Conformação Mecânica - Introdução

Objetivos

Compreender conformação mecânica e metalúrgica dos metais, suas aplicações e classificação.
Diferenciar trabalho mecânico a frio do a quente, suas vantagens e desvantagens

Conceito

Entende-se como conformação dos metais a modificação de um corpo metálico para outra forma definida.

Os processos de conformação podem ser divididos em dois grupo: processos mecânicos, nos quais as modificações de forma são provocadas pela aplicação de tensões externas, e processos metalúrgicos, nos quais as modificações de forma estão relacionadas com altas temperaturas.

Os processos mecânicos são constituídos pelos processos de conformação plástica, para os quais as tensões aplicadas são geralmente inferiores ao limite de resistência à tração, e pelos processos de conformação por usinagem, para os quais as tensões aplicadas são sempre superiores ao limite mencionado. A forma final, portanto, é obtida por retirada de material. Esses processos são também denominados "Processos de Conformação Mecânica" pela sