Savio_Sade

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PROGRAMA DE PÓS PRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
 
Sávio Sade Tayer 
 
 
 
 
 
 
Estudo da Influência do Lubrificante na 
Estampagem de Aço Eletrogalvanizado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Orientador: Prof. Dr. Frederico Ozanan Neves. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São João del-Rei, dezembro de 2011 
 
i 
 
 
 
 
 
 
 
Sávio Sade Tayer 
 
 
 
 
 
Estudo da Influência do Lubrificante na 
Estampagem de Aço Eletrogalvanizado 
 
 
 
 
 
Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado da 
Universidade Federal de São João del-Rei, como 
requisito para a obtenção do título de Mestre em 
Engenharia Mecânica 
 
Área de Concentração: Materiais e processos de 
Fabricação 
 
Orientador: Prof. Dr. Frederico Ozanan Neves 
Coorientador: Prof. Dr. 
 
 
 
 
São João del Rei, dezembro de 2011 
 
ii 
 
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA 
 
 
 
 L387a 
 
Tayer, Sávio Sade 
 Estudo da Influência do Lubrificante na Estampagem 
de Aço Eletrogalvanizado / Sávio Sade Tayer: São João 
del Rei – UFSJ / Departamento de Engenharia Mecânica, 
2011. 
 
 Orientador: Prof. Dr. Frederico Ozanan Neves, 
 Dissertação - Universidade Federal de São João del 
Rei / DEMEC / PPMEC, 2011. 
 
 1. Conformação de materiais. 2. Processos de 
Fabricação – Dissertação. I. Neves, Frederico Ozanan. II. 
Universidade Federal de São João del Rei, DEMEC, 
Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica. 
III. Título. 
 
 
Título em Inglês: Study of Influence of Lubricant in Stamping Eletrogalvanized 
Steel. 
 
Palavras-chave em Inglês: Residual Stress, Interstitial Free Steel, Indentation, 
Surface Roughness, Stamping. 
 
Área de concentração: Concentração: Materiais e processos de Fabricação. 
 
Titulação: Mestrado 
 
Banca examinadora: Frederico Ozanan Neves, Fernando Cesar Gentile, 
Alysson Helton Santos Bueno. 
 
Data da defesa: 22 de dezembro de 2011 
 
Programa de Pós-Graduação: Engenharia Mecânica 
 
 
iii 
 
 
PROGRAMA DE PÓS PRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
Estudo da Influência do Lubrificante na 
Estampagem de Aço Eletrogalvanizado 
 
 
 
 
 
Autor: Sávio Sade Tayer 
Orientador: Prof. Dr. Frederico Ozanan Neves 
Coorientador: Prof. Dr. 
 
 
 
 
 
 
iv 
 
DEDICATÓRIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho a DEUS principio e fim de 
todas as coisas, aos meus pais Habib e Judith, a 
minha filha Isabella por serem essenciais em 
minha vida. E minha namora Elaine pelo 
incondicional apoio. 
 
v 
 
AGRADECIMENTOS 
 
A Deus por me dar as bênçãos e a oportunidade de fazer e concluir esta importante 
etapa de minha vida. 
Agradeço a todos que contribuíram de forma direta para realização deste trabalho 
Ao Prof. Dr. Frederico Ozanan Neves, pela orientação, pelos ensinamentos, pela 
paciência, por acreditar na realização do trabalho e principalmente por me dar a oportunidade 
de engajar no programa de mestrado PPMEC/UFSJ. 
Aos Profs. Lincoln Brandão, Durval Uchoa e Alysson Bueno pelas importantes 
contribuições a elaboração desta pesquisa. 
Á coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela bolsa 
que me foi concedida. 
Aos amigos e companheiros de jornada Diogo, Francianne, Alessandra, Carlos 
Henrique, Robson, Ana Paula, Elifas e Weverson que sempre estiveram comigo e pelo 
incentivos a mim dado. 
Aos técnicos Camilo, Francisco, Emílio, Tiago, Willian e Luiz pela enorme 
contribuição na confecção e ensaios dos corpos de prova. 
A empresa FIAT Automóveis por ceder a matéria prima utilizada nos ensaios e seu 
laboratório para tomadas de medidas. 
A todos os professores docentes do PPMEC/UFSJ pelos ensinamentos, incentivo, 
amizade e sugestões. 
Agradeço a todos que contribuíram de forma indireta, sendo presentes neste tempo e 
complementando minha formação profissional, espiritual e humana. 
A minha família Pai e Mãe pelo apoio incondicional. 
A minha filha Isabella, pelo apoio e companheirismo. 
A minha namorada Elaine, por estar sempre ao meu lado. 
vi 
 
Epigrafe 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A DEUS, Senhor da criação, que nos deu seu 
filho, Jesus, o Cristo, 
“Para que todo o que nele crê não pereça, mas 
tenha vida eterna”, pois 
“O homem não pode receber coisa alguma se do 
céu não lhe for dada” 
BÍBLIA: João - 3:16 e 3:27 
 
vii 
 
RESUMO 
TAYER, S.S. (2011). Estudo da Influência do Lubrificante na Estampagem de Aço 
Eletrogalvanizado. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de São João del Rei, São 
João del Rei, 2011. 
As Tensões Residuais estão presentes em todos os processos de conformação mecânica. 
Estas tensões surgem depois de cessados todos os esforços necessários á fabricação e extintos 
os gradientes de temperatura. Nos produtos de Estampagem, muitas falhas ocorrem não pelo 
nível de carregamento de serviço, mas da combinação das tensões que frequentemente sugem 
durante as operações de fabricação. 
Este trabalho teve por objetivo investigar a influência de diversos óleos utilizados como 
lubrificantes na estampagem. Corpos de prova de aço eletrogalvanizado IF (Intersticial Free), 
foram confeccionados reproduzindo parte da carroceria do Fiat Pálio. Os resultados obtidos 
para cada lubrificante foram comparados para avaliar qual o melhor fluído para este processo. 
Foram avaliados cinco lubrificantes: óleo mineral industrial próprio para estampagem e 
quatro óleos vegetais, a saber: óleo de milho, canola, girassol e soja. Tensões residuais foram 
avaliadas através da técnica da difração de raios X e por ensaios de ultra micro indentação. A 
rugosidade superficial Ra e Rz do produto foi medida. A resistência á corrosão foi avaliada 
através de curvas de polarização e de potencial VS tempo. A resistência das cargas de 
estampagem foi medidas para cada lubrificante utilizado. 
As medidas efetuadas através do difrator de raios X, ultra micro indentador, 
rugosímetro, atuador hidráulico MTS e testes de corrosão demonstraram que os maiores 
esforços de dobramento, resultantes no processo de estampagem, exibiram um efeito 
significativo na geração das tensões residuais. Isto ocasionou maior comprometimento na 
sobre vida média útil das peças. Em relação ao óleo lubrificante utilizado, os resultados 
mostraram que não existe um fluido ideal que atenda a todos os requisitos envolvidos. Deve-
se optar por um fluido lubrificante que, em um contexto geral, minimize os efeitos específicos 
de cada processo industrial. 
Palavras chave: Tensão Residual, Aço Eletrogalvanizado, Indentação, Rugosidade 
Superficial, Estampagem. 
 
viii 
 
ABSTRACT 
TAYER, S.S. (2011). Study of Influence of Lubricant in Stamping Eletrogalvanized Steel. 
Thesis (Master of Science) – Federal University of São João del Rei, São João del Rei, 2011. 
Residual stresses are present in all mechanical shaping processes. These tensions appear 
after ended all manufacturing inherent efforts and temperature gradients extinction. In deep 
drawing products, many failures occur not due to the service load level, but due to the 
combination of these tensions that often appear during manufacturing operations. 
This work aimed to investigate the influence of several oils used as lubricants in deep 
drawing processes. Eletrogalvanized steel IF (Interstitial Free) test specimen were made 
reproducing part of Fiat Palio´s body in White. The obtained results for each lubricant were 
compared in order to evaluate which one is the best fluid for this process. 
Five lubricants were evaluated: deep drawing suitable industrial mineral oil and four 
vegetal oils: corn oil, canola oil, sunflower oil and soya oil. Residual stresses were evaluated 
through the X-ray diffraction technique and ultra micro indentation test. The Ra and Rz 
product superficial roughness was measured. The corrosion resistance was evaluated through 
the polarization and potential versus time curves. The deep drawing load resistance was 
measured for each used lubricant.The measurements made by the X-ray diffractor, ultra micro indenter, rugosimeter, 
MTS hydraulic actuator and corrosion tests showed that the biggest folding efforts, resulting 
from the deep drawing process, exhibited a significant effect on the residual tensions 
generation. This has led to a greater commitment on the average part lifetime. Relating to the 
used lubricant oil, the results shown that there is no ideal fluid that fulfill all involved 
requirements. The choice should be made considering, in a general context, a fluid that 
minimizes the effects of each specific industrial process.. 
Keywords: Residual Stress, Interstitial Free Steel, Indentation, Surface Roughness, 
Stamping. 
 
