PROCESSO DE FABRICAÇÃO III

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PROCESSOS DE FABRICAÇÃO III 
Prof.: FILLIPE S. S. VIRGOLINO
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PROGRAMA
2
 Fundamentos Metalúrgicos na Conformação Mecânica dos Metais
 Principais Sistemas de Escorregamento nos Reticulados CFC, CCC e HC
 Tensões e Deformações
 Elasticidade e Plasticidade
 Influência da Temperatura em Processos de Conformação Mecânica de Metais
 Influência da Velocidade de Deformação em Processos de Conformação
 Influência do Tamanho de Grão. Refino de Grão
 Laminação
 Ferramentas de Conformação de Chapas
 Forjamento
 Trefilação
 Extrusão
 Processos não Convencionais
 Metalurgia do Pó
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Bibliografia Básica
• HELMAN H. e CETLIN P. R., Fundamentos da Conformação Mecânica dos 
Metais, Ed. Guanabara Dois.
• JORGE RODRIGUES.FERREIRA.Tecnologia Mecânica, Tecnologia da 
deformação Vol. I. Aplicações Industriais Vol.II. 
• Ricardo Artur Sanguinetti.Fundamentos Metalúrgicos e Mecânicos.Recife: 
Editora Universitária UFPE.
• CALLISTER, Jr.,William D. Ciência e Engenharia de Materiais:Uma Introdução. Rio de Janeiro, LTC, 
2008.
• DIETER, G.E. Metalurgia Mecânica. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1981.
• Sites da Internet.
3
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Bibliográfias da ementa
4
CHIAVERINI, V. Metalurgia do Pó. São Paulo: ABMM, 1994.
CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica: processos de Fabricação e 
Tratamento. São Paulo: McGraw-Hill, 1986. Vol. 2.
DINIZ, A. E., MARCONDES, F. C., COPPINI, N. L. Tecnologia da Usinagem 
dos Materiais. São Paulo: Artliber, 2000.
1- Chiaverini, V., Tecnologia Mecânica, vol.II: processos de Fabricação e Tratamento. São 
Paulo: McGraw-Hill, 1986.
2- Gruning,Klaus; Técnica de Conformação, São Paulo: polígono, 1973.
3- DIETER, GEORGE E. Metalurgia Mecânica. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1981.
4- BRESCIANI FILHO, E. Conformação Plástica dos Metais. Volume 1 e 2. Campinas: UNICAMP, 
2000.
5- PROVENZA, Francesco. Estampos I. São Paulo: Centro de Comunicação Gráfica ?Protec?, 
1986.
6- ROSSI, M. Máquinas-Operatrizes Modernas, v. I e II, Rio de Janeiro: Livro Íbero-
Americano, 1970.
BÁSICAS 
COMPLEMENTARES
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INTRODUÇÃO
• CONFORMAÇÃO PLÁSTICA:
• Modificação da forma/dimensões de um corpo metálico pela ação de tensões 
mecânicas sem que haja remoção de material
• Cerca de 80% dos produtos manufaturados sofrem uma ou mais
• operações de conformação plástica.
• PARÂMETROS DE PROCESSAMENTO em conformação (velocidade, 
temperatura, equipamentos, ferramentas) são adequados a fim de garantir a qualidade e 
o custo competitivo dos produtos
• QUALIDADE DOS PRODUTOS: Dimensão, forma, propriedades
• mecânicas e condições superficiais
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Curva Tensão-Deformação


e
r
Campo elástico
Campo plástico
Conceitos de:
• resistência
• tenacidade
• dutilidade
• conformabilidade
Curva Tensão-Deformação
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CONCEITOS E TERMINOLOGIA
• grau de deformação  )
• coeficiente de resistência ( )
• coeficiente de encruamento (n)
• sensibilidade à taxa de deformação (m)
.
• taxa de deformação   )
.
= K. m
= K. n
= ln. A0/A
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Suspensão e freios
Diferencial
Transmissão
Motor
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CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
• flexão
• cisalhamento
1 - tipo de esforço predominante:
• compressão direta
• compressão indireta
• tração
2 - temperatura de trabalho:
• frio
• quente
• morno
• isotérmico
Tt < Trecr
Tt > Trecr
Tt ~ Trecr
Tt > Trecr e constante
Ductilidade
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Trabalho a frio
CARACTERÍSTICAS DOS PROCESSOS EM FUNÇÃO 
DA TEMPERATURA DE TRABALHO (Tt)
• pequenas deformações (relativamente)
• encruamento
• elevada qualidade dimensional e superficial
• normalmente empregado para “acabamento”
• recuperação elástica
• equipamentos e ferramentas mais rígidos
Exemplos: Diversas peças forjadas a frio
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Trabalho a quente
CARACTERÍSTICAS DOS PROCESSOS EM FUNÇÃO 
DA TEMPERATURA DE TRABALHO (Tt)
• grandes deformações
• recozimento
•baixa qualidade dimensional e superficial
•normalmente empregado para “desbaste”
•peças grandes e de formas complexas
•contração térmica, crescimento de grãos, 
oxidação
Exemplo: Ponta de eixo
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CARACTERÍSTICAS DOS PROCESSOS EM FUNÇÃO 
DA TEMPERATURA DE TRABALHO (Tt)
Trabalho morno
• reúne as características vantajosas do
trabalho a frio e a quente
Exemplo: Auto-peças forjadas
Trabalho isotérmico •reúne as características do trabalho a quente
•peça e ferramentas apresentam 
temperaturas próximas
•possibilidade de grandes deformações a 
taxas de deformação reduzidas
Exemplo: Palheta de turbina
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CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO
• chapas, perfis
• tubos, fios, barras
3 - forma do produto final
4 - tamanho da região de deformação
• localizada
• generalizada
5 - escoamento do material
• contínuos
• intermitentes
6 - produtos obtidos
• semi-acabados
• acabados
laminação, estampagem
trefilação, extrusão
laminação, trefilação, extrusão
processos primários 
processos secundários ou finais
laminação, trefilação, extrusão
estampagem, forjamento
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VARIÁVEIS IMPORTANTES NA CONFORMAÇÃO
MATERIAL DE PARTIDA
, T , microestrutura)
• conformabilidade
• condições superficiais
•propriedades físicas/térmicas
• composição química e microestrutura inicial
•efeitos da modificação da microestrutura
• tensão de escoamento  ( , 
.
