Aços Especiais - Estampagem aços inox

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Prof. Luiz Cláudio Cândido
AÇOS ESPECIAIS – I
(MET 307)
candido@em.ufop.br
 
 
 
 
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO 
Universidade Federal de Ouro Preto 
Escola de Minas – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais 
Grupo de Estudo Sobre Fratura de Materiais 
Telefax: 55 - 31 - 3559.1561 – E-mail: demet@em.ufop.br 
 
 
 
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO 
Universidade Federal de Ouro Preto
Escola de Minas – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
Telefax: 55 - 31 - 3559.1561 – E-mail: demet@em.ufop.br
 
 
 
 
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO 
Universidade Federal de Ouro Preto 
Escola de Minas – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais 
Grupo de Estudo Sobre Fratura de Materiais 
Telefax: 55 - 31 - 3559.1561 – E-mail: demet@em.ufop.br 
 
 
 
ESTAMPAGEM DOS AÇOS INOXIDÁVEIS
O que é a conformação mecânica por ESTAMPAGEM ?
Estampagem é o processo de conformação a frio que imprime sobre uma
chapa plana formas diversas através de deformações plásticas utilizando um
punção, uma matriz e o auxílio de um prensa chapas.
Prensas
Tipos:
Mecânica
Hidraúlica 
Maior estabilidade de processo;
Melhor controle de velocidade;
Melhor distribuição das forças.
Maior velocidade de processo.
Prensas
Tipos:
Duplo efeito Efeito simples 
Sistema único de forças para 
prensa-chapas e punção
Sistemas independente de forças 
para prensa-chapas e punção
Prensas
Sistema de pinos
Utilizados para apoio da matriz;
Contra força do prensa-chapas.
Ferramentas
Matriz: responsável pela deformação da chapa nos
processos de embutimento (repuxo);
Punção: responsável pela condução e pela deformação da
chapa, maior intensidade (estiramento) ou em
menor intensidade (embutimento).
Prensa-chapas: evita a formação de rugas no
embutimento e determina o tipo de estampagem:
embutimento (repuxo) ou estiramento.
Matérias - primas das ferramentas
A escolha do material para confecção das ferramentas utilizadas para estampar os
aços inoxidáveis deve levar em conta:
• as tensões desenvolvidas:
• integridade superficial da peça estampada
• contaminação por partículas ferrosas
alta tenacidade;
alta dureza.
revestimentos.
não utilizar aços ao carbono
• relação custo/benefício.
Materiais e revestimentos recomendados para confecção das ferramentas
MATERIAL TRATAMENTO APLICAÇÃO
Aço ferramenta 
AISI D2
DIN X155CrVMo121 - 1.2379
tratamento por têmpera ( 60 HRC)
revestimento: Nitretação (TiN) via 
processo CVD ( 62 HRC)
punções, matrizes, prensa -
chapas.
boa relação durabilidade/
tenacidade
Aço rápido 
AISI M2
DIN S-6-5-2 - 1.3343
tratamento por têmpera ( 63 HRC)
punções, matrizes, prensa -
chapas.
boa durabilidade - ferramentas
de corte.
Liga bronze alumínio
Ampco 25
dureza média 375 Brinell matrizes.
Fonte: Metal Forming Handboox - Schuler
Matérias - primas das ferramentas
Aços inoxidáveis 
Devido às suas excelentes propriedades; alta resistência mecânica,
alongamento e encruamento, são largamente utilizados em operações de
estampagem profunda.
O que é a conformação mecânica por ESTAMPAGEM ?
1. Conceituar estampagem
2. Modos de deformação
- Estampagem profunda (Embutimento – Repuxo)
- Estiramento
- Combinado (Embutimento + Estiramento)
- Dobramento
D
dp
Embutimento
- DEFORMAÇÃO NO RAIO DA 
MATRIZ
- MENOR VARIAÇÃO POSSÍVEL
DE ESPESSURA
LDR =
D
dp
Hmax = dp/4 [(LDR)
2 -1] 
LDR = Dmax/dp
Sblank = D
2/4
Scopo = dpHmax + dp
2/4
Embutimento
D
dp
Sblank = Scopo
Tipos básicos de estampagem e estados de deformações envolvidos
Disciplina Aços Especiais - Ouro Preto
Alexandre Serrano
Embutimento
Tipos Básicos de Estampagem e Estados de Deformações EnvolvidosTipos Básicos de Estampagem e Estados de Deformações Envolvidos
Tipos básicos de estampagem e estados de deformações envolvidos
No processo de estampagem por embutimento, o blank com dimensões 1 é forçado a passar por
uma abertura, denominada matriz, com dimensões 2, onde 1 > 2, sob a ação de um punção.