ix 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
Figura 2. 1 – Esquema de uma ferramenta de corte, (CHIAVERINI, 1983) ............................ 6 
Figura 2. 2 – Esquemas de um estampam de corte, (CHIAVERINI, 1983) ............................. 6 
Figura 2. 3 – Determinação da linha neutra de uma chapa submetida a um dobramento 
preliminar, (CHIAVERINI, 1983) .......................................................................................... 7 
Figura 2. 4 – Desenho esquemático de uma matriz simples para estampagem profunda, 
(MANUAL SCHULER, 1969) ............................................................................................... 9 
Figura 2. 5 – Surgimento de fissuras a quente na fundição de uma barra metálica (LIPSON, 
1963). .................................................................................................................................. 19 
Figura 2. 6 – Tensões residuais de compressão geradas no processo de Jateamento por 
Granalha, (CALLE, 2003) .................................................................................................... 21 
Figura 2. 7 – Relação entre as dimensões dos extensômetros e as dimensões do furo, 
(RODACOSKI, 1997). ......................................................................................................... 24 
Figura 2. 8 – Princípio do Método de Remoção de Camadas, (LU, 1996). ............................ 26 
Figura 2. 9 – Espalhamento escrito pela Lei de Bragg, (PREVEY, 1986). ............................ 28 
Figura 2. 10 – Modelo do estado plano de tensões. (PREVEY, 1986). .................................. 29 
Figura 2. 11 – Comparação entre a geometria PSI e ÔMEGA, (MACHERAUCH, 1995). .... 31 
Figura 2. 12 – Processo de Indentação em um sólido, (SULTÉRIO, 2005). .......................... 32 
Figura 2. 13 – Representação esquemática de acúmulo de material (piling- up), e de 
afastamento de material (sink-in), em torno de um indentador (SULTÉRIO, 2003). ............. 35 
Figura 2. 14 – Representação esquemática da característica de relação tensão-deformação para 
cada curva carga-deslocamento de indentação para alguns materiais idealizados (SULTÉRIO, 
2005) ................................................................................................................................... 36 
Figura 2. 15 – Método da Indentação para determinação da curva carga e profundidade. ...... 37 
Figura 2. 16 – Comportamento da dureza perante a variação da tensão residual (SURESH e 
GIANNAKOPOULOS, 1998). ............................................................................................. 38 
Figura 2. 17 – Arranjo das direções preferenciais de magnetização de domínios num material 
policristsalino, (LU, 1996). .................................................................................................. 41 
Figura 2. 18 – Esquema da barreira lubrificante isolando a superfície da ferramenta da 
superfície da chapa metálica, (KEELER, 2001). ................................................................... 44 
Figura 2. 19 – Corrosão como o inverso do processo metalúrgico, (PIMENTA, 2011). ........ 47 
Figura 2. 20 – Potencial anódico e catódico e curva anódica e catódica, (PIMENTA 2011). . 49 
Figura 2. 21 – Exemplos de corrosão cosmética e perfurante, (MARQUES, 2008). .............. 50 
x 
 
Figura 2. 22 – Recobrimento formado por uma camada externa de Zn e várias camadas de liga 
Fe-Zn, (AMERICAN GALVANIZERS ASSOCIATION, 2005) .......................................... 52 
Figura 2. 23 – Rugosidade média Ra .................................................................................... 54 
Figura 2. 24 – Rugosidade média Rz .................................................................................... 54 
Figura 3. 1 – Ferramenta para estampagem tipo macho e fêmea ........................................... 56 
Figura 3. 2 – Ferramenta de estampagem para a confecção dos corpos de prova ................... 58 
Figura 3. 3 – Ilustração do corpo de prova (blank) ................................................................ 60 
Figura 3.4 – Estampagem dos corpos de prova na prensa Conemag ...................................... 61 
Figura 3. 5 – Corpo de prova após o processo de conformação ............................................. 61 
Figura 3. 6 – Ângulos em estudo das amostras ..................................................................... 62 
Figura 3. 7 – Difrator de Raios X - Lab X – XRD – 6000 Shimadzu .................................... 62 
Figura 3. 8 – Ultra Micro Durômetro DUH-211S ................................................................. 64 
Figura 3. 9 – Amostras para análise de indentação................................................................ 65 
Figura 3. 10 – Impressão deixada pelo indentador na posição B1 e B2 ................................. 66 
Figura 3. 11 – Micro impressão deixada no ângulo C1 ......................................................... 66 
Figura 3. 12 – Rugosímetro Surftest SJ-400 Mitutoyo .......................................................... 69 
Figura 3. 13 – Tomada de medida através do rugosímetro .................................................... 71 
Figura 3. 14 – Prensa atuador hidráulico e célula de cargas para tomada de força ................. 72 
Figura 3. 15 – Célula eletroquímica de 3 eletrodos montada para traçar a curva catódica do 
aço IF em solução naturalmente aerada de 3,5% de NaCl. .................................................... 75 
Figura 3. 16 – Corpos de prova em ensaio de Potencial x Tempo em solução de 3,5% de 
NaCl, naturalmente aerada. .................................................................................................. 76 
Figura 4.1 – Efeitos dos esforços uniformes e não uniformes sobre a estrutura cristalina 
compressivo e trativo. .......................................................................................................... 78 
Figura 4.2 – Difratograma da amostra do blank pelo método DRX ....................................... 79 
Figura 4.3 – Difratograma da amostra H pelo método DRX ................................................. 79 
Figura 4.5 – Valores da força vs deslocamento com o lubrificante Tirroil ............................. 94 
Figura 4.6 – Medidas da carga de estampagem para todos os óleos lubrificantes .................. 96 
Figura 4.7 – Curvas de Polarização anódicas e catódicas do aço eletrogalvanizado IF em 
solução de 3,5% de NaCl, naturalmente aerada. ................................................................... 97 
Figura 4.8 – Diagrama E x pH do Zn/H2O, Pourbaix. Fonte - Atlas of Electrochemical 
Equilibria in Aqueous Solutions .......................................................................................... 99 
Figura 4.9 – Curvas de potencial de corrosão x tempo na solução de 3,5% de NaCl, 
naturalmente aerada. .......................................................................................................... 102 
xi 
 
Figura 4.10 – Diagrama E x pH do Fe/H2O, Pourbaix, (ATLAS OF ELECTROCHEMICAL 
IN AQUEOUS SOLUTIONS) ........................................................................................... 102 
Figura 4.11 – Processo de Corrosãodo Zn (A) após 1000 horas e corrosão do Fe (B) após 
1400 horas ......................................................................................................................... 103 
 
xii 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 2.1 - Mecanismos de geração de tensões residuais em diferentes processos de 
fabricação e beneficiamento (SULTERIO, 2005). ................................................................ 22 
Tabela 2.2 - comparativa entre as principais técnicas de medição de tensões residuais, (LU, 
1996). .................................................................................................................................. 42 
Tabela 3.1 - Parâmetros dos óleos utilizados como lubrificantes ........................................... 56 
Tabela 3.4 – Composição Química do Aço IF ...................................................................... 60 
Tabela 5 - Fatores de controle adotados para os experimentos indentação. ........................... 65 
Tabela 6 - Fatores de controle adotados para os experimentos de rugosidade Ra e Rz. ......... 70 
Tabela 7 - Medidas das distâncias intrerplanares do blank e amostra H ................................ 77 
Tabela 8- Anova de Medidas de microindentação Vickers .................................................... 80 
Tabela 9 - Somatório das medidas de microindentação para cada tipo de óleo estudado ....... 81 
Tabela 10 - Contraste entre óleos utilizados na lubrificação.................................................. 82 
Tabela 11 - Contraste ente A (óleos) x C (ângulos) .............................................................. 84 
Tabela 12 - ANOVA do parâmetro de rugosidade máxima Ra .............................................. 85 
Tabela 13 - Medidas de rugosidade Ra ................................................................................. 86 
Tabela 15 - Interação entre óleos (A) e ângulos (C) ............................................................. 88 
Tabela 16 - Contraste entre as variáveis posição(B) e ângulos (C) parta rugosidade ............. 89 
Tabela 17 - ANOVA do parâmetro de rugosidade máxima Rz .............................................. 89 
Tabela 18- Medidas de rugosidade Rz .................................................................................. 90 
Tabela 19 - Contraste entre os óleos ..................................................................................... 90 
Tabela 20 - Contraste entre as Interações óleos (A) com ângulos (C).................................... 91 
Tabela 21 - Contraste entre as variáveis posições (B) com ângulos (C) para rugosidade Rz .. 93 
Tabela 22 – Carga (N) exercida pelo punção na estampagem ............................................... 95 
Tabela 23 - ANOVA para força de estampagem ................................................................... 95 
Tabela 24 - Potenciais de corrosão, equilíbrio H/H+, equilíbrio Zn/Zn2+ para as amotras, 
conformadas com diferentes óleos de lubrificação, na condição naturalmente aerada da 
solução de 3,5% de NaCl. .................................................................................................... 98 
Tabela 25 - Potencial de corrosão e densidade de corrente anódica medida a 50mV e 100 mV 
acima do potencial de corrosão........................................................................................... 100 
 
 
xiii 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
A Óleos utilizados no processo de lubrificação 
a1 Óleo Tirroil Stamp 
a2 Óleo de Soja 
a3 Óleo de Canola 
a4 Óleo de Girassol 
a5 Óleo de Milho 
B Posição dos ângulos 
B1 Posição do ângulo externo 
B2 Posição do ângulo interno 
BH Aço Bake Harding 
c Comprimento da Chapa [mm] 
C Ângulo [º] 
C1 Ângulo da amostra1 [º] 
C2 Ângulo da amostra 2 [º] 
d Distância interplanar do Cristal [µm] 
D Diâmetro médio do extensômetro [mm] 
D0 Diâmetro do Furo [mm] 
d1 e d2 Diagonais das pirâmides [µm] 
df Variação da deflexão pela retirada de camadas 
Dp Aço Dupla Face 
DRX Difrator de Raios X 
e Espessura da Chapa [mm] 
F Força de Prensagem [N] 
f Deflexão 
fei, fe Deflexão inicial e final 
HV Dureza Vickers 
IF Aço intersticial free – aço livre de intersticiais 
IF NR Aço intersticial free – aço livre de intersticiais, sem revestimento 
IF-Ni Aço intersticial free- aço livre de intersticiais estabilizado ao Nióbio 
IF-Ti Aço intersticial free – aço livre de intersticiais, estabilizado ao titânio 
K Constante Acustoelástica 
LE Limite de escoamento [MPA] 
xiv 
 
n Ordem de Difração 
p Perímetro da Chapa [mm] 
Pres. Carga residual de indetação [kgf ] 
psi Ângulo da direção do vetor de deformação [ k ] 
Q Esforço de Corte ou Cisalhamento [kgf] 
r Raio [°] 
Ra Rugosidade média [µm] 
Rm Coeficiente de Anisotropia Normal [r] 
Rz Rugosidade máxima [µm] 
v Velocidade de propagação do espécime tracionado [mm/s] 
v0 Velocidade de Propagação do Espécime isento de Tensões [mm/s] 
Yi Perfil da linha de rugosidade [µm] 
z Profundidade Final [µm] 
k Óleo 
i Número dos ângulos interno [1, 2] 
α Constante característica do indentador e do material 
j Ângulo externo da amostra [º] 
ε Deformação 
εθ, εr Deformações residuais circunferencial e radial medida no extensômetro 
εθi Deformação circunferencial medida na superfície ultima do anel 
θ Ângulo de Bragg [º] 
λ Comprimento de onda dos raios x [A] 
π pi [ 3,1416 ] 
σ Resistência ao Cisalhamento do Material [kgf/mm] 
σ Tensão atuante [MPa] 
σ1 Tensões principais de deformação [MPa] 
σ2 Tensões principais de deformação [MPa] 
σr Tensão residual do material ensaiado [MPa] 
σz Tensão normal [N/mm²] 
σθ, σr Tensão residual nas direções circunferencial e radial [MPa] 
τi Ângulo interno da amostra [º] 
υ Coeficiente de Poisson 
Ψ Ângulo [º] 
 
xv 
 
SUMÁRIO 
DEDICATÓRIA ................................................................................................................... iv 
AGRADECIMENTOS ........................................................................................................... v 
RESUMO ............................................................................................................................ vii 
ABSTRACT ................................................................................................................................... viii 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES ............................................................................................................. ix 
LISTA DE TABELAS ..................................................................................................................... xii 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ...................................................................................... xiii 
SUMÁRIO .......................................................................................................................................xv 
1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................................... 1 
1.1. Objetivo ............................................................................................................................. 3 
1.2. Justificativa ........................................................................................................................ 3 
1.3. Estrutura do trabalho........................................................................................................... 3 
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................................... 5 
2.1. Processo de Conformação de Estampagem .......................................................................... 5 
2.1.1. Corte de Chapas .......................................................................................................... 5 
2.1.2. Matriz Para Corte ........................................................................................................ 5 
2.1.3. Dobramentode Chapas ............................................................................................... 7 
2.1.4. Estampagem Profunda ................................................................................................ 9 
2.1.5. Desenvolvimento de um Elemento para Estampagem Profunda ..................................10 
2.1.6. Reestampagem ...........................................................................................................10 
2.1.7. Defeitos na Estampagem Profunda .............................................................................10 
2.1.8. Propriedades dos Produtos Estampados ......................................................................12 
2.2. Tensões Residuais .............................................................................................................12 
2.2.1. Tensões Residuais e sua geração ................................................................................12 
2.2.2. Métodos para determinação das Tensões Residuais ....................................................16 
2.2.3. Processos e Mecanismos Geradores de Tensão Residual .............................................16 
2.3. Principais Técnicas de Medição de Tensões Residuais .......................................................23 
2.3.1. Técnica do Furo Cego ou Hole Drilling ......................................................................24 
2.3.2. Técnica de Seccionamento .........................................................................................25 
2.3.3. Técnica da Remoção de Camadas ou da Deflexão ......................................................26 
2.3.4. Técnica de Difração de Raios X .................................................................................27 
2.3.5. Técnica de Indentação ................................................................................................32 
2.3.6. Técnica da Difração de Nêutrons ................................................................................38 
2.3.7. Técnica de Ultra-Som ................................................................................................39 
xvi 
 
2.3.8. Técnica Barkhausen ...................................................................................................40 
2.3.9. Tabela Comparativa das Técnicas de Medição de Tensões Residuais ..........................41 
2.4. Lubrificantes e Lubrificação ..............................................................................................43 
2.4.1. Lubrificação Hidrodinâmica .......................................................................................45 
2.4.2. Lubrificação Limite ...................................................................................................45 
2.4.3. Lubrificação Extrema Pressão (EP) ...........................................................................46 
2.5. Corrosão Localizada ..........................................................................................................46 
2.5.1. Polarização ................................................................................................................48 
2.5.2. Curvas de Polarização ................................................................................................48 
2.5.3. Tipos de corrosão em carrocerias de automóveis ........................................................50 
2.5.4. Levantamento de curvas potencial pelo tempo ............................................................50 
2.5.5. Aços Revestidos de Zinco ..........................................................................................51 
2.5.6. Aços galvanizados na indústria automotiva ................................................................51 
2.6. RUGOSIDADES Ra e RZ .................................................................................................53 
2.6.1. Rugosidade Ra ...........................................................................................................53 
2.6.2. Rugosidade Rz ...........................................................................................................54 
3. MATERIAIS E MÉTODOS ......................................................................................................55 
3.1. Introdução .........................................................................................................................55 
3.2. Confecção da Ferramenta de Estampagem .........................................................................56 
3.3. Confecção dos Corpos de prova .........................................................................................58 
3.4. Ensaios de Difração de Raios X .........................................................................................62 
3.4.1. Procedimento Experimental para o Corpo de Prova ....................................................63 
3.5. Ensaios de micro indentação ..............................................................................................63 
3.5.1. Parâmetros constantes ................................................................................................63 
3.5.2. Variáveis de Controle .................................................................................................65 
3.5.3. Variável de Resposta ..................................................................................................66 
3.5.4. Planejamento Estatístico ............................................................................................67 
3.6. Medidas de Rugosidade Ra e Rz ........................................................................................69 
3.6.1. Parâmetros Constantes ...............................................................................................69 
3.6.2. Variáveis de Controle .................................................................................................70 
3.6.3. Variáveis de Resposta ................................................................................................70 
3.6.4. Planejamento Estatístico ............................................................................................71 
3.7. MEDIÇÕES da carga de estampagem ................................................................................71 
3.7.1. Planejamento Experimental ........................................................................................72 
3.7.2. Variáveis de Controle .................................................................................................72 
3.7.3. Variáveis de resposta .................................................................................................73 
xvii 
 
3.7.4. Planejamento Estatístico ............................................................................................73 
3.8. Análises de Corrosão Localizada .......................................................................................73 
3.8.1. Curva de Polarização Potenciostática .........................................................................74 
3.8.2. Curvas de potencial pelo tempo ..................................................................................75 
4. ANÁLISE DOS RESULTADOS ...............................................................................................77 
4.1. Experimentos de Difração de Raios X ................................................................................77 
4.2. Resultados de MicroIndentação .........................................................................................80 
4.3. Experimentos Tomados para Medidas de Rugosidade Ra e Rz. ..........................................85 
4.3.1. Rugosidade Ra ...........................................................................................................85 
4.3.2. Rugosidade RZ ..........................................................................................................89 
4.4.Resultados da carga de estampagem ...................................................................................94 
4.4.1. Análise da carga do Punção ........................................................................................94 
4.5. Resultados para Análise da Corrosão .................................................................................96 
4.5.1. Curvas de Polarização ................................................................................................96 
5. CONCLUSÃO ........................................................................................................................ 104 
6. SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS. ..................................................................... 107 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 108 
 
 
 
