do 
que na espessura, favorável nas operações de estampagem profunda. 
 Já o coeficiente de anisotropia planar (𝛥𝑅)é um indicador que prevê o surgimento de 
orelhamentos em peças no processo de estampagem, determinado por: 
𝛥𝑅 = 0,5 ∗ (𝑅0º − 2𝑅45º + 𝑅90º) 
 Quanto menor o valor de 𝛥𝑅, menor a tendência de formar orelhamento. 
 Tendo em vista estes conceitos, será descrito a realização da prática experimental nos 
tópicos a seguir. 
5 
 
7 MATERIAIS E MÉTODOS 
Para a realização do procedimento experimental foram utilizados: a máquina universal 
de ensaio de tração, paquímetro, riscador, escala graduada e os materiais que foram utilizados 
como corpo de prova, que foram 6 chapas de aço baixo carbono retirados em angulações 
diferentes, uma na direção da laminação, um a 45º da direção de laminação e o outro a 90º da 
direção de laminação. O presente procedimento tem o objetivo, através do ensaio de Lankford, 
de determinar os coeficientes de anisotropía Rm (coeficiente de anisotropia normal média) e 
𝛥𝑅(coeficiente de anisotropia planar). 
 
Figura 1 - equipamento utilizado para ensaio de tração (EMIC 23-100) 
 
Fonte: Os autores 
 
O experimento citadoacima foi a realização do ensaio de tração dos três corpos de 
prova de aço baixo carbono, um na direção da laminação, outro a 45º da direção da laminação 
e o outro a 90º da direção da laminação, foi utilizado um programa sincronizado com a máquina 
universal de tração para adquirimos o coeficientes, dados e os gráficos necessários para a 
realização das contas e análises chegando a uma conclusão geral do experimento. 
 
6 
8. RESULTADOS 
 
Na prática a chapa foi introduzida no espaço apropriado na máquina e efetuou-se o aperto do 
sistema de fixação e assim, acionou-se a manivela no sistema hidráulico observando a evolução 
da chapa até que ocorra uma fratura da chapa e após a fratura observada efetuou-se a medição 
da profundidade do copo estampada pelo ensaio. 
 
Primeira amostra (0º): 
 
Gráfico 1: Tensão à tração x deformação à tração. 
 
Fonte: Os autores. 
 
Gráfico 2: Tensão à tração x Tensão à deformação. 
 
 
Fonte: Os autores. 
Tabela 1: Medições 
 
7 
 
Fonte: Os autores 
 
Segunda amostra (0º) 
Gráfico 3: Tensão à deformação 
 
Fonte: Os autores. 
Gráfico 4: Gráfico 
8 
 
 
Fonte: Os autores. 
 
 
Tabela 2: Medições. 
 
Fonte: Os autores. 
 
 
 
 
Primeira amostra (45º) 
9 
Gráfico 5: 
 
Fonte: Os autores. 
 
 
Gráfico 6: 
 
Fonte: Os autores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 3: Medições 
10 
 
Fonte: Os autores. 
 
 
Segunda amostra (45º) 
 
Gráfico 1: Tensão à tração x deformação à tração 
 
Fonte: Os autores. 
 
Gráfico 8: 
11 
 
 
Fonte: Os autores. 
 
 
Tabela 4: Medição. 
 
Fonte: Os autores 
 
 
 
 
 
Primeira amostra (90º) 
12 
 
Gráfico 9: Tensão à deformação x tensão à tração 
 
Fonte: Os autores 
 
 
Gráfico 10: 
 
Fonte: Os autores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 5: Medição 
13 
 
Fonte: Os autores 
 
 
Segunda amostra (90º) 
 
Gráfico 11: Tensão à deformação x tensão à tração 
 
Fonte: Os autores 
Gráfico 12: 
14 
 
Fonte: Os autores 
 
 
Tabela 6: Medição 
 
Fonte: Os autores 
 
 
 
9. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 
15 
 
A partir do experimento realizado pode-se observar que para diferentes ângulos de 
orientação foram encontrados valores distintos para o coeficiente de Lankford. Devido a essa 
diferença que ocorre pelo fato de existirem orientações preferenciais, ocorrem variações das 
propriedades mecânicas, como o aumento da deformação máxima do material antes que ocorra 
a fratura. 
Para o material utilizado no experimento, o ângulo de 0° apresentou maior coeficiente 
de Lankford, conseguindo assim chegar a uma maior deformação quando comparada aos 
valores obtidos pelos cálculos dos demais ângulos. 
 
 
 
10. BIBLIOGRAFIA 
CALLISTER, W. D., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma. Introdução, 5ªed. Copyright 2002, 
John Wiley & Sons, Inc. Rio de Janeiro, RJ. 
 
MECÂNICA E TERMODINÂMICA DA FRATURA. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS 
MATERIAIS. Disponível em: . Acesso em: 27 out, 2018. 
 
SROUR JUNIOR, Edouard Hassib. DETERMINAÇÃO DO GRAU DE CONFORMABILIDADE 
DE CHAPA DE AÇO PARA SUPORTE DE COLUNA DE DIREÇÃO E IDENTIFICAÇÃO 
DE SIMILAR NACIONAL. 128 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Mecânica, 
Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2002. 
 
 CENTRO DE INFORMAÇÃO METAL MECÂNICA. A Estampabilidade dos Materiais 
Metálicos. Disponível em: . Acesso em: 27 out, 2018. 
 
HOSFORD W. F. CADDELL R. M. Metal Forming: Mechanics and Metallurgy. 2 Ed. 
Prentice-Hall Inc. 1993. 
 
JUNIOR E. H. S. Determinação do Grau de Conformabilidade de Chapa de Aço para 
Suporte de Coluna de Direção e Identificação de Similar Nacional. 2002. Dissertação 
(Mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais) - Universidade Federal do Paraná. 
Disponível em: <http://www.pgmec.ufpr.br/dissertacoes/dissertacao_004.pdf>. Acesso em 27 
out, 2018.