Esta condição gera tensões compressivas na região do flange, que atuam no sentido
circunferencial.
No embutimento a conformação mecânica acontece no raio da matriz.
Neste processo são gerados vários estados de tensões/deformações, em função da região da
peça conformada. Estas tensões/deformações são listadas abaixo:
- Flange:
1 = - 1/2 2, onde 2 < 0.
3 = 1 3 > 0
- Raio da matriz:
2 = 0
3 = - 1 3 < 0
- Parede do copo:
1 = -2 2, onde 2 < 0
3 = - 1 3 < 0
- Fundo do copo:
1 = 2, onde 2 > 0
3 = - 2 1 3 < 0
Os estados de deformações acima são determinados a partir do critério de escoamento plástico de
Hill e com base na conservação do volume: 1 + 2 + 3 = 0
Tipos básicos de estampagem e estados de deformações envolvidos
Disciplina Aços Especiais - Ouro Preto
Alexandre Serrano
Embutimento
Tipos Básicos de Estampagem e Estados de Deformações EnvolvidosTipos Básicos de Estampagem e Estados de Deformações Envolvidos
No embutimento deseja-se que ocorra a menor variação possível de espessura.
Como mostrado anteriormente, as deformações envolvidas nos processos de
estampagem por embutimento provocam variações na espessura da chapa,
principalmente nas regiões compreendidas pelo flange e pelo raio da matriz.
Portanto, neste tipo de estampagem objetiva-se trabalhar com materiais que
resistam melhor as deformações na espessura, principalmente quando se visa
uma certa tolerância dimensional neste sentido.
h
Estiramento
- DEFORMAÇÃO NO PUNÇÃO
- REDUÇÃO DE ESPESSURA GENERALIZADA
Tipos básicos de estampagem e estados de deformações envolvidos
Disciplina Aços Especiais - Ouro Preto
Alexandre Serrano
Estiramento
Tipos Básicos de Estampagem e Estados de Deformações EnvolvidosTipos Básicos de Estampagem e Estados de Deformações Envolvidos
- No estiramento deseja-se que o material
distribua as deformações de forma
homogênea, visando retardar ao máximo o
início da estricção.
- Ocorre neste processo um afinamento “acelerado” da espessura, o que 
torna um dos estados mais agressivos de conformação.
Tipos básicos de estampagem e estados de deformações envolvidos
No processo de estampagem por estiramento a deformação ocorre no punção.
Geralmente neste caso não há a presença da matriz.
Devido à atuação de tensões e deformações puramente trativas, o que ocorre é o
aumento da área superficial da peça.
O estado de deformações aqui envolvido é o de tração biaxial:
1 = 2, onde 2 > 0
3 = - 2 1 3 < 0
No estado biaxial de tração o corre o afinamento “acelerado” da espessura, o que o
torna um dos estados mais agressivos de conformação.
Embutimento x Estiramento
Ensaios para caracterizar a estampabilidade
Disciplina Aços Especiais - Ouro Preto
Alexandre Serrano
Ensaios para Caracterizar a Ensaios para Caracterizar a EstampabilidadeEstampabilidade
Ensaio SWIFT ou LDREnsaio SWIFT ou LDR
O ensaio Swift simula o estado de tensões do embutimento. 
- Blanks com diâmetros variados e diâmetro de punção fixo 
(dp= 33 mm ou 50mm).
- Rompimento antes de completar o embutimento.
- O resultado é o LDR (Limit Drawing Ratio).
Ensaios para caracterizar a estampabilidade
Este ensaio foi desenvolvido por H. W. Swift em 1951, para estudar o comportamento
de chapas metálicas no embutimento puro.
Este ensaio consiste em estampar blanks circulares com diâmetros conhecidos e
crescentes, utilizando punção cilíndrico com diâmetro fixo, geralmente
33 mm ou 50 mm.
É aplicada uma força de prensa - chapas suficiente para contrapor às tensões
compressivas que atuam no flange no sentido circunferencial, evitando a formação de
rugas nesta região.
Por outro lado, a força exercida pelo prensa - chapas não pode reter a chapa durante a
estampagem, pois neste caso poderá provocar um estiramento excessivo da mesma,
conduzindo à ruptura prematura do copo estampado. Tal fato pode levar à obtenção de
valores falsos.