1 
1. INTRODUÇÃO 
Diferentes qualidades de chapas metálicas são oferecidas no mercado. Citam-se, por 
exemplo: as chapas IF (Intersticial Free), BH (Bake Harding), aços dupla fase (Dp), aços 
martensíticos, aços austeníticos, etc. Cada uma destas qualidades possui especificações e 
aplicações típicas. Através dos ensaios mecânicos muitas das propriedades de interesse podem 
ser obtidas, auxiliando as empresas na definição das especificações necessárias para um 
determinado produto e para seu processo de fabricação. 
Com a globalização, os fabricantes de produtos estampados estão se defrontando com 
um mercado consumidor cada vez mais exigente, buscando qualidade e preço. Mais do que 
nunca as indústrias de matéria prima para estampagem e as indústrias de fabricação de 
produtos estampados estão se preocupando em investir para reduzir ao máximo o custo de 
produção e para melhorar a qualidade do produto. O processo de fabricação depende de um 
profundo conhecimento da qualidade de sua matéria prima, visto que é a primeira condição de 
otimização para os processos. 
Estampagem é um conjunto de operações de conformação a frio, realizadas na região 
plástica de deformação dos materiais, caracterizada pela imposição de uma deformação 
permanente de uma chapa, com o objetivo de produzir peças com determinadas formas. 
Durante o processo de conformação mecânica de estampagem, várias tensões são induzidas na 
peça, o que pode comprometer sua qualidade mecânica. Estas tensões podem desaparecer 
após o processo de conformação e ou através de tratamentos térmicos. Há tensões que 
permanecem na peça sem que estejam agindo quaisquer forças externas. Estas tensões são 
denominadas tensões residuais. 
Para análise de tais tensões na estampagem de chapas metálicas usadas na indústria 
automobilística é de fundamental importância conhecer o processo de geração das tensões e 
seu efeito no processo. 
Com a finalidade de monitorar a confiabilidade operacional de estruturas e componentes 
mecânicos, as medidas de tensões residuais são hoje largamente utilizadas principalmente em 
situações de elevada complexibilidade. Muitas falhas estruturais ou de componentes 
mecânicos ocorrem não apenas pelo elevado nível de solicitação em serviço, mas da 
2 
combinação dessas tensões que frequentemente se formam durante as operações de 
fabricação, tais como: fundição, laminação, soldagem, forjamento, estampagem dentre outras. 
Por outro lado, a conformação a frio exige a presença de lubrificação com o propósito 
de reduzir o atrito envolvido e o desgaste de ferramentas. Entretanto, este elemento é, via de 
regra, agressivo ao homem e a natureza. Recentemente, tem-se dado atenção à substituição de 
lubrificantes de base mineral por lubrificantes de base renovável (WILLING, 2001; 
WAGNER e LUETJERTNG, 2001). Os estudos tem se concentrado nos efeitos deste tipo de 
lubrificante (base renovável) sobre a natureza e sobre o ser humano, tendo ficado bem 
estabelecido o benefício advindo da sua aplicação. Além de serem oriundos de fontes 
renováveis, tais lubrificantes são biodegradáveis, com um tempo de degradação curto. 
Contudo, um estudo da eficiência de tais lubrificantes nos processos de fabricação, no sentido 
de redução dos esforços e qualidade do produto no que tange a sua integridade superficial, 
livre de defeitos e tensões residuais não foi ainda realizado. 
O objetivo deste trabalho foi observar a influência de cinco diferentes lubrificantes no 
processo de estampagem através de: 
a) Medição da tensão residual pelo difrator de raios X. 
b) Análise por ensaio de microindentação, 
c) Análise da rugosidade Ra e Rz, 
d) Análise da carga de estampagem, 
e) Análise da corrosão localizada. 
Para desenvolver esta temática, foi estabelecido um cronograma de trabalho. 
Foi adquirida na Empresa Fiat Automóveis em Betim Minas Gerais as chapas metálicas 
para a confecção dos corpos de prova. Estas chapas são as utilizadas pela empresa para a 
fabricação da carroceria dos automóveis. Foi desenvolvida também uma ferramenta tipo 
macho e fêmea para estampar uma parte da carroceria do automóvel em dimensões reais. Foi 
escolhida a ponta da carroceria uma vez que, nesta região, existem várias dobras nas quais 
existe a geração tensões devido ao processo de estampagem. Os resultados dos testes 
experimentais foram tratados estatisticamente. 
3 
1.1. Objetivo 
O objetivo deste trabalho foi reproduzir pelo processo de conformação mecânica de 
estampagem uma parte da carroceria de um automóvel no qual se verificou as tensões 
residuais existentes em confronto com o tipo de óleo utilizado na lubrificação no processo 
bem como seus efeitos sobre o mesmo. 
A matéria prima denominada blank é a chapa oriunda do processo de laminação que foi 
usada para a confecção dos corpos de prova e é a mesma utilizada na carroceria dos 
automóveis. 
O estudo procurou dar ênfase a uma situação mais crítica na qual pode ocorrer a maior 
concentração de tensão residual. 
Desta forma, através das medidas do difrator de raios X e ensaio de ultra micro 
indentação buscou-se detectar o surgimento de tensões residuais para cada lubrificante 
utilizado. Para cada fluido de lubrificação utilizado no trabalho, foram analisados também 
seus efeitos sobre a rugosidade (Ra e Rz), a carga de estampagem e resistência á corrosão. Os 
resultados obtidos foram comparados para verificar qual a melhor condição de processo. 
1.2. Justificativa 
Um dos problemas encontrados na estampagem de chapas na indústria automobilística é 
a concentração de tensões que causam as distorções, perda de estabilidade dimensional, e 
imperfeição do material, podendo levar a ruptura precoce por fadiga que ocorre através de 
trincas que se iniciam e se propagam a partir da superfície da peça. Neste sentido, minorar as 
tensões residuais contribui para reduzir a probabilidade de falha do produto. 
A investigação da geração de tais tensões com variação de lubrificantes é um processo 
interessante e fundamental porque visa a melhoria da qualidade das peças estampadas. O que 
garante uma maior vida útil vindo ao encontro com o anseio da indústria em produzir peças 
confiáveis e reduzir custos de substituição. 
1.3. Estrutura do trabalho 
Este trabalho foi estruturado e formatado seguindo as diretrizes para apresentação de 
dissertações do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade 
4 
Federal de São João Del-Rei, PPMEC-UFSJ, procurando produzi-lo de forma a proporcionar 
uma leitura objetiva e concisa. Para tanto este documento é composto pelas seguintes partes: 
Capítulo 1: Introdução onde se apresenta um breve contexto sobre o processo de 
estampagem, além de serem apresentados os objetivos, a justificativa e a estrutura desse 
trabalho. 
Capítulo 2: Apresentar a revisão da literatura abordada, necessária para um melhor 
entendimento do assunto estudado. Neste capítulo são abordados os temas relacionados ao 
processo de conformação de estampagem, corte e dobramento, determinação das tensõesresiduais, os métodos para determinar e medir tais tensões, o processo de lubrificação, a 
rugosidade RA e Rz, a tomada da carga de estampagem, a corrosão, dentre outros. 
Capítulo 3: Apresentar uma descrição detalhada dos equipamentos, materiais e 
procedimentos usados. 
Capítulo 4: Apresentar as análises e discussões dos resultados obtidos. 
Capítulo 5: Neste capítulo estão sintetizadas as considerações extraídas dos resultados e 
análises dos resultados. 
Capítulo 6: Composto por sugestões para trabalhos futuros. 
 
 
5 
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
2.1. Processo de Conformação de Estampagem 
A estampagem é um processo de conformação mecânica realizado, geralmente, a frio, 
que compreende um conjunto de operações pelas quais uma chapa plana é submetida a 
transformações de modo a adquirir uma nova forma geométrica. A deformação plástica é 
levada a efeito com o emprego de prensas de estampagem, com o auxilio de dispositivos 
especiais chamados estampos ou matrizes (CHIAVERINI, 1983). 0 
Basicamente, a estampagem compreende as seguintes operações: 
a) corte 
b) dobramento e encurvamento 
c) estampagem profunda. 
Enquanto as duas primeiras são normalmente realizadas a frio (abaixo da temperatura de 
recristalização do material da peça), a estampagem profunda pode eventualmente ser realizada 
a quente, de acordo com as necessidades técnicas. 
No caso mais simples, uma única deformação pode ser suficiente, entretanto, 
dependendo da profundidade de deformação desejada, pode ser necessária a aplicação de duas 
ou mais operações de estampagem. 
2.1.1. Corte de Chapas 
Por Chiaverini (1983), o processo corresponde a obtenção de formas geométricas 
determinadas, a partir de chapas, submetidas a ação de uma ferramenta ou punção de corte, 
aplicada por intermédio de uma prensa que exerce pressão sobre a chapa apoiada numa 
matriz. No instante em que o punção penetra na matriz, o esforço de compressão converte-se 
em esforço de cisalhamento e ocorre o desprendimento brusco de um pedaço de chapa. 
2.1.2. Matriz Para Corte 
As Figuras 2.1 e 2.2 abaixo mostram os principais componentes de uma matriz de corte 
relativamente simples. 
6 
 
Figura 2. 1 – Esquema de uma ferramenta de corte, (CHIAVERINI, 1983) 
 
Figura 2. 2 – Esquemas de um estampam de corte, (CHIAVERINI, 1983) 
O punção deve apresentar seção conforme o contorno desejado da peça a extrair da 
chapa, do mesmo modo, a cavidade da matriz. É muito importante o estabelecimento do valor 
da folga entre o punção e a matriz. Essa folga depende da espessura da chapa a ser cortada. 
cσepQ  (Eq. 2.1) 
onde: 
Q = esforço de corte ou de cisalhamento, (kgf); 
P = perímetro da Figura, (mm); 
E = espessura da chapa, (mm); 
σc = resistência ao cisalhamento do material, (kgf/mm2) 
7 
2.1.3. Dobramento de Chapas 
O dobramento é descrito como a deformação do material através do ombro da matriz e 
no nariz do punção, que possuem raios de curvatura determinados, quando o material está 
sendo empurrado pelo punção para dentro da cavidade da matriz. 
O ângulo de dobramento tem que ser maior na operação de conformação do que o 
determinado para a peça conformada, devido à recuperação elástica. 
As ferramentas para conformar o alumínio, o latão, o cobre e o aço de baixo carbono 
necessitam de raios menores do que os aços mais duros com teor de médios e baixos teores de 
carbono. 
Toda vez que se deve obter um elemento dobrado, segundo um perfil determinado, é 
necessário conhecer-se em primeiro lugar o seu desenvolvimento linear ou as dimensões 
exatas da chapa a partir da qual vai ser produzido o elemento dobrado. 
Com esse objetivo, procede-se inicialmente a determinação da linha neutra do elemento 
dobrado, ou seja, a linha da secção transversal cuja fibra correspondente não foi submetida a 
nenhum esforço, quer de tração ou de compressão e que, em consequência não sofreu 
qualquer deformação. A determinação da linha neutra é feita por um cálculo extremamente 
simples conforme a Figura 2.3 abaixo. 
 