REGIÃO DE DEFORMAÇÃO
• velocidades, , , T
• escoamento do m.etal
INTERFACE FERRAMENTAS/PEÇA
• lubrificante
• temperatura
• capacidade de lubrificação
• aplicação e remoção
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Fonte: Catálogo de Prensas Schuler S.A.
Tarugo cortado e esboçado Primeiro forjamento Forjamento Final Peça rebarbada
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Placas Blocos Tarugos
Chapas
Tubos
Perfis Trilhos Barras
Barras
Folhas
Trefilados
Tubos
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EXTRUSÃO DE BARRAS
• região de deformação localizada
• processo quase estacionário
 volume de controle definido
FORJAMENTO
• região de deformação generalizada
• processo intermitente
 volume de controle indefinido
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Conformação dos metais
usinagemlaminação
Processos mecânicos
(aplicações de tensões)
(  )
Conformação por
deformação plástica
( LE    LR )
(sem perda de material)
Conformação por
Usinagem
(   LR)
(com retirada de cavaco)
Laminação
Trefilação 
Extrusão 
Forjamento 
Estampagem 
Torneamento 
Fresamento 
Planamento 
Retifícação 
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Conformação dos metais
Processos metalúrgicos
(aplicação de temperaturas)
( T )
Conformação por 
solidificação
(T  Tfusão)
Conformação por 
sinterização
(T Tfusão)
Fundição 
Lingotamento 
Soldagem 
Metalurgia do pó
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PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA
24
LAMINAÇÃO
TREFILAÇÃO
FORJAMENTO
EXTRUSÃO
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PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO MECÂNICA
Estiramento 
Matriz
Repuxo Dobramento 
Corte por 
cisalhamento
Calandragem 
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LAMINAÇÃO FORJAMENTO
PEÇA FORJADA
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
FUNDIÇÃO
ESTAMPAGEM EXTRUSÃO
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TENSÃO AXIAL E TENSÃO DE CISALHAMENTO
 = tensão axial
 = tensão de cisalhamento
= E 
 = G 
e
ix
o
 t
ra
n
s
v
e
rs
a
l
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G = F/A0 = /
x/h 
Tensão axial
 = E
Módulo de elasticidade
E = /
Tensão de cisalhamento
 = F/Ao
G = E / 2(1 + n)
Deformação de cisalhamento
 = tg 
Módulo de cisalhamento
 = G  G = /
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Deformação
 = l/lo
Avaliação:
Qual a relação entre G e E? 
 = - x = - y
z z
Coeficiente de Poisson, 
zz
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• Rede CFC:
A Metalurgia da deformação
4 Planos {1 1 1} e 3 direções <1 1 0> 
12 sistemas de deslizamento (fácil).
– Sistemas de deslizamento (cisalhamento)
A rede cúbica de face centrada (CFC) tem como sistema de deslizamento, 
seu plano compacto {111} e a direção compacta [110]. conforme mostrado 
na figura. Considerando-se os quatro planos da família {111} com três 
direções [110] com cada plano, a rede CFC tem 12 sistemas de deslizamento.
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• Rede CCC:
6 Planos {1 1 0} e 2 direções <1 1 1> 
12 sistemas de deslizamento fácil. 
A Metalurgia da deformação
– Sistemas de deslizamento (cisalhamento)
A rede cúbica de corpo centrado (CCC) não tem planos compactos como no cristal CFC, mas tem uma 
direção compacta, segundo a qual o deslizamento (ou cisalhamcnto) é observado.
Considerando-se a família de seis planos {110} com duas direções compactas <111> em cada, pode-se 
dizer que o cristal cúbico de corpo centrado tem 12 (doze) sistemas de deslizamento (ou cisalhamento).
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• Rede HC:
1 Plano {0 0 0 1} e 3 direções <1 1 -2 0> 
3 sistemas de deslizamento fácil. 
A Metalurgia da deformação
– Sistemas de deslizamento (cisalhamento)
O sistema hexagonal tem um plano compacto em sua base cada
plano basal {0001} tem três direções compactas [ 1120]. Portanto. 
Este sistema apresenta apenas três sistemas de deslizamento do 
tipo {000 1}/[ 1 1 -2 0], confom1e pode ser visto na figura
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» Quinto nível
O deslizamento de discordâncias é o mecanismo de deformação 
plástica mais comum nos materiais metálicos. Os sistemas primários 
de deslizamento de cada estrutura cristalina consistem nos planos 
mais compactos e direções mais compactas pertencentes a estes 
planos. Nos metais cúbicos de faces centradas o número de sistemas 
primários de deslizamento é:
(A) 24
(B) 48
(C) 3
(D) 12
(E) 10
ENGENHEIRO (ENSAIO DE MATERIAIS, SOLDAGEM, TRATAMENTO TÉRMICO)
EXERCÍCIO
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Avaliação: Quais os tipos de solicitações que dependem do Momento 
de Inércia?