Ajustada a carga do prensa - chapas, o ensaio prossegue estampando os blanks
circulares até o máximo diâmetro onde é possívelobter o copo cilíndrico sem ruptura.
A partir deste diâmetro calcula-se o valor do LDR, cicla em inglês para a Razão Limite
de Embutimento (Limit Drawing Ratio), através da seguinte razão:
LDR = blank/ punção
Fo
rç
a d
o p
un
çã
o (
KN
)
70
60
50
40
70 80 9060
Diâmetro do esboço d (mm)
dp=33 mm
d = 55
+
d = 62,5
+
d = 70
+
d =80
+
d = 90
+
65,6
Fracasso
Sucesso
LDRc=
65,6
33
= 1,99 
LDR =
62,5
33
= 1,89 
Propriedades de Estampagem
Ensaios para Caracterizar a Estampabilidade
Ensaio SWIFT ou LDR
Derivações do ensaio Swift: 
# LDR;
# razão limite de reestampagem (LRR) – estampagem multi-estágios;
# grau de orelhamento;
# ensaio de trincamento posterior;
# ensaio com punção semi-esférico (embutimento + estiramento)
- Avalia o comportamento do material quando submetido ao
estado de estiramento bi-axial.
- Os corpos-de-provas são blanks de 150 mm x 150 mm
(prática “ACESITA”), com dp = 20 mm
- O Índice Erichsen (IE) é dado pela máxima profundidade
conseguida à estricção/ ruptura.
Ensaios para Caracterizar a Estampabilidade
Ensaio ERICHSEN
O ensaio Erichsen é o único ensaio de estampagem normatizado
(DIN 50 101).
Neste ensaio a chapa é submetida ao estado bi-axial de deformações, devido à ação da
geometria esférica do punção e à força aplicada pelo prensa-chapas, que neste caso
desempenha a função de reter o movimento da chapa.
h
Ensaio ERICHSEN
Propriedades de Estampagem
Ensaio Nakazima: para caracterizar a estampabilidade
Representação esquemática do ensaio Nakazima.
Utilizam-se várias chapas de mesmo comprimento e mesma espessura, contudo, com
larguras diferentes. O punção é circular e forrado com borracha, para que esta atue
como lubrificante.
Mede-se a profundidade do copo no início da estricção.
Após o ensaio de várias chapas, obtém-se um ábaco profundidade do copo na estricção
versus largura do CP.
Este ensaio não é padronizado pelas normas internacionais e sua variante é a Curva
Limite de Conformação (CLC).
Ensaio Nakazima: corpos-de-prova
Parte da série de CPs de Nakazima.
CPs: comprimento = 220mm; larguras = 220; 175; 160; 140; 130; 120; 
110; 80 e 50mm.
Ensaios de estampabilidade: representação esquemática dos principais
ensaios de fabricação
Ensaios de estampabilidade: tipos de ensaios de estampagem
(embutimento)
Ensaios de estampabilidade: Desenho esquemático de ferramental utilizado
para o estiramento de chapas finas
Ensaios de estampabilidade: Tipos de deformação que ocorrem na estampagem profunda
Ensaios de estampabilidade: Tipos de esforços envolvidos na estampagem
profunda
Ensaios de estampabilidade: Blank e copo após a estampagem
Ensaios de estampabilidade: Curva Limite de Conformação (CLC) ou
Diagrama Limite de Conformação (DLC)
Tem a vantagem de, em um único resultado, avaliar a conformabilidade do material,
tanto quando está sujeito a carregamentos de embutimento quanto quando está
submetido a carregamentos de estiramento.
A CLC é um diagrama empiricamente construído, para descrever o lugar geométrico
das deformações principais críticas, para as quais a estricção altamente localizada se
torna visível ou ocorre a fratura, traçando-se curvas da maior deformação principal ( 1)
versus a menor deformação principal ( 2), medidas na superfície da chapa ensaiada.
A Norma ASTM A568-74, em seu apêndice X6, trata da medição de deformações
principais 1 e 2, e levantamento da CLC.
Seu estudo foi introduzido por Keeler (lado relativo ao estado de embutimento) e por
Goodwin (lado relativo ao estado de estiramento).
Ensaios de estampabilidade: Curva Limite de Conformação (CLC) ou
Diagrama Limite de Conformação (DLC)
Após a preparação dos CPs, os mesmos são gravados com uma rede de círculos
entrelaçados, com diâmetro preciso de, por exemplo, 5,0mm.
Rede de círculos impressa na chapa, para medição de deformações no levantamento da CLC.
A gravação é feita com um marcador eletrolítico, onde o processo consiste basicamente
de:
- uma almofada ou um rolete é saturado com um eletrólito apropriado. Um cabo de um
transformador de 10 a 50A é ligado ao blanck e o segundo cabo é ligado à almofada,
com o eletrólito. Sobre o blanck a ser marcado, coloca-se a rede de círculos (feita em
um tecido especial, de fibras não orientadas). Aplica-se, então, uma pressão adequada
no rolete, por um tempo mínimo necessário para que ocorra impressão nítida dos
círculos.
Ensaios de estampabilidade: Curva Limite de Conformação (CLC) –
realização do ensaio em prensa e medições
das deformações principais
Utilizam-se conjuntos punção-matriz adequados, recomendados por fabricantes, tais
como Erichsen. Por exemplo, um punção hemisférico, com raio de 50mm; raio de
concordância do prensa-chapas igual a 10mm; diâmetro da abertura da matriz igual a
106mm.
Círculos deformados, após a conformação para levantamento da CLC.
A carga dada no anel de fixação varia entre 50 e 200kN, função do CP que está sendo
ensaiado (50kN para os CPs mais estreitos – simuladores de condições próximas de
estampagem profunda –; 200kN para os CPs mais largos – simuladores de condições
próximas do estiramento biaxial puro).
Após o início da estricção, o ensaio é paralisado. A rede de círculos deforma-se,
convertendo-se em uma rede de elípses, função do estado de deformação dado.
Ensaios de estampabilidade: Curva Limite de Conformação (CLC) –
realização do ensaio em prensa e medições
das deformações principais
Nota-se em que as duas deformações principais são
positivas (situação a), induzidas por pressão do prensa-
chapas em toda a borda do blank (situação mais
próxima do estiramento), e o caso onde uma
deformação é positiva e outra negativa (situação b),
conseguida via um formato adequado do CP,
permitindo que a pressão do prensa-chapas seja
somente em uma parte do blank, com maior
concentração de tensões na região central do CP.(a) (b)
Com um leitor ótico ou qualquer outro mecanismo adequado, fazem-se as leituras dos
eixos maior e menor das elipses mais próximas possíveis dos círculos que apresentam a
estricção insipiente (nunca se mede o círculo estriccionado).
A seguir, fazem-se os cálculos das deformações principais maior e menor, “plotando-se”
os seus valores em um gráfico 1 e 2.
Os deformados como na situação (a) situar-se-ão do lado esquerdo da CLC e aqueles
como os da situação (b) ficarão do lado direito da CLC.
Ensaios de estampabilidade: Curva Limite de Conformação (CLC) – sistema de
medição das deformações principais
Ensaios de estampabilidade: CLC
Ensaios de estampabilidade: CLC
Ensaios de estampabilidade: Exemplo de CLC
Ensaios de estampabilidade: Utilização da CLC
Uma vez levantada a CLC, os seus resultados de deformações principais limites são
comparados com as deformações principais – medidas de forma análoga à que é feita
quando do levantamento da CLC – sofridas em pontos críticos da peça estampada com
o metal em estudo (frente máxima de deformação).
Pode ficar evidente, através da CLC juntamente com a frente máxima de deformação
do material, que combinações de deformações principais tais como 50% x 30% são
viáveis, enquanto que combinações tais como 30% x 0% levam a ruptura em prensa.
Isto permite diagnosticar:
- efeitos da lubrificação e/ou rugosidade do material sobre as condições de estampagem;
- possíveis excessos de pressão no prensa-chapas, na fabricação da peça.
Ensaios de estampabilidade: Fatores que afetam a CLC
- Coeficiente de encruamento (n)
- Coeficiente de sensibilidade à taxa de deformação (m)
- Coeficiente de anisotropia (r)
- Espessura e orientação
- Efeitos geométricos
- Atrito
- Inclusões, impurezas e composição química
- Caminho da deformação
- Revestimentos
Ensaios de estampabilidade: Fatores que afetam a CLC
Em operações complexas de estampagem, a deformação pode variar de um estado de
estiramento puro até um estado de embutimento puro.
Pode-se descrever o caminho da deformação pela razão:
= 2 / 1 
Então, para tração biaxial,= 1; para deformação planar, = 0. 
- Caminho da deformação:
Verifica-se que 80% das peças em operações reais de estampagem falham em condições
próximas de = 0.
Ensaios de estampabilidade: Fatores que afetam a CLC
Análise de falha em uma peça automotiva.
- Caminho da deformação (exemplo):
Se ocorrer uma tração uniaxial e anteceder a uma tração biaxial ( = 0), há um
abaixamento da CLC (efeito deletério).
Ensaios de estampabilidade: Fatores que afetam a CLC
- Revestimentos
Há a tendência do filme de revestimento trincar-se sob carregamento biaxial, formando
blocos, esfoliação ou pó de partículas de Zn.
1. Conceituar estampagem
2. Modos de deformação
3. Aços inoxidáveis na estampagem
Ligas dos aços inoxidáveis para Estampagem
Base
Fe11Cr 
0,05C
P430E 
Estampagem 
Profunda
+0,4Nb
-C+0,2Ti
P409A
Conformação 
solda
Estabilizado - Baixo (C+N)
E
s
t
a
m
p
a
g
e
m
 
p
r
o
d
u
n
d
a
P304B +1Ni
P444A 
solda 
corrosão
+0,5Cr2Mo
0,1Ti
P430H 
Estampagem
P441A 
fluência 
solda+2Cr0,1Ti 0,5Nb
P439A 
Estampagem 
solda+1Cr0,2Ti 0,2Nb
-1,5Ni
P304S
P304N
+1,5Cu
P202A
-2,5Ni7Mn
Austeníticos (Cr,Ni,Cu,Mn,N)
Ferríticos (Cr,Ti,Nb,Mo)
Cr
P430A 
Fe16Cr
+5Cr
P304A 
Fe18Cr8Ni
+2Cr8Ni
Arranjo estrutural: Cubo Corpo Centrado
 aptidão aos processos de embutimento (repuxo);
 fragilidade devido a temperatura transição dúctil/frágil.
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Aços inoxidáveis ferríticos
 sensível ao aparecimento de “Linhas de Luders”;
 sensível ao surgimento do estriamento (“ridging”);
 magnético;
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Os aços inoxidáveis ferríticos apresentam o arranjo cristalino do tipo cubo corpo
centrado, ou CCC, o que confere a estes aços uma dependência da textura
cristalográfica para se deformarem. Esta dependência fica evidente para o
comportamento nos processos de estampagem onde há o predomínio do embutimento.
A condição da textura cristalina dos aços inoxidáveis ferríticos pode ser rapidamente
avaliada através dos valores das anisotropias normal e planar determinadas nos
ensaios de tração.
Ressalta-se que a determinação da textura cristalina é feita através dos métodos de
difratometria por raios X.
Para o embutimento deseja-se que a textura cristalina seja do tipo {111} <110> (fibra ).
Ou seja, que os planos da família {111} sejam paralelos ao plano da chapa e as
direções <110> coincidentes com a direção de laminação.
Este tipo de textura promove elevados valores de Rn (coeficiente de anisotropia normal).
Características dos Aços Inoxidáveis Para a Estampagem
Aços inoxidáveis ferríticos
Arranjo estrutural: Cubo Corpo Centrado
 aptidão aos processos de embutimento (repuxo)
 desenvolve textura cristalográfica favorável
{111} // DN
 Elevados valores de anisotropia normal
4
2 90450 rrrRn
Anisotropia e deformação plástica dos aços inox ferríticos
Anisotropia e deformação plástica dos aços inox ferríticos
Cálculo de Rn e ∆R:
Rn =
Propriedades Mecânicas
Anisotropia planar:
∆R = ( RDL - 2R45 + RDT ) / 2
Anisotropia normal:
Rn = ( RDL + 2R45 + RDT ) / 4
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Disciplina Aços Especiais - Ouro Preto
Alexandre Serrano
Características dos Aços Inoxidáveis Para a EstampagemCaracterísticas dos Aços Inoxidáveis Para a Estampagem
Rn
Disciplina Aços Especiais - Ouro Preto
Alexandre Serrano
Características dos Aços Inoxidáveis Para a EstampagemCaracterísticas dos Aços Inoxidáveis Para a Estampagem
Aços inoxidáveis ferríticosAços inoxidáveis ferríticos
Sensibilidade à formação de estrias
- Linhas que aparecem no processo
de estampagem.
- Sempre ocorrem no sentido de 
laminação.
- Proporcionais ao grau de deformação.
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
As estrias são pequenas ondulações, alongadas, que surgem no sentido de laminação
da chapa quando esta é submetida a algum processo de conformação.
O surgimento das estrias nos aços inoxidáveis ferríticos, se deve à heterogeneidade da
textura cristalográfica destes materiais, que provoca uma heterogeneidade no
comportamento mecânico.
As estrias ocorrem com maior freqüência nos aços inoxidáveis ferríticos não
estabilizados, como o do tipo AISI 430. As ligas ferríticas estabilizadas estão menos
propensas a este tipo de fenômeno.
Disciplina Aços Especiais - Ouro Preto
Alexandre Serrano
Características dos Aços Inoxidáveis Para a EstampagemCaracterísticas dos Aços Inoxidáveis Para a Estampagem
Aços inoxidáveis ferríticosAços inoxidáveis ferríticos
Sensibilidade à formação de estrias
- Linhas que aparecem no processo
de estampagem.
- Sempre ocorrem no sentido de 
laminação.
- Proporcionais ao grau de deformação.
Disciplina Aços Especiais - Ouro Preto
Alexandre Serrano
Características dos Aços Inoxidáveis Para a EstampagemCaracterísticas dos Aços Inoxidáveis Para a Estampagem
Aços inoxidáveis ferríticosAços inoxidáveis ferríticos
Sensibilidade à formação das linhas de Lüders
- Ocorrem a baixas deformações em
aços não estabilizados.
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Na condição recozida, os aços inoxidáveis ferríticos não estabilizados, apresentam
uma curva tensão x deformação atípica e incomum (curvas similares às dos aços baixo
carbono), onde nota-se uma discontinuidade na transição entre os regimes elástico e
plástico. Esta descontinuidade é caracterizada pela propagação de instabilidades
plásticas chamadas Bandas ou Linhas de Lüders. Esta propagação causa um trecho de
deformação heterogênea no qual a tensão não apresenta variação apreciável.
Na estampagem, este defeito apresenta-se sob a forma de deformações plásticas na
superfície da peça.
No caso dos aços ferríticos não estabilizados, este problema é contornado através de
um leve passe de laminação, denominado skin pass, após o recozimento final.
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Disciplina Aços Especiais - Ouro Preto
Alexandre Serrano
Características dos Aços Inoxidáveis Para a EstampagemCaracterísticas dos Aços Inoxidáveis Para a Estampagem
Aços inoxidáveis austeníticosAços inoxidáveis austeníticos
Arranjo estrutural:Cubo Face Centrada
 grande capacidade de deformação;
 aptidão em distribuir as deformações;
 grande capacidade de encruamento;
 não magnético (quando não deformado);
 Transformação martensítica
 sensível ao efeito de tensões internas residuais – “season cracking”.
Disciplina Aços Especiais - Ouro Preto
Alexandre Serrano
Características dos Aços Inoxidáveis Para a EstampagemCaracterísticas dos Aços Inoxidáveis Para a Estampagem
Aços inoxidáveis austeníticosAços inoxidáveis austeníticos
Transformação Martensítica
Deformação a frio Alterações na estrutura Formação martensítica
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Os aços inoxidáveis austeníticos, quando submetidos a algum tipo de conformação a
frio, tem a capacidade de “alterar”a sua estrutura cristalina, promovendo a formação de
uma estrutura martensítica.
Esta alteração estrutural promove o excelente desempenho destes aços nos processos
de estampagem, principalmente naqueles processos onde há o predomínio do
estiramento.
Porém, os aços inoxidáveis austeníticos também apresentam bom comportamento na
estampagem por embutimento, mesmo não apresentando uma textura cristalográfica
favorável. Neste caso, ao contrário dos aços inoxidáveis ferríticos, a transformação
martensítica que rege tal comportamento.
As peças estampadas em aço inoxidável austenítico, via o processo de embutimento,
sofrem uma variação significativa na sua espessura.
Teoria da deformação plástica de uma estrutura austenítica
A
B
A
B
- As lacunas na seqüência de empilhamentosão denominadas Falhas de Empilhamento.
A
B
C
A
B
C
- As falhas estão presentes na estrutura dos materiais recozidos, porém são intensificadas
durante a deformação a frio.
- As falhas influenciam o deslocamento das discordâncias afetam o encruamento dos materiais.
Energia de falha de 
empilhamento
Alterações na estruturaTransformação martensítica
Teoria da deformação plástica de uma estrutura austenítica
Disciplina Aços Especiais - Ouro Preto
Alexandre Serrano
Características dos Aços Inoxidáveis Para a EstampagemCaracterísticas dos Aços Inoxidáveis Para a Estampagem
Aços inoxidáveis austeníticosAços inoxidáveis austeníticos
Transformação Martensítica
Energia de falha de 
empilhamento
Alterações na estruturaTransformação martensítica
Teoria da deformação plástica de uma estrutura austenítica
A transformação martensítica ocorre durante a deformação plástica e são típicas nos
arranjos cristalinos cubo face centrada e hexagonal compacta, devido à presença
das falhas de empilhamento.
As falhas de empilhamento fazem com que as linhas de deformação (discordâncias)
alterem a seqüência de empilhamento, criando sub arranjos do tipo HC e CCC no
interior da estrutura CFC. Estes sub arranjos dão origem a outras fases, que no caso
dos aços inoxidáveis austeníticos, é a martensita induzida por deformação a frio.
A transformação martensitica depende diretamente da energia de falha de
empilhamento. Ou seja, quanto menor for a energia de falha de empilhamento maior
será a transformação martensítica durante a deformação a frio.
Por outro lado, se a energia de falha de empilhamento for elevada menor será a
transformação martensítica, pois neste caso haverá uma “resistência” à dissociação
das discordâncias em discordâncias parciais.
A intensidade da energia de falha de empilhamento (em função da composição
química) é que determina a condição de estabilidade da austenita (propensão à
transformação em martensita).
Aços inoxidáveis austeníticos
Variáveis que afetam a transformação martensítica
Estabilidade da liga
A estabilidade da liga austenítica depende diretamente da composição química
 O efeito dos elementos de liga é evidenciado pela seguinte fórmula:
Md30 = 551 - 462 (C+N) - 9,2 (Si) - 8,1 (Mn) - 13,7 (Cr) - 29 (Ni + Cu) - 18,5 (Mo) - 68 (Nb) - 1,4 (TG ASTM - 8)
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Alguns elementos como o C, N, Ni, Mn e o Cu têm o poder de aumentar a energia de
falha de empilhamento. Em outras palavras, estes elementos têm a capacidade de
estabilizar a austenita.
O efeito estabilizante dos elementos de ligas pode ser razoavelmente previsto pela
determinação do Md30, cujo significado é:
“Md30 é a temperatura na qual, para 30% de deformação, 50% da estrutura
austenítica estará transformada em martensita”.
Quanto maior os teores dos elementos de liga presentes na austenita, menor será a
temperatura Md30.
Aços inoxidáveis austeníticos
Temperatura de processo
Variáveis que afetam a transformação martensítica
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Para uma mesma liga (neste exemplo trata-se de uma liga 18/8), submetida à
deformação em diferentes temperaturas, observa-se que há uma variação na
estabilidade da liga. Segundo a literatura, isto se deve à variação da energia de falha
de empilhamento com a temperatura, que é aproximadamente linear.
Como observado, e generalizando, para maiores temperaturas as ligas austeníticas
comportam-se como ligas estáveis, enquanto que para menores temperaturas estas
apresentam um comportamento instável.
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
A quantidade de martensita formada em uma liga austenítica, durante o trabalho a frio,
está diretamente associada à quantidade de deformação, ou melhor, à taxa de
deformação e ao modo de deformação.
Nos processos de estampagem com predomínio do estiramento, foi visto que o estado
de deformação é o estiramento bi-axial, o qual é uma condição de deformação
“agressiva” já que provoca grande redução de espessura. Para que uma liga austenítica
suporte tal condição é necessário que uma grande quantidade de martensita seja
formada e que ao mesmo tempo acompanhe a taxa de deformação.
Por outro lado, no embutimento foi visto que existem dois estados principais de
deformação, o compressivo no flange e o dobramento sob tração no raio da matriz.
Nestas condições há uma menor formação de martensita no flange devido à condição
mais branda de deformação, enquanto que no raio da matriz a condição se assemelha
ao que ocorre no estiramento.
De um modo geral, a quantidade de martensita formada no embutimento é menor
comparada à quantidade formada no estiramento.
Na prática industrial da estampagem, para os processos onde predomina o
estiramento, geralmente, são utilizadas ligas austeníticas de menor estabilidade;
enquanto que no embutimento recomendam-se ligas mais estáveis.
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Disciplina Aços Especiais - Ouro Preto
Alexandre Serrano
Características dos Aços Inoxidáveis Para a EstampagemCaracterísticas dos Aços Inoxidáveis Para a Estampagem
Aços inoxidáveis austeníticosAços inoxidáveis austeníticos
Arranjo estrutural:Cubo Face Centrada
 grande capacidade de deformação;
 aptidão em distribuir as deformações;
 grande capacidade de encruamento;
 não magnético (quando não deformado);
Transformação martensítica
Sensibilidade ao fenômeno “Delayed cracking” (trinca após a estampagem).