Figura 2. 3 – Determinação da linha neutra de uma chapa submetida a um dobramento 
preliminar. (CHIAVERINI, 1983) 
8 
Seu comprimento é C e sua espessura S, dobrada a tira, mede-se os comprimentos A e B 
e o raio R. Admitindo que o valor X corresponde à distância da linha neutra, tem-se a 
Equação 2.2. 
R

B-A-C2 X (Eq. 2.2) 
Onde: 
C = comprimento (mm), 
A e B = comprimentos da tira dobrada (mm), 
R = raio (º). 
Em vista dos resultados práticos obtidos, concluiu-se que a linha neutra está geralmente 
situada na metade da secção quando a espessura da chapa é, no máximo, de um milímetro. Em 
espessuras superiores, admite-se que a linha neutra se situe a 1/3 aproximadamente da curva 
interna. Se a chapa dobrada apresenta curvaturas, admite-se que, em cada caso, a linha neutra 
se localize em direção a curva interna. 
Para a operação de encurvamento, seguem em linhas gerais, os mesmos princípios e 
conceitos explicados na operação de dobramento. 
As ferramentas de dobramento são denominadas estampos de dobramento. Estes 
estampos compõem-se de uma parte superior (macho) e uma inferior (fêmea). As máquinas de 
conformação podem nesse caso ser prensas excêntricas ou prensas viradeiras. Durante a 
operação de dobramento, deve-se evitar que a chapa sofra um alongamento excessivo, o que 
provocaria uma variação em sua espessura. Para que isso não ocorra, é necessário um controle 
rigoroso das ferramentas e uma regulagem exata no curso da prensa. 
Segundo Rossi, (1979) para o dobramento deve-se levar em conta o raio de curvatura 
utilizado para a peça e a elasticidade do material. Deve-se ainda, evitar os cantos vivos, sendo, 
portanto necessário fixar os raios externos de curvatura, afim de que não ocorra ruptura 
durante o dobramento. O raio de curvatura deve ser entre uma e duas vezes a espessura da 
chapa para materiais moles, e de três a quatro vezes para materiais duros. O dobramento pode 
ser conseguido em uma ou mais operações, com uma ou mais peças por vez, de forma 
progressiva ou em operações individuais. 
9 
2.1.4. Estampagem Profunda 
Segundo o Manual Schuler (1968), estampagem profunda é o processo no qual as 
chapas metálicas são conformadas na forma de copo, ou seja, um objeto oco. As aplicações 
mais comuns correspondem a fabricação de cápsulas, carrocerias, pára-lamas de automóveis, 
estojos, tubos, etc. 
A estampagem profunda produz, pois, objetos ocos, a partir de chapas planas sem 
geralmente modificar a espessura destas e realizando-se a deformação em uma ou mais fases. 
Segundo Ferrarrini, (2004), a estampagem profunda é a manufatura de um produto a 
partir de um blank de chapa (material sem estampar), que venha apresentar um formato 
desejado, sem defeitos ou falhas. O formato final do produto após o processo de estampagem 
é definido pelo ferramental e parâmetros do processo. 
A Figura 2.4, ilustra uma matriz simples para estampagem profunda. O disco a 
estampar, na posição inicial, foi introduzido sob a peça de retenção G. O punção A é fixado 
no porta punção B e o conjunto é fixado na parte móvel ou cabeçote da prensa. Durante a 
deformação, o punção A, ao penetrar na matriz C, molda o objeto. Durante a penetração, o 
mancal D é comprimido, acompanhando a deformação da chapa e comprime, ao mesmo 
tempo, a mola E. O mancal D impede uma deformação irregular da chapa e o disco de 
retenção G garante um embutimento sem rugosidade. Ao terminar a operação, o punção A 
retrocede e o mancal D livre, sob a ação da mola E, sobe e expulsa o objeto conformado. A 
matriz C como se vê, vai fixada na base F, que, por sua vez, é presa na mesa da prensa. 
 