Tração :
Compressão: 
Torção:
Cisalhamento:
Flexão:
TIPOS DE ESFORÇOS MECÂNICOS
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» Quinto nível
MÁQUINA DE ENSAIO DE TRAÇÃO
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» Quinto nível
OBTENÇÃO DA CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO
Avaliação: O gráfico carga x deflexão obtido da máquina 
de tração é o mesmo de tensão x deformação
 = Q/So  = l/lo


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» Quinto nível
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA E PLÁSTICA
Tensão
Deformação
Rutura
Escoamento
Região de deformação plástica
Região de
deformação elástica
Tensão de rutura
Tensão de escoamento
Tensão máxima
Limite de resistência à tração = Tensão máxima
Deformação Plástica
Def.
Elástica
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» Quinto nível
Limite de Elasticidade 
Limite de Proporcionalidade 
A
A’
Escoamento
Tensão
Deformação
ε
Sut Limite de Ruptura
Limite de Resistência
Sy
Fase Elástica Fase Plástica
B
C
DIAGRAMA TENSÃO X DEFORMAÇÃO
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• Terceiro nível
– Quarto nível
» Quinto nível
DETERMINAÇÃO DO LIMITE DE ESCOAMENTO
39
Aço de baixo carbono Laminado a quente
LE= Qesc.
So
DIAGRAMA TENSÃO X DEFORMAÇÃO
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– Quarto nível
» Quinto nível
TENSÃO DE ESCOAMENTO OU LIMITE DE ESCOAMENTO
É o valor de tensão para a qual o material inicia a deformação plástica
AVALIAÇÃO: TODOS OS METAIS APRESENTAM PATAMAR DE ESCOAMENTO?
Aços de baixo carbono laminado a quente
Aços de médio carbono
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» Quinto nível
CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO
Tensões  Deformações
 = E
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• Terceiro nível
– Quartonível
» Quinto nível
REGIÃO PLÁSTICA: DEF. ELÁSTICA + DEF. PLÁSTICA 
Calculo:
Deformação elástica máxima sem deformação plástica no aço ASTM A36 
(adm = LE) 
 = E ;  = /E: Dados: LE = 250MPa; E = 210.000MPa
LE = LE/E = 250MPa/210.000MPa = 0,00119  0,12% ou 1,2mm/m
Comportamento  x :
Avaliação: Para a tensão F
Qual a deformação elástica e plástica?
HELMAN H. e CETLIN P. R., Fundamentos da Conformação Mecânica dos Metais, Ed. Guanabara Dois.
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• Terceiro nível
– Quarto nível
» Quinto nível
TENSÃO X DEFORMAÇÃO - ENSAIO DE TRAÇÃO
Estricção 
Região entre B e C:
Instabilidade 
Estricção
Concentração de tensão
Micro poros
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– Quarto nível
» Quinto nível
ENSAIO DE TRAÇÃO - DUCTILIDADE
 A ductilidade é a propriedade física dos materiais de suportar a 
deformação plástica, sob a ação de cargas, sem se romper ou fraturar.
 Cálculo da Ductilidade:
 Pelo Alongamento
 Pela Redução de Área
Obs.: Um material pouco dúctil é dito frágil. 
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– Quarto nível
» Quinto nível
APLICAÇÃO DO ALONGAMENTO
Alongamento: A deformação plástica após a ruptura.
Calcular o alongamento sofrido por um CP de12 mm que, 
submetido a uma força axial de tração, ficou com 13,2 mm de 
comprimento.
• A = l f - l o = 13,2mm – 12mm = 0,1 mm/mm ou 10%
lo 12mm
0,1mm/mm indica que ocorreu uma deformação de 0,1mm 
por 1mm de dimensão do material.
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• Terceiro nível
– Quarto nível
» Quinto nível
A % = 100[comprimento final (lf) – comprimento inicial (l0)]
comprimento inicial (l0)
CÁLCULO DA DUCTILIDADE PELO ALONGAMENTO “A”
A = 2 ½” – 2” =1/2” = 0,5” = 0,25pol/pol ou 25%
2” 2” 2”
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– Quarto nível
» Quinto nível
Cálculo da ductilidade pela Redução de Área ou Estricção
No caso de corpos de prova cilíndricos
S0 = d0
2 e S f = df
2
4 4
R.A. (%) = /4 (d0
2 –df2)100 = (d0
2 – df
2)100
/4.d0
2 d0
2
REDUÇÃO DA ÁREA DA SEÇÃO
R.A.(%) = (S0 – Sf )100
S0
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• Terceiro nível
– Quarto nível
» Quinto nível
Cálculo da ductilidade pela Redução de Área
Método de determinação da estricção em corpos de prova retangulares
Para corpos de prova retangulares, a estricção é medida pela variação das 
dimensões transversais
 = (So – Sf) 100
So
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• Terceiro nível
– Quarto nível
» Quinto nível
CÁLCULOS NO VERGALHÃO CONSTRUÇÃO CIVIL:“lo” E “SO”
49
Peso específico :  = 7,85kg/dm3 = 7,85g/cm3 = 7.85t/m3 = 7850kg/m3
Cálculo de Smédia (mm
2) = Peso (g) x103 (kg/dm3/g/mm3)
comprimento (mm) 7,85kg/dm3
lo = 10 x bitola
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» Quinto nível
Variação das Propriedades Mecânicas com o teor de carbono
50
ENSAIO DE TRAÇÃO
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– Quarto nível
» Quinto nível
ENSAIO DE TRAÇÃO E TRATAMENTOS TERMICOS
51
Tensão
Temperado
Revenido
Recozido
Deformação 
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» Quinto nível
MATRIAIS DÚCTEIS E FRÁGEIS
Alumínio
Cobre
Aços de baixo carbono
Concreto
Ferros fundidos
Dúctil Frágil CONCRETO (Frágil)
Dúctil – alta estricção) 
Frágil – sem estricção) 
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» Quinto nível
ASTM = American Society for Testing and Materials
Fase 
elástica
Fase 
plástica
Fase de 
ruptura
Deformação,  (%)
Te
n
sã
o
, 
(M
P
a)
 
LE
LR
RUP.