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Aços inoxidáveis austeníticos
Transformação Martensítica - modos de deformações
(a) estiramento; 
(b) embutimento (repuxo).
Multiestágio
Estampagem reversa
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Aços inoxidáveis austeníticos
Fenômeno “Season cracking” ou Trinca Posterior a Estampagem
Trincas que ocorrem algum tempo após
à estampagem.
Principais causas:
a) intensidade da deformação;
b) intensidade da formação de martensita;
c) tensões internas geradas pela formação
da martensita.
Como evitar:
 estampar multiestágios;
 recozimento após estampagem;
 deixar flange;
 utilizar ligas estabilizadas.
Características dos aços inoxidáveis para a estampagemCaracterísticas dos aços inoxidáveis para a estampagem
O fenômeno delayed cracking ocorre horas ou dias após a estampagem de peças
via o processo de embutimento.
Este fenômeno está diretamento ligado à transformação martensítica. Ou seja,
durante o embutimento a martensita gerada, principalmente ao final do processo,
gera tensões internas que, de alguma maneira, não são absorvidas pela estrutura. O
modo de alívio encontrado pela liga é a ruptura, que se inicia na borda da peça e
caminha em direção ao seu interior.
Este fenômeno depende da quantidade e da taxa de formação da martensita.
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Aços inoxidáveis austeníticos
Sensibilidade ao Fenômeno Casca de Laranja
Grãos grosseiros ASTM < 7;
A intensidade proporcional à deformação;
Características dos aços inoxidáveis para a estampagem
Aços inoxidáveis austeníticos
Sensibilidade ao Fenômeno Casca de Laranja
O fenômeno denominado casca de laranja é um defeito superficial o qual é
ocasionado pela deformação plástica dos grãos da superfície.
A presença de grãos grosseiros (TG ASTM < 7) na estrutura, leva à observação de
uma heterogeneidade na distribuição dos tamanhos de grão, onde num mesmo
campo é possível encontrar grão ASTM 9 até grãos ASTM 6 ou até mesmo 5.
Durante a deformação a frio os grãos deformam-se, plasticamente, de maneira
diferenciada levando ao “afloramento”dos grãos maiores na superfície da chapa,
provocando um aspecto áspero como ao de uma laranja.
Propriedades Mecânicas
Aços Inoxidáveis - Valores típicos
(Ensaios de: tração e estampagem)
< Resultados de tração no sentido transversal >
495 335 28 16430 1.090.58 8,3 1.95
630 295 55 48.5 1.00 -0.20304 12.3 1.95
AISI LR LE
%
(50)
A r I E LDR
MPa % % - -Unidades mm -MPa
r
485 305 31 20439 1,53 0.12 9.5 2.10
LR - limite de resistência
LE - limite de escoamento
% - alongamento percentual
r - coeficiente de anisotropia normal
r - coeficiente de anisotropia planar 
A - estricção
IE - índice de estiramento (Erickson)
LDR - razão limite de estampagem
Fatores que determinam a estampabilidade de um aço
1 - Composição química;
2 - Microestrutura;
3 - Capacidade de encruamento;
4 - Textura;
5 - Condições superficiais.
Fatores que determinam a estampabilidade de um aço
Resumo:
a) Composição química:
- nos aços inoxidáveis ferríticos a composição química influencia na estabilidade da
liga, por conseqüência na formação da textura favorável à estampagem, na redução
do estriamento e na eliminação do patamar de escoamento;
- nos aços inoxidáveis austeníticos a composição química influencia principalmente na
estabilidade da austenita, ou seja, na “resistência” à transformação martensítica;
b) Microestrutura: refere-se principalmente aos efeitos do tamanho dos grãos. Uma
estrutura muito refinada pode reduzir a capacidade de encruamento durante o
trabalho a frio. Nos aços inoxidáveis austeníticos, quando grosseiros, os grãos
provocam o defeito conhecido como casca de laranja;
c) Capacidade de encruamento durante o trabalho a frio: está diretamente ligada à
composição química e ao tamanho de grão, e no caso dos aços inoxidáveis
austeníticos está ligada, também, à transformação martensítica;
d) Textura: para os aços inoxidáveis ferríticos é a textura que rege o comportamento
das ligas nos processos de estampagem por embutimento;
e) Condições superficiais: as condições superficiais impactam principalmente sobre as
práticas de lubrificação e sobre as condições de atrito entre as superfícies da chapa
e as superfícies das ferramentas (prensa-chapas, matriz e punção).