Figura 2. 4 – Desenho esquemático de uma matriz simplespara estampagem profunda, 
(MANUAL SCHULER, 1969) 
10 
2.1.5. Desenvolvimento de um Elemento para Estampagem Profunda 
Como no caso do dobramento de chapas, é necessário, a partir de um determinado 
desenho de peça a ser estampada, conhecer o disco de chapa original. Em outras palavras, é 
preciso determinar as dimensões da chapa que será o ponto de partida para o objeto 
estampado, utilizando a menor quantidade possível de material. 
O método a ser exposto, resultados de experiências sucessivas, é relativamente simples, 
porém presta-se somente para objetos ocos com forma geométrica regular ou com secção 
circular. 
Para objetos mais irregulares, recomenda-se um recurso prático que consiste em cortar 
aproximadamente a placa e realizar a estampagem. Examina-se a seguir o contorno do objeto 
obtido para verificar-se se falta material ou se há material em excesso. Em seguida, corta-se 
uma nova chapa, com o desenvolvimento corrigido, e procede-se a nova estampagem 
profunda. E assim em seguida até a obtenção do objeto sem excesso ou falta de material. 
(MANUAL SCHULER, 1969). 
2.1.6. Reestampagem 
Quando a profundidade do embutimento é maior que o diâmetro da peça, e são 
necessárias várias operações sucessivas para obtê-la pode utilizar a reestampagem. A redução 
teórica máxima que se obtém numa única operação de estampagem é cerca de 50% e, mesmo 
nas condições mais favoráveis não ultrapassa a 60%. Assim, é praticamente impossível obter-
se uma única operação de estampagem profunda em um objeto oco com altura muito maior do 
que o diâmetro. (MANUAL SCHULER, 1969). 
2.1.7. Defeitos na Estampagem Profunda 
Segundo Manual Schuler (1968), os principais defeitos encontrados em peças 
embutidas, originam-se basicamente de defeitos preexistentes na chapa, de defeitos no projeto 
e construção da ferramenta e de defeitos na conservação da ferramenta. 
Os principais defeitos em peças embutidas, suas definições e suas causas são as 
seguintes. 
a) Pregas (gretas transversais no corpo). Origem inclusões na chapa na laminação, 
11 
b) Furos alongados ou gretas: poros finos na chapa ou corpos estranhos duros que 
penetram durante a estampagem no interior dela. Deve-se cuidar da limpeza dos 
locais de armazenamento da chapa, 
c) Diferenças de espessura da chapa: abas da largura irregular formam-se gretas 
entre as regiões da aba de diferentes espessuras ou cilindros desgastados. Exigir 
produto laminado com tolerâncias dimensionais estreitas, 
d) Desprendimento do fundo: o punção de embutir atua como punção de corte, o 
raio de curvatura é muito pequeno no punção e na aresta embutida. Introduzir 
mais uma etapa de embutimento ou escolher uma chapa de maior capacidade de 
embutimento, 
e) Trincas no fundo depois de se ter conseguido quase todo o corpo: variação de 
espessura da chapa ou folga de embutimento entre o punção e a matriz muito 
estreita. Revisar a espessura da chapa, eventualmente alargar o orifício de 
embutimento e, e em peças de formato retangular, limpar sempre a aresta da 
ferramenta, 
f) Forma abaulada: folga de embutimento demasiadamente larga. Algumas vezes o 
problema é eliminado com o aumento da pressão de sujeição, deve-se trocar a 
matriz ou o punção, 
g) Estrias de embutimento: desgaste da ferramenta e da matriz oxidada- tratamento 
superficial para endurecimento das arestas da matriz, melhorar pó processo de 
decapagem, melhorar as condições de lubrificação, empregar eventualmente 
películas de embutir, 
h) Relevos unilaterais nas rupturas do fundo: posição excêntrica do punção com 
relação à matriz de embutimento. Soltar a sujeição da ferramenta e centrar a 
matriz corretamente com relação ao punção, 
i) Formação de pregas e trincas a aba: folga de embutimento muito larga ou 
arredondamento muito grande das arestas de embutimento. Deve trocar a matriz, 
12 
j) Ampolas no Fundo: e às vezes abaulamento do fundo, má aeração - melhorar a 
saída do ar, com frequência é melhorado se a distribuição do lubrificante for 
mais uniforme. 
2.1.8. Propriedades dos Produtos Estampados 
Como o processo de estampagem é realizado a frio, na região de conformação plástica 
do material da peça, ocorre uma elevação da resistência mecânica durante a deformação 
(encruamento). Nessa região, a peça apresentará então uma resistência mecânica maior do que 
a chapa inicial (comumente no estado recozido). Como para efeito de cálculo da resistência da 
peça, toma-se normalmente como base a resistência do material da chapa, o projeto da peça é 
realizado a favor da segurança. Convêm destacar que é muito comum na concepção de peças 
grandes a utilização de perfis, conformados de chapas; - nervuras - ou rebaixos na própria 
peça para aumentar a rigidez. 
O controle das propriedades mecânicas das peças estampadas não é um procedimento 
rotineiro. O mais habitual é o controle de defeitos para verificação de qualidade, item 
abordado anteriormente. 
2.2. Tensões Residuais 
2.2.1. Tensões Residuais e sua geração 
De acordo com Almen e Black (1963), de uma forma simples e geral, entende-se por 
residuais as tensões existentes em um corpo sem que nele estejam agindo quaisquer forças 
externas. As tensões residuais são elásticas e se superpõe as cargas de serviços, podendo ser 
benéficas ou deletérias às estruturas e ou equipamentos, dependendo de sua magnitude, sinal e 
distribuição. Tensões residuais são aquelas que permanecem no componente mesmo depois de 
cessadas as forças externas anteriormente aplicadas sobre ele. 
Este estado de tensões é autoequilibrante e, portanto, a resultante das forças e de 
momentos que as tensões residuais produzem é zero. Qualquer perturbação como remoção de 
material, aplicação de carregamentos térmicos e mecânicos alteram o seu estado e causam a 
sua redistribuição de modo que as tensões se equilibrem novamente. 
De acordo com Bianch et al (2000), estas tensões, dependem da empregabilidade do 
produto e do tipo de tensão residual de que o mesmo está sujeito. Logo há dois tipos de 
13 
tensões residuais. As tensões residuais trativas e as compressivas. As tensões trativas devem 
ser evitadas em peças submetidas a esforços mecânicos cíclicos devido ao fato de por sua 
natureza facilitarem a propagação e a nucleação de trincas, levando a falhas por fadiga 
mecânica. No entanto, as tensões compressivas são benéficas uma vez que elas tendem a 
interromper a propagação de trincas existentes no material. 
As tensões residuais são comumente classificadas em três tipos principais: 
a) Tensões residuais do tipo 1: também chamadas de macroscópicas ou macro-
tensões residuais, e se estendem ao longo do componente por vários grãos 
cristalinos. As macro-tensões residuais são provenientes de condições ou fontes 
mecânicas, térmicas ou químicas que afetam volume considerável do material 
estendendo-se por área comparável às dimensões da peça. Tais tensões estão em 
equilíbrio para um corpo como um todo e têm sua origem em deformações 
plásticas macroscópicas. (GRANT, 2002). 
b) Tensões residuais do tipo 2: comumente chamadas de tensões micro estruturais, 
estão presentes em um grão ou numa parte deste, estando equilibradas em alguns 
grãos vizinhos e tendo sua origem em deformações plásticas microscópicas. 
c) Tensões residuais do tipo 3: chamadas de tensões micro localizadas, estendem-
se por pequenas distâncias interatômicas , dentro de uma pequena porção de um 
grão, estando também equilibradas em uma pequena parte do grão e tendo sua 
origem em defeitos cristalinos, particularmente discordâncias. 
As tensões residuais do tipo 2 e 3 são consideradas micro tensões, que não podem ser 
evitadas em materiais policristalinos, e são mais importantes para o estudo do comportamento 
micro estrutural. Para avaliação de projetos mecânicos e estruturais, as tensões do tipo 1, 
macroscópicas, são de fundamental importância e devem ser determinadas através de métodos 
confiáveis demedidas. 
O efeito dessas macro-tensões residuais do tipo 1 pode ser tanto benéfico, quanto 
prejudicial, dependendo do sentido, da intensidade e da distribuição das tensões residuais em 
relação as tensões aplicadas pelo carregamento de serviço. (WANG, 1981). 
Segundo Wagner e Luetjertng (1981), tensões residuais trativas podem ser deletérias, 
uma vez que estas tensões ao somarem-se às tensões trativas aplicadas no componente 
14 
auxiliam a iniciação e o crescimento de trincas de fadiga, enquanto que as tensões residuais 
compressivas, ao se oporem a direção de carregamento trativo, reduzem o nível de tensão 
aplicada e inibem a iniciação e a propagação de trincas. 
Zamrik e Pangborn (1988), Vierick et al (1991), dizem que a natureza benéfica ou 
deletéria das tensões residuais parece estar relacionada a três fatores: 
a) ao tipo de material, ou seja, se ele encrua ou amolece durante deformação 
plástica cíclica. 
b) ao perfil de tensões residuais introduzidos durante o processamento 
termomecânico e a redistribuição destas tensões residuais que ocorrem durante 
deformação cíclica. 
c) ao tipo de carregamento que o material será submetido durante sua utilização. 
De acordo com Gurova, Teodósio e Rebello (1996), dentre esses fatores a redistribuição 
de tensões residuais que ocorre durante deformação plástica cíclica é um fenômeno 
importante, uma vez que pode converter tensões residuais compressivas, pré-existentes no 
material, em tensões residuais trativas. 
As tensões residuais microscópicas podem ser induzidas por tratamento térmico, como 
resultado de mudanças de volume produzidas por transformação de fase, reações de 
precipitação ou por deformações térmicas ocorridas devido a diferença entre os coeficientes 
de expansão térmica existentes, por exemplo, entre uma partícula não metálica e, a matriz 
metálica, durante o resfriamento. Em processos de soldagem, a diferença no tempo de 
contração entre as camadas superficiais e as internas do componente também podem levar a 
tensões residuais. 
Tensões residuais macroscópicas podem ser introduzidas nos componentes durante 
fabricação e como resultado da deformação plástica durante a utilização do equipamento. 
Estas tensões residuais de natureza macroscópica são de mais longo alcance, que as tensões 
residuais microscópicas, podendo ser introduzidas através de tensões de contração originadas, 
por exemplo, da fundição ou lingotamento e por processos mecânicos de fabricação como 
laminação, extrusão, soldagem, jateamento por partículas etc. 
15 
Em geral, todo componente mecânico tende a apresentar tensões residuais de origem 
microscópica, derivadas de seu processamento para alteração das qualidades micro estruturais 
e características mecânicas. Além destas, tensões residuais macroscópicas estarão também 
presentes devido aos processos de fabricação, necessários à conformação do material à sua 
forma final. 
As tensões residuais do tipo 1 são particularmente importantes em engenharia para 
análise estrutural em componentes, uma vez que podem comprometer ou aumentar a vida útil 
de um equipamento. Estas se apresentam como um perfil de tensões, trativo compressivo ou 
compressivo trativo, com extensão comparável às dimensões do componente analisado. 
A maior parte das trincas de fadiga inicia-se na superfície ou em regiões 
subssuperficiais. De fato, a superfície é a região do componente que geralmente suporta a 
maior carga aplicada durante operação, estando muitas vezes sujeita às condições ambientais 
adversas e podendo até mesmo conter defeitos e tensões residuais provenientes do processo de 
fabricação, e de montagem e operação. Portanto, o reforço e a melhoria das propriedades 
superficiais de um componente são de extrema importância para sua vida útil. 
Concluindo, processos mecânicos ou tratamentos térmicos que produzam o 
aparecimento de tensões residuais compressivas na superfície de componentes mecânicos são 
bastante empregados em elementos vitais de projeto, sujeitos a condições difíceis de trabalho, 
visando inibir a propagação e iniciação de trincas de fadiga e reforçar a resistência à fadiga, a 
resistência à corrosão sobtensão e a resistência à fadiga intragranular. 
De acordo com Hoffmann et al (2002) apud Martins (2005), outro exemplo típico de 
tensão residual é o da distorção que aparece após a têmpera de uma peça de aço, ao qual é 
removida por retificação. Isto agrega a cada ano enormes custos de fabricação. 
Estudos feitos por Lu (1996), Hauk (1997), Grant (2002) e Boag, Flaman e Herring 
(2002), vêm mostrando que as distorções de tensões encontram suas causas não só nos 
procedimentos de têmpera, mas em todo o processo produtivo do componente. Estas tensões 
representam um risco (em potencial) de distorção, pois quando liberadas por processos 
termomecânicos, durante as próximas etapas do processo de manufatura, levam a mudança de 
forma e dimensão do componente. Este potencial de distorção, não só representado pelas 
tensões residuais, mas também pela microestrutura, distribuição de inclusões, textura, 
16 
geometria, apenas citando os principais fatores, é modificado e transferido durante as etapas 
de fabricação. 
Na prática, não existe corpo livre de tensões residuais. Devido a sua importância, o 
controle e a medida das tensões residuais em componentes e estruturas mecânicas é 
continuamente alvo de intensivos estudos (MICRO MEASUREMENTS, 1993; LU, 1996; 
HAUCK 1997; GRANT, 2002). 
2.2.2. Métodos para determinação das Tensões Residuais 
Segundo Lu (1996) e Hauk (1997), atualmente, existem muitos métodos para a medida 
e determinação das tensões residuais. Alguns são baseados na medida da deformação aliviada, 
devido a remoção localizada de material (métodos destrutivos). Outros são baseados na 
interação entre o campo de tensões residuais e as propriedades físicas do material (métodos 
não destrutivos). É necessária a análise de parâmetros importantes para a medição das tensões, 
tais como o tipo de tensão residual, a geometria e a região da parte a ser analisado, o ambiente 
onde a medida será realizada, o tipo de intervenção, o tempo de análise e o custo da medição e 
dos equipamentos necessários. 
De acordo com Withers (2001), Rodacoski (1997) e Boettger (1998), existem dois tipos 
de ensaios para determinar as tensões residuais, os ensaios destrutivos e não destrutivos. 
2.2.3. Processos e Mecanismos Geradores de Tensão Residual 
Sob o ponto de vista de Fernandes (2002), “as tensões residuais aparecem como uma 
resposta elástica do material a uma distribuição não homogênea de deformações não elásticas, 
tais como deformações plásticas, precipitações, transformação de fase, deformação devido à 
expansão térmica, entre outros”. Alguns dos principais processos de fabricação geradores de 
tensões residuais estão apresentados a seguir. 
a) Soldagem 
De acordo com Ferreira e Fernandes (2003), a contração no resfriamento de regiões 
diferentemente aquecidas durante a operação de soldagem normalmente representa a principal 
fonte de tensões residuais no processo de soldagem. O processo é realizado em temperaturas 
nas quais o módulo de elasticidade e a resistência ao escoamento do metal torna-se muito 
pequeno, facilitando o escoamento do metal que tende a se expandir com as altas 
17 
temperaturas. Quando ocorre o resfriamento, o material recupera a sua rigidez sobre 
temperaturas ainda altas e sobre condições heterogêneas de temperatura, impedindo que a 
contração ocorra igual e livremente em todas as regiões. As tensões geradas podem ser da 
ordem do limite de escoamento do metal. No caso de um passe de solda, o material que resfria 
anteriormente também impede o novo material depositado de se contrair, produzindo neste, 
tensões residuais trativas. 
Para o caso da geração de tensões devido à transformação de fases na soldagem, as 
tensões surgem porque a transformação de fases da austenita para ferrita,bainita, perlita ou 
martensita, ocorre com aumento de volume (FERNANDES, 2002). Desta forma, o material da 
zona fundida e da zona termicamente afetada que sofre transformação de fase tende a se 
expandir e a sua expansão será impedida pela parte fria e não transformada do metal. A 
magnitude das tensões residuais no cordão de solda está intimamente relacionada com o grau 
de restrição que a estrutura mecânica oferece. Esta restrição geralmente é total na direção 
longitudinal dos cordões de solda. 
b) Tratamentos Térmicos e Termoquímicos de Endurecimento Superficial 
Dentre os tratamentos térmicos de endurecimento superficial destacam-se o processo de 
têmpera e os processos termoquímicos de carbonetação e nitretação. 
Têmpera superficial 
Segundo Canale (2006), este tratamento consiste no aquecimento superficial do aço até 
a região austenítica, seguido de um resfriamento brusco para produzir martensita. Isto 
aumenta a dureza na superfície do material, sem alterar de forma significativa a 
microestrutura do seu núcleo. A transformação de fase, efeitos térmicos e restrições 
mecânicas da região não-modificada (núcleo) sobre a modificada (superfície) resultam em um 
estado de tensões compressivas na superfície da peça. 
Após o aquecimento, as peças devem ser resfriadas rapidamente, em óleo, por exemplo, 
por meio de imersão ou spray. 
Carbonetação e Nitretação 
Lipson e Juvinall (1963), concluiram que o processo de carbonetação é realizado em 
aços de baixo carbono, geralmente até 0,25%C . O aço é aquecido até temperaturas 
18 
austeníticas em ambiente rico em carbono. Após a difusão dos átomos de carbono na 
superfície da peça promove-se um resfriamento acelerado (este tempo de resfriamento 
depende do aço utilizado) da peça, para gerar estrutura martensítica na superfície. Em peças 
de dimensões razoáveis, o seu núcleo tem um uma taxa de resfriamento inferior à da 
superfície, ficando com uma microestrutura composta, predominantemente, por ferrita e 
perlita. Como o volume da martensita é maior que o da ferrita, originam-se tensões 
compressivas na superfície da peça. Porém, se a peça a ser carbonetada tiver dimensões 
reduzidas e um aço passível de têmpera, as taxas de resfriamento da superfície e do núcleo 
serão muito próximas, o que pode acarretar na geração de estrutura martensítica também no 
núcleo, o que daria margem à possibilidade do surgimento de tensões trativas na superfície . O 
processo de nitretação, que consiste da formação de nitretos na superfície tratada, proporciona 
uma camada superficial de alta dureza e resistência ao desgaste. A nitretação é realizada em 
temperaturas entre 500 e 550ºC (no máximo 650º) e não necessita de qualquer tratamento 
posterior, o que reduz muito a possibilidade de empenamentos ou trincamentos na peça, o que 
é uma preocupação na carbonetação (CHIAVERINI, 1983). 
O tratamento de nitretação está relacionado basicamente à mudança de volume. O 
volume dos nitretos formados na superfície é superior ao volume da ferrita, que predomina no 
restante da peça. Isto faz com que este processo gere tensões residuais compressivas na 
superfície. 
c) Fundição 
Por Lipson e Juvinall (1963), o resfriamento após um processo de fundição para 
solidificação é bastante complexo pelas particularidades de cada caso. A restrição que o 
molde oferece ao fundido pode influenciar de maneira decisiva o estado de tensões residuais 
resultantes e trazer sérias consequências, como fissuras a quente, Figura 2.5, por exemplo. Na 
Figura 2.5, uma barra em forma de “I” resfria e solidifica-se sofrendo restrição do molde ao 
tentar contrair-se, gerando fissuras na junção do corpo longitudinal com as extremidades. 
19 
extremidade extremidade
barra
Direção de contração
Restrição do molde
Fissura a quente
 