Pa
ta
m
ar
 d
e
es
co
am
en
to
En
cr
u
am
en
to
 
Es
tr
ic
çã
o
(i
n
st
ab
ili
d
ad
e)
A min. 20% em 200mm
400-550
Min. 250
CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO
ENSAIO DE TRAÇÃO- AÇO ESTRUTURAL ASTM A 36
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» Quinto nível
AVALIAÇÃO
54
a- Como se determina a Resistência?
b- Como se determina a Rigidez?
c- Como se determina a Ductilidade?
Resp. a) LE = Q/So e LR = Qmáx./So.
b) E = /; onde:  = Q/So e  = l/lo.
c) Alongamento, A(%) = (lf – lo) 100/lo.
LE
LR
A
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» Quinto nível
Ensaio de Tração dos aços conforme a ASTM
Quais os Ensaios de Rotina ?
( ) Limite de Elasticidade
( ) Limite de Proporcionalidade
( ) Limite de Escoamento
( ) Limite de Resistência à Tração
( ) Limite de Ruptura
( ) Alongamento
( ) Rigidez
( ) Resiliência
( ) Tenacidade
ASTM = American Society for Testing and Materials
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– Quarto nível
» Quinto nível
Máquina de Tração - Ensaios de Rotina
( ) Limite de Elasticidade
( ) Limite de Proporcionalidade
( x ) Limite de Escoamento
( x ) Limite de Resistência à Tração
( ) Limite de Ruptura
( x ) Alongamento
( ) Rigidez
( ) Resiliência
( ) Tenacidade
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– Quarto nível
» Quinto nível
AVALIAÇÃO
Qual é a propriedade mecânica no ensaio de 
tração mais fácil de determinar e a mais precisa?
57
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Máquina de Tração Universal
LR = Carga máxima
Área inicial
A Propriedade Mecânica mais rápida,
mais simples e mais precisa de ser 
obtida é o Limite de Resistência à 
Tração
LR


Por que?
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Engineering Stress-Strain Curve
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DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS À TRAÇÃO DE 
MATERIAIS METALICOS NBR- 6152 
60
NA PRÁTICA INGLÊS NBR- 6152
Deslocamento (l) - Alongamento 
Deformação(l/l0) Deformation Alongamento Percentual
Alongamento (A) Elongation Alongamento Percentual após a 
ruptura
Limite de Escoamento (LE) ou r Yield Strength Limite de Escoamento
Limite de Resistência (LR) ou t Tensile
Strength
Limite de Resistência à Tração
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DIMENSIONAMENTO
adm = Tensão admissível (que se admite possível)
PARA ESTRUTURAS METÁLICAS:
ABNT-NBR-8800 Cálculo e execução de estruturas de aço
adm = LE/CS, onde CS (coeficiente de segurança) vale 1,7
adm = LE/1,7 p/ o aço ASTM A36  adm = 250MPa/1,7 = 147MPa 
trabalho   adm
61
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– Quarto nível
» Quinto nível
Para Vasos de Pressão, código ASME-American Society 
of Mechenical Engineens, materiais dúcteis e 
temperaturas dentro da faixa de fluência
Temp. de trabalho ≥ ½ Temp. de fusão do material, o 
menor dos seguintes valores: 
 LR/4 
 LE/1,6 
Tensão que causa uma deformação de 1% em 100.000 h
Turbina a vaporEsfera
TENSÃO ADMISSÍVEL
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» Quinto nível
QUALIDADE ESTRUTURAL NAVAL
SHIPBUILDING STRUCTURAL QUALITY
Aplicadas em estruturas de navios, são chapas de aço especificadas pelo American Bureau of
Shipping, Bureau Veritas, Lloyd’s Register, Germanisgher Lloyd e Det Norke Veritas.
• ESPECIFICAÇÃO FAIXA DE PROPRIEDADESMECÂNICAS / MECHANICAL PROPERTIES
• SPECIFICATION ESPESSURA AL –Elongation Dobramento 
(F)
• THICKNESS LE LR Valor Bend Test
• RANGE Yield Tensile Espessura Medida Min.
• (mm) Strenght Strenght Thickness Gauge Value Diâmetro
• (N/mm2) (N/mm2) (mm) Length (%)
• A-607 50 2,0 < E < 5,0 > 34O > 450 E < 2,46 50 20 2E (T) 
• E > 2,46 22
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» Quinto nível
Diagrama tensão versus 
deformação
com carregamento e 
descarregamento = ?
Efeito do encruamento no limite de 
escoamento de um material metálico
Tensão de Escoamento nos Processos de Conformação
Pag. 63
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• Terceiro nível
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» Quinto nível
Você é uma pessoa resiliente?
Você já se questionou a respeito do seu nível de resiliência? 
Já observou atentamente a sua reação e o seu padrão de 
comportamento diante das dificuldades e das coisas que 
não saem exatamente do jeito que você planejou? 
Talvez essa seja uma boa oportunidade
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» Quinto nível
Detalhe da curva tensão-deformação. 
(a) evidenciando o campo elástico e (b) evidenciando o campo plástico
GRAFÍCO TENSÃO DEFORMAÇÃO
(a) (b)
(RESILIÊNCIA) (TENACIDA)
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» Quinto nível
Avaliação: Qual o melhor material?
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» Quinto nível
68
AVALIAÇÃO:a- Quais os processos de conformação direta?
b- Quais os processos de conformação indireta?
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» Quinto nível
ENSAIO DE TRAÇÃO REAL 
Fig. 4
TENSÕES E DEFORMAÇÕES REAIS
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» Quinto nível
1º) Um arame de comprimento inicial 200,0mm 
é estirado de 20mm; após esta operação, sofre 
outro estiramento adicional de 50mm, obtendo-se 
um valor total de 70mm. 
Calcular  e R para cada etapa de deformação, 
sua soma, e comparar esta soma com valores 
obtidos para a deformação total.
APLICAÇÃO
Nomenclatura:
 = Deformação convencional
R = Deformação Real
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» Quinto nível
conv.  Real l (lo = 200mm)
1 1 = l1/lo
1=20/200
1 = 0,10
R1 = ln l/lo
R1 = ln 220/200
R1 = ln 1,22 = 0,0953
l1 = 20mm
l 2 = 50mm
l total = 70mm
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» Quinto nível
conv.  Real l (lo = 200mm)
1 1 = l1/lo
1=20/200
1 = 0,10
R1 = ln l/lo
R1 = ln 220/200
R1 = ln 1,22 = 0,0953
l1 = 20mm
2 2 = l2/lo +l1
2 = 50/220
2 = 0,22
R2 = ln l/l2 =ln l/lo+l1
R2 = ln 270/220
R2 = ln 1,2272 = 0,2047
l 2 = 50mm
l total = 70mm
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conv.  Real l (lo = 200mm)
1 1 = l1/lo
1=20/200
1 = 0,10
R1 = ln l/lo
R1 = ln 220/200
R1 = ln 1,22 = 0,0953
l1 = 20mm
2 2 = l2/lo +l1
2 = 50/220
2 = 0,22
R2 = ln l/l2 =ln l/lo+l1
R2 = ln 270/220
R2 = ln 1,2272 = 0,2047
l 2 = 50mm
Total total = l total/lo
total = 70/200
total = 0,35
R total = ln l/lo
R total = ln 270/200
R total = ln 1,35 = 0,300
l total = 70mm
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conv.  Real l (lo = 200mm)
1 1 = l1/lo
1=20/200
1 = 0,10
R1 = ln l/lo
R1 = ln 220/200
R1 = ln 1,22 = 0,0953
l1 = 20mm
2 2 = l2/lo +l1
2 = 50/220
2 = 0,22
R2 = ln l/l2 =ln l/lo+l1
R2 = ln 270/220
R2 = ln 1,2272 = 0,2047
l 2 = 50mm
Total total = l total/lo
total = 70/200
total = 0,35
R total = ln l/lo
R total = ln 270/200
R total = ln 1,35 = 0,300
l total = 70mm
t  1 + 2
0,35  0,1 + 0,22
0,35  0,32 
R total = R1 + R2
0,300 = 0,0953 + 0,2047
0,300 = 0,300 
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» Quinto nível
CALCULO DA TENSÃO VERDADEIRA NA REGIÃO PLÁSTICA
Equação de Hollomon
 = k. n
k= coeficiente de resistência
n = coeficiente de encruamento
Equação de Ludwink
 = 0 + k. 
n
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» Quinto nível
ARQUITETURA EM AÇO – PERFIS PARAFUSADOS OU SOLDADOS?
76
Lajes Stell-Deck
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» Quinto nível
DEVER DE CASA: QUAL O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PORCAS E PARAFUSOS?
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» Quinto nível
Conformação Plástica a frio
Temperatura 
de
Recristalização
Conformação Plástica a quente
Temperatura do processo de conformação (°C)
FUNDAMENTOS METALÚRGICOS DA CONFORMAÇÃO PLÁSTICA
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» Quinto nível
CONFORMAÇÃO DE PEÇAS AUTOMOTIVAS
Sem aquecimento
(A frio)
Com aquecimento
(A quente)
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» Quinto nível
TEMPERATURA DE RECRISTALIZAÇÃO
Amolecimento por recristalização. O latão 65 Cu -35 Zn
mais duro e mais encruado recristaliza em temperaturas
mais baixas, com menor energia térmica.
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» Quinto nível
INFLUÊNCIA DO PERCENTUAL DE TRABALHO A FRIO 
NA TEMPERATURA DE RECRISTALIZAÇÃO
Critical
deformation
Percent cold work
R
e
c
ry
ta
li
z
a
ti
o
n
te
m
p
e
ra
tu
re
(°
C
)
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TEMPERATURA DE RECRISTALIZAÇÃO
METAL INICIO DE RECRISTALIZAÇÃO (°C)
Pb, Sn 0
Zn 10
Al, Cu, Au 200
Fe 400
Ni 600
Mo 900
W 1200
Temperatura de forjamento: 
Aço carbono 800°C – 1.100°C
Aço rápido 900°C – 1.100°C
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» Quinto nível
LAMINAÇÃO A QUENTE
LAMINAÇÃO A QUENTE:
Thomologa = Ttrabalho  0,6
Tfusão
D
e
f.
 p
lá
s
ti
c
a
R
e
c
u
p
e
ra
ç
ã
o
 
R
e
c
ri
s
ta
li
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a
ç
ã
o
 
C
re
s
c
im
e
n
to
 
d
e
 g
rã
o
a) Trabalho a frio b) Recuperação c) Recristalização
(0,3 a 0,5Tf) (acima de 0,5Tf)Clique para editar o título mestre
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» Quinto nível
• Para anular os efeitos do encruamento e 
voltar a ter as propriedades anteriores à 
deformação plástica deve-se fazer um 
tratamento térmico chamado de 
recozimento para recristalização que 
possui 3 etapas:
• Recuperação: ocorre um alívio de parte 
das tensões internas.