Figura 2. 5 – Surgimento de fissuras a quente na fundição de uma barra metálica (LIPSON e 
JUVINALL, 1963). 
d) Conformação Mecânica 
Processos de conformação mecânica como laminação, dobramentos, extrusão, têm 
como principal mecanismo de geração de tensões residuais a heterogeneidade das 
deformações plásticas entre as várias regiões dos componentes, por exemplo, suas regiões 
centrais e superficiais. Quando as cargas do processo são aliviadas, no esforço de manter a 
seção transversal da barra plana, as fibras centrais do material, que escoaram menos, tendem a 
voltar para o seu comprimento inicial e forçam as fibras externas a se encurtarem mais do que 
elas poderiam, pois como escoaram mais elas se acomodariam a um comprimento maior que o 
inicial. Assim, são geradas tensões compressivas na superfície e tensões trativas na região 
central da peça como reação das fibras externas ao esforço das fibras centrais em retornarem 
para seu comprimento inicial. (JUVINALL, 1967; BERR, 1981; JOHNSTON, 1981). 
e) Processo de Jateamento de Granalhas shot peening 
Daly (1990) e Johnson (1990) verificaram que o jateamento de partículas é um processo 
de trabalho a frio no qual a superfície mais crítica do componente é bombardeada com 
pequenos jatos de partículas esféricas que podem ser de aço comum, aço inoxidável, vidro ou 
material cerâmico. 
20 
Welsch (1990) verificou que neste processo a deformação plástica produzida pelo 
múltiplo impacto das esferas na superfície do componente ocasiona deformação plástica em 
uma pequena profundidade do material, introduzindo uma camada uniforme de tensões 
residuais compressivas abaixo da superfície do componente. 
Kumar , Subrat e Radhakrishnan (1987), afirmam que o resultado deste 
bombardeamento é a introdução de tensões residuais compressivas na superfície do material 
promovidas pelo encruamento de suas camadas superficiais. Este encruamento é provocado 
pelo impacto de um jato de partículas de alta energia que também ocasiona o aumento da 
tensão de escoamento, além de mudanças na rugosidade da peça jateada. 
O processo de jateamento efetivamente aumenta a resistência à fadiga, resistência à 
corrosão sob tensão e reduz as tensões de serviço trativas na superfície onde as trincas de 
fadiga geralmente se iniciam, podendo a propagação destas trincas serem até mesmo freadas 
pelas tensões residuais compressivas, dependendo de sua magnitude e do campo de tensões 
residuais compressivas (FUCHS, 1971). 
Ohara (1986), afirma que o jateamento por partículas vêm sendo utilizado há mais de 
cinquenta anos e este processo não deve ser confundido com o chamado jateamento por 
granalha que visa a limpeza de superfície de peças metálicas de efeitos visíveis na remoção de 
sujeira e corrosão da superfície. 
Por Welsch (1991), o jateamento por partículas é um processo controlado de jateamento 
cujo maior efeito é de introduzir tensões residuais compressivas na superfície do material, 
com objetivo de estender a vida de componentes metálicos, aumentarem a resistência à fadiga, 
retardar o trincamento por corrosão sob tensão, eliminar distorções provenientes de 
tratamentos térmicos. 
Segundo Ohara (1994), cada partícula ao chocar-se com a superfície do material age 
como um pequeno martelo, produzindo uma pequena mossa, encruando sua superfície e 
gerando uma pequena camada de tensões residuais compressivas da ordem de 80% da tensão 
de escoamento ou 60% da tensão de resistência máxima do material. Estas dificultam a 
iniciação e a propagação de trincas, promovendo melhoria da resistência à fadiga em torno de 
25-30%. 
21 
Este efeito na vida em fadiga apresenta-se associado ao fato que as tensões 
compressivas geradas no jateamento somam-se às tensões trativas do carregamento extremo 
do componente, reduzindo o nível total de tensões trativas aplicadas na superfície do material, 
contribuindo de forma positiva no desempenho e na vida em serviço do componente. Isto 
reduz a tensão média de fadiga na superfície e, portanto inibe a iniciação ou retarda a 
propagação de trinca. 
De acordo com Daly (1990) e Johnson (1990), um processo quemereceu um tópico 
próprio por sua grande aplicabilidade na indústria e por suas particularidades é o processo de 
shot peening como apresentado na Figura 2.6. Este processo, normalmente é realizado em um 
equipamento fechado, por causa do espalhamento das esferas utilizadas, que atingem e 
retornam da superfície tratada. Para aplicações em campo, existe uma técnica com princípio e 
efeito similares ao shot peening, que é conhecida por martelamento de agulhas (hammer 
peening). 
 