• Recristalização: (temperatura entre1/3 e 
1/2 da temperatura absoluta de fusão, em 
K ) Nucleiam novos grãos no material com 
a forma anterior à deformação e as 
propriedades mecânicas voltam aos 
valores originais
• Crescimento de grãos: Após a 
recristalização estar completa, os novos 
grãos continuarão a crescer, prejudicando 
as propriedades mecânicas e a resistência 
ao choque
RECUPERAÇÃO, RECRISTALIZAÇÃO E CRESCIMENTO DE GRÃO
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» Quinto nível
CRESCIMENTO DE GRÃO COM O AUMENTO DA TEMPERATURA
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» Quinto nível
DEFORMAÇÕES ACIMA E ABAIXO DA ZONA CRÍTICA
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» Quinto nível
Características:
• Temperatura acima da de recristalização, o material é continuamente 
recristalizado.
• Não ocorre aumento da resistência do material,
podendo-se aplicar grandes níveis de deformação.
CONFORMAÇÃO PLÁSTICA A QUENTE
Vantagens:
• Consumo de energia relativamente baixo.
• Grandes níveis de deformação.
• Granulometria fina e equiaxial.
Desvantagens:
• Controle dimensional e acabamento insatisfatório.
• Perda de material devido à oxidação.
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» Quinto nível
Vantagens:
• Melhor acabamento e dureza superficial.
• Maior precisão dimensional.
Desvantagem:
• Quando o trabalho a frio é excessivo,
o metal se fratura antes de alcançar a 
forma e o tamanho desejados. 
Características:
• Temperatura em torno da ambiente.
• Ocorre aumento da resistência mecânica do
material e diminuição da ductilidade.
CONFORMAÇÃO PLÁSTICA A FRIO
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» Quinto nível
Placas Blocos Tarugos
Chapas
Folhas
Tubos
Perfis Trilhos Barras
Barras
Trefilados
Tubos
LAMINAÇÃO
A
QUENTE
LAMINAÇÃO 
A
FRIO
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» Quinto nível
VARIÁVEIS METALÚRGICAS
MECANISMOS DE ENDURECIMENTO
(Strengthening Mechanisms)
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» Quinto nível
VARIÁVEIS METALÚRGICAS
1- Endurecimento por Solução Sólida
(Sólid-Solition Hardening)
91
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» Quinto nível
VARIÁVEIS METALÚRGICAS
2- Endurecimento por Deformação Plástica a Frio
(Strain Hardening)
92
PR
FA
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» Quinto nível
A taxa ou velocidade de deformação exerce três efeitos principais na 
conformação:
1- A tensão de escoamento do metal aumenta com a taxa de 
deformação;
2- A temperatura do material aumenta devido ao aquecimento 
adiabático;
3- Existe melhor lubrificação na interface metal - ferramenta, desde 
que o filme do lubrificante possa ser mantido.
Por definição, a taxa de deformação ’ é dada por:
EFEITO DA TAXA DE DEFORMAÇÃO
’= d/dt
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» Quinto nível
A tabela abaixo mostra valores típicos de velocidades de 
deformação para diferentes operações de ensaios e 
conformação.
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» Quinto nível
3 - ENDURECIMENTO POR REFINO DE GRÃO (GRAIN REFINING)
• Eq. Hall e Petch
e = 0 + ky.d
-1/2
Onde, e = Limite de Escoamento
0 e ky são constantes do material
d = Diâmetro médio dos grãos em mm.
Obs.: O Refino de Grão aumenta simultaneamente a 
Resistência e a Ductilidade
95
(principal variável metalúrgica)
VARIÁVEIS METALÚRGICAS
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» Quinto nível
TAMANHO DE GRÃO – PRINCIPAL VARIÁVEL METALÚRGICA
MEDIÇÃO DO TAMANHO DE GRÃO (T.G.):
OU
N = 2 n-1 
onde:
N = número de grãos/ pol2 com aumento de 100 vezes
n ou G= número de Tamanho de Grão ASTM (1  n  12)
Determinação do TG através
da análise de imagem
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» Quinto nível
AUSTENITA
MARTENSITA
TRANSFORMAÇÃO 
ALOTRÓPICA COM 
AUMENTO DE VOLUME, 
que leva à concentração de tensões
VARIÁVEIS METALÚRGICAS
Tensão
Temperado
Revenido
Recozido
Deformação 
4 – Endurecimento por reação Martensítica
(MARTENSITE REACTIONS)
de face
centrada 
cubica
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» Quinto nível
5- ENVELHECIMENTO
Endurecimento devido a partículas finas ou Envelhecimento 
(Precipitation Hardening)
Estágios da passagem de uma Discordância
entre duas Partículas de Precipitado
Mecanismo de Orowan para 
a interação de discordâncias 
com partículas incoerentes. 
VARIÁVEIS METALÚRGICAS
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» Quinto nível
ENVELHECIMENTO NA LIGA ALUMÍNIO - COBRE
VARIÁVEIS METALÚRGICAS
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» Quinto nível
DEFORMAÇÕES DOS METAIS
(a) Tração (b) Compressão 
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» Quinto nível
A Metalurgia da Deformação
Deformação: Cisalhamento de planos de maior densidade atômica, segundo 
uma direção compacta
B
A
Sistemas de escorregamento
CFC CCC HC{111} 110
4x3=12 sistemas
{110} 111
6x2=12 sistemas
Plano Basal
{0001} 1120
1x3=3 sistemas
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» Quinto nível
DEFORMAÇÕES DOS METAIS
(a) Tração (b) Compressão 
Metal Tensão máx. teórica
(N/mm2)
Tensão máx. medida
(N/mm2)
Ferro puro 137.900 344
Alumínio puro 34.475 69
Cobre puro 68.950 172
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» Quinto nível
103
PESQUISANDO NO MICROSCÓPIO FOI OBSERVADO IMPERFEIÇÕES 
CRISTALINAS
Prof.: Antonio Fernando de Carvalho MotaMICROSCÓPIO ELETRÔNICO DE TRANSMISSÃO
Defeitos de linhas (discordâncias)
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» Quinto nível
104
IMPERFEIÇÕES CRISTALINAS
Prof.: Antonio Fernando de Carvalho Mota
Auto-intersticialLacunas Intersticial Pequeno
MICROSCÓPIO
DISCORDÂNCIA (“DISLOCATION”) 
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» Quinto nível
DEFEITOS DE LINHA
DISCORDÂNCIAS EM CUNHA OU EM ARESTAS
O circuito não se fecha. 