Figura 2. 6 – Tensões residuais de compressão geradas no processo de Jateamento por 
Granalha, (CALLE e MACHADO, 2003) 
 
A Tabela 2.1 abaixo ilustra os mecanismos de geração de tensão residual nos diferentes 
processos de fabricação e beneficiamento. 
 
 
 
22 
Tabela 2.1 - Mecanismos de geração de tensões residuais em diferentes processos de 
fabricação e beneficiamento (SULTERIO, 2005). 
Mecanismos 
causadores 
Deform. 
mecânica 
diferencial 
Transf. De 
fase 
Contração 
ou expansão 
térmica 
Microestrutur
a diferencial 
Desigualdades 
estruturais 
Conformaçã
o 
Laminação, 
estampagem, 
forjamento, 
extrusão, 
estiramento. 
 
Conformaçã
o superficial 
Shot 
peenning, 
martelament
o 
 
Usinagem Torneamento
, 
plainamento, 
fresamento, 
retificação, 
furação, 
eletroerosão 
 
Soldagem Todos os 
processos 
Todos os 
processos 
 
Tratamentos 
térmicos 
 Têmpera, 
normalizaçã
o 
Têmpera, 
normalizaçã
o 
 
23 
Fundição Diferentes 
seções 
transversais, 
grandes 
dimensões 
 
Tratamentos 
térmicos 
superficiais 
 Cementação, 
nitretação 
Cementação, 
nitretação 
 
Montagem e 
ajustes 
 Estruturas de 
grandes 
dimensões, 
desalinhamento
s 
de uniões 
 
2.3. Principais Técnicas de Medição de Tensões Residuais 
Neste tópico serão apresentadas algumas das técnicas mais comumente utilizadas na 
medição de tensões residuais. As técnicas de medição de tensões residuais dividem-se em 
destrutivas, semi-destrutivas e não-destrutivas, de acordo com o nível de dano introduzido no 
equipamento medido quando de sua aplicação. São destrutivas as técnicas que, para colherem 
informações de deformação suficientes para a análise das tensões residuais existentes, 
comprometem ou impossibilitam o uso do espécime medido. São semi-destrutivas aquelas 
que introduzem algum dano na peça, porém não comprometem sua integridade ou sua 
operação. As técnicas não-destrutivas não precisam da remoção material e não provocam 
qualquer tipo de dano na peça para a medição de tensões residuais. 
Os principais métodos destrutivos são: o método do seccionamento e método de retirada 
das camadas, sendo que o principal método semi-destrutivo é o chamado método do furo cego 
24 
(ASTM E837-94, 1994). Estes métodos mecânicos medem somente as tensões residuais de 
tipo 1, as macro tensões residuais. (MACHERAUCH e KLOSS, 1986). 
2.3.1. Técnica do Furo Cego ou Hole Drilling 
De acordo com Ogata (2003), o método furo cego é um dos mais utilizados para medir 
tensão residual, isto se deve a sua relativa simplicidade operacional, devido a isso, a análise 
foi padronizada pela ASTM e recebeu o código ASTM E837. Este processo é bem versátil e é 
considerado como “semi-destrutivo”, uma vez que o furo feito na amostra é pequeno, 
podendo em alguns casos não danificar o componente. Para determinar a tensão residual de 
um corpo (peça), este é submetido a um furo que varia de 0,8 a 4,8 mm de diâmetro e 
profundidade é 20% superior ao valor do diâmetro para campos de tensão uniformes e 50%, 
superior ao valor do diâmetro para campos de tensão não uniformes. Depois de feito o furo, a 
região que estava sujeita a tensão residual irá sofrer um alívio de tensão, ou seja, a região 
próxima ao furo irá sofrer uma deformação a qual será mensurada com auxílios de 
extensômetros, logo podemos conhecer a tensão naquele ponto, esse é o princípio do método 
como verificado pela Figura 2.7 abaixo (RODACOSKI, 1997). 
 
Figura 2. 7 – Relação entre as dimensões dos extensômetros e as dimensões do furo, 
(RODACOSKI, 1997). 
Onde: 
D = diâmetro médio do extensômetros, 
D0 = diâmetro do furo, 
Z = profundidade final. 
 
25 
2.3.2. Técnica de Seccionamento 
Segundo Lu (1996), são consideradas técnicas destrutivas. Assim as técnicas de 
seccionamento têm como princípio a criação de superfícies livres, para promover a 
redistribuição das tensões residuais existentes na região seccionada da peça e então 
possibilitar sua determinação. Algumas técnicas de seccionamento foram desenvolvidas 
exclusivamente para avaliar peças cilíndricas e anelares. Através de cortes radiais em anéis 
(que podem ser partes de tubos), pode-se determinar visualmente se ali estão contidas tensões 
residuais circunferências compressivas ou trativas, respectivamente, dependendo do 
fechamento ou abertura do anel. 
Aleong (1991) e Munro (1991) pesquisaram o uso de extensômetros para medir as 
deformações geradas pelos cortes. Isto permite fazer uma análise quantitativa das tensões 
residuais atuantes no espécime. As informações de deformação fornecidas pelos 
extensômetros após a realização de um corte em um anel de acrílico permitiu-se a formular a 
Equação 2.3 para determinar as tensões residuais circunferências e radiais do anel. 
 
 
 
   
 
 
 



























 1
1
2
11
2
1
32 1
1
1
11
1
K
K
K
KK
K
K
b
rKc
c
c
b
rK
c
c
KCKC
E
i



 (Eq. 2.3) 
Onde: 
r = posição radial; 
σθ, σr = tensão residual nas direções circunferencial e radial; 
εθ, εr = deformações residuais circunferencial e radial medidas no extensômetro; 
εθi = deformação circunferencial medida na superfície interna do anel; 
Eθ, Er = módulos de elaasticidade nas direções radial e circunferencial; 
K = raiz da razão dos módulos 








ρ
φ
E
E
 
De acordo com Vishay (1993), muitas dessas técnicas destrutivas de extensometria e 
seccionamento, no entanto, são limitadas às aplicações de laboratório em corpos de prova 
cilíndricos ou planos e muitas vezes não são facilmente adaptáveis a equipamentos reais. 
26 
2.3.3. Técnica da Remoção de Camadas ou da Deflexão 
LU, 1996, disse que o método de remoção de camadas também é considerado 
destrutivo. Em sua variação mais conhecida o método consiste nas medições das deflexões de 
um espécime, após sucessivas remoções de camadas do material avaliado. A técnica é baseada 
no princípio de que a deflexão varia após a retirada de uma camada de material tencionado 
(que é feita normalmente por usinagem química). Isto ocorre porque o espécime busca uma 
nova posição de equilíbrio estático para os esforços internos gerados pelas tensões atuantes no 
espécime. Uma ilustração deste princípio é apresentada na Figura 2.8. 
 
Figura 2. 8 – Princípio do Método de Remoção de Camadas, (LU, 1996). 
Segundo Macherauch e Kloss (1986) a técnica de remoção de camadas é um dos 
principais métodos destrutivos para medir tensão residual. Este método mecânico mede 
somente as tensões residuais do tipo 1, as macro tensões residuais. 
27 
A variação da deflexão, após a retirada de uma camada de material, a partir de uma 
espessura e’, pode ser relacionada com a tensão σe, que atuava naquela camada, pela Equação 
2.4: 
 










 
'
2eei22
2
e edf3l
8ff
1
e8
de
df
1
e
3
4
ν1
Eσ
e
ei (Eq. 2.4) 
Onde: 
E = módulo de elasticidade do material 
ν = coeficiente de Poisson 
e’= espessura do espécime antes da remoção de determinada camada de espessura “de” 
ei = espessura do espécime antes da remoção de qualquer camada 
e = espessura final do espécime 
l = comprimento na qual a deflexão esta sendo medida 
f = deflexão 
df = variação da deflexão pela a retirada de uma camada de espessura 
fei, fe = deflexão