O vetor necessário para fechar o circuito é o vetor de 
Burgers b, que caracterizaa discordância.
Neste caso b é perpendicular a discordância.
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» Quinto nível
Movimento de Defeito em linha intracristalino responsável 
pela deformação plástica de metais.
MOVIMENTAÇÃO DE DISCORDÂNCIS (ESCORREGAMENTO)
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» Quinto nível
Movimentação de discordâncias
O esforço para arrastar um tapete é menor, 
restringindo-se a região em movimento.
CARACTERÍSTICAS DAS DISCORDÂNCIAS
Análogo a movimentação de uma lagarta
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» Quinto nível
Atração e
aniquilamento
DISCORDÂNCIAS : ESFORÇOS ENVOLVIDOS
Regiões de tração e compressão
ao redor da discordância
Interação entre discordâncias
Repulsão
INTERAÇÕES 
ENTRE 
DISCORDÂNCIAS
Regiões de tração (clara) e
de compressão (escura) em
uma discordância em cunha
Compressão
Tensão 
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» Quinto nível
DISCORDÂNCIA HELICOIDAL OU ESPIRAL
O vetor de Burgers b é paralelo à linha de 
discordância em uma discordância 
em espiral.
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» Quinto nível
FORMAÇÃO DE DISCORDÂNCIA POR CISALHAMENTO
(a) Discordância em Cunha  Movimento na direção da tensão;
(b) Discordância Helicoidal  Movimento normal a direção da tensão; 
(c) Discordância Mista
Direção do movimento
(a) Cunha: Mov. na direção da tensão
(b) Hélicoidal: Mov. normal a direção da tensão
O efeito final é o mesmo
(b) 
(b) 
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» Quinto nível
FORMAÇÃO DE DISCORDÂNCIA POR CISALHAMENTO
(a) (b) (c)
Discordância mista num cristal. 
A discordância, de linha AB, é parafuso no ponto A, à 
esquerda, em que entra no cristal e cunha no ponto 
B, à direita, onde sai do cristal
Deformação Plástica do alumínio –
Estampagem profunda
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» Quinto nível
112
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» Quinto nível
O material deformado a frio apresenta ENCRUAMENTO, 
representado pelo aumento do limite de escoamento.
Descarregamento, obtendo aumento de comprimento 
(deformação plástica) e consequentemente aumento da 
densidade de discordâncias.
Deformação até ~8%, em tração uniaxial
ENSAIO DE TRAÇÃO – LIMITE DE ESCOAMENTO - ENCRUAMENTO
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» Quinto nível
Escoamento descontínuo e “Bandas de Lüders”
Deformação plástica, durante o 
patamar de escoamento descontínuo, 
ocorre em bandas
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» Quinto nível
CARACTERÍSTICAS DAS DISCORDÂNCIAS
Material deformado
 5% da energia é retida na forma de energia de 
deformação associada as discordâncias.
 95% da energia é dissipada na forma de calor.
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» Quinto nível
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA:
Durante a deformação plástica, há 
aumento da densidade de 
discordâncias.
Quanto maior a densidade de 
discordâncias, maior a chance de 
interações entre estas, bloqueando 
seu movimento.
Assim, 
QUANTO MAIOR A 
DEFORMAÇÃO PLÁSTICA 
APLICADA A UM METAL, 
MAIOR A DIFICULDADE EM 
CONTINUAR ESTA 
DEFORMAÇÃO.
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IMPERFEIÇÕES ESTRUTURAIS
Fonte: Prof. Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS
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Densidade de discordância : Comprimento de discordâncias (milimetros)
Volume de material (milimetro3)
Metais recozidos e cuidadosamente preparados: 103 mm-2
Metais altamente deformados: entre 109 e 1.010 mm-2 (1000 km em 1 mm3)
(1 mm3 de Cu apresenta 8.493.1019 átomos)
Metais deformados e submetidos a tratamento térmico:105.106 mm-2
UNIDADE DE DENSIDADE DE DISCORDÂNCIA
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» Quinto nível
O QUE É TENSÃO DE CISALHAMENTO
Tensão de Cisalhamento é uma tensão gerada por forças aplicadas 
em sentidos opostos. A seguir podemos ver um parafuso que foi
Submetido a uma tensão de cisalhamento
O estudo do cisalhamento é de extrema importância, pois envolve 
a segurança da estruturas, por exemplo. É o caso do parafuso 
apresentado acima: o material não foi bem dimensionado para a 
necessidade, ou o material não foi o indicado, por isso sofre o 
cisalhamento e poderia se romper, colocando em risco a estrutura 
que estivesse.
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» Quinto nível
Defeitos Interfaciais: Maclas (twin boundaries)
Uma macla separa duas regiões cristalinas que são, estruturalmente, imagens 
espelhadas uma da outra. Twinning plane
Twinning plane
Twin
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MECANISMOS DE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA
Deformação por 
Maclação
Deformação por 
Discordâncias
Twin
planes
Twin
Slip
plane


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122
ORIGENS DOS TWINS
MACLAS OU CRISTAIS GÊMEOS
O seu aparecimento está geralmente 
associado com a presença de:
- Tensões térmicas e mecânicas
- Impurezas
- Etc.
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» Quinto nível
VARIAÇÕES MICROESTRUTURAIS
Microestrutura de um aço 1020 recozido Aços temperados e revenidos 
O QUE JUSTIFICA A DIFERENÇA DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS?
Como as chapas devem ser adquiridas?
Recozidas, encruadas ou temperadas?
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O “caldo de átomos” Temperatura > 1500o C
SOLIDIFICAÇÃO
Pequenos cristais
começam a solidificar
R
e
sf
ri
am
e
n
to
 
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» Quinto nível
Resfriamento mais lento = Cristais maiores
Grãos ou Cristais solidificados
R
e
sf
ri
am
e
n
to
 
SOLIDIFICAÇÃO
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» Quinto nível
SOLIDIFICAÇÃO - CRISTALIZAÇÃO
EMBRIÕES DA 
FASE SÓLIDA
LÍQUIDO
Nucleação e crescimento de grão
Contornos dos
grãos cristalinos
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» Quinto nível
Os grãos podem ser observados melhor com auxílio de um
microscópio metalográfico.
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» Quinto nível
CONTORNOS DE GRÃOS
Observe a área de desordem na transição de um grão para outro
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» Quinto nível
Ângulo de 
desalinhamento
Ângulo de 
desalinhamento
Alto ângulo
Baixo ângulo
CONTORNO DE GRÃO DE ALTO E BAIXO ÂNGULO ÂNGULO
Ângulos de 
desalinhamento: 
Em função do 
desalinhamento dos planos 
atômicos entre os grãos 
adjacentes, pode-se 
distinguir os contornos de 
grão de baixo e alto ângulo.
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» Quinto nível
AVALIAÇÃO
QUE TIPO DE SOLUÇÃO SÓLIDA 
O CARBONO FORMA COM O FERRO?
FERRITA
Ferro 
AUSTENITA
Ferro 
CFC CCC
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» Quinto nível
LIMITES DE SOLIBILIZAÇÃO
Soluto Solvente Relação de raios Solubilidade máxima
% em peso % atômica
Ni Cu 1,246/1,278 = 0,98 100 100
Al Cu 1,431/1,278 = 1,12 9 19
Ag Cu 1,444/1,278 = 1,14 8 6
Pb Cu 1,750/1,278 = 1,37 nil. nil.
100
50
0
1,0 1,15 1,3S
o
lu
b
il
id
a
d
e
 m
á
x
im
a
,
á
to
m
o
s
 %
Quociente de raios, elemento de liga/cobre
Ni
Pt
Au
Al Ag
Pb
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» Quinto nível
Ouro branco 18K
• Para se obter ouro branco 18K 
Acrescenta-se ao ouro(Au) 24K: 16,66% de paládio(Pd) + 16,66% de prata(Ag) 
• Fonte: Cracco Jóias
Quilatagem Conteúdo de Ouro Pureza
24K 100% 999 mil/milésimos 
18K 75% 750 mil/milésimos
Anel cartier em ouro branco com uma 
pérola branca e 10 pedras abrilhantadas
Ouro puro + prata e cobre = ouro amarelo
Ouro puro + cobre, prata e zinco = ouro vermelho
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» Quinto nível
Ferrita é uma solução sólida do Carbono no Ferro 
na estrutura CCC
FERRITA
Na temperatura ambiente a solubilização do Carbono no Ferro 
é de 1 átomo de Carbono para 108 átomos de Ferro
Qual a maior quantidade 
de Carbono dissolvida 
na Ferrita? 
C
Fe
Soluções sólidas intersticiais Fe-C
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» Quinto nível
AUSTENITA
Austenita é uma solução sólida do Carbono no Ferro 
na estrutura CFC
A 1.147°C a Austenita pode dissolver até 2,14% em peso de 
Carbono (9% em átomos)
Fe
C
Soluções sólidas intersticiais Fe-C
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• Terceiro nível
– Quarto nível
» Quinto nível
CEMENTITA Fe3C
CEMENTITA – composto intermetálico do C no Fe na estrutura 
ortorrômbica.
• Também conhecida como Carbeto de Ferro (Fe3C) tem 6,67%C em peso.
• Estrutura do Carbeto de Ferro (Fe3C): A célula unitária é ortorrômbica, com 
12 átomos de Ferro e 4 átomos de Carbono. 
Composto intermetálico
//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/29/Kristallstruktur_Zementit.png
//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/29/Kristallstruktur_Zementit.png
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• Terceiro nível
– Quarto nível
» Quinto nível
AUSTENITA  PERLITA.
PERLITA = AGREGADO FORMADO POR FERRITA E CEMENTITA.
No digrama de fases a Perlita é composta de 88% de Ferrita
e de 12% de Cementita
DECOMPOSIÇÃO DA AUSTENITA NO PONTO EUTETÓIDE
723 C
o
 + Cementita
 + Cementita
 + 


Teor de Carbono
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» Quinto nível
METALOGRAFIA
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• Terceiro nível
– Quarto nível
» Quinto nível
138
Monocristal e Policristal
Monocristal: Material com apenas uma orientação 
cristalina, ou seja, que contém apenas um grão
Policristal: Material com mais de uma orientação 
cristalina, ou seja, que contém vários grãos
LINGOTE DE ALUMÍNIO POLICRISTALINO
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» Quinto nível
METAIS POLICRISTALINOS
Grãos vistos no Microscópio Ótico
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• Terceiro nível
– Quarto nível
» Quinto nível poros
Fases secundárias
Inclusões
Heterogeneidade
(materiais 
multifásicos)
DEFEITOS EM VOLUME
• Podem ser classificados como poros, fraturas ou inclusões:
• Poros: podem modificar substancialmente as propriedades ópticas, 
mecânicas e térmicas de um material;
• Fraturas: podem afetar as propriedades mecânicas do material;
• Inclusões: podem modificar substancialmente as propriedades 
elétricas, mecânicas e ópticas de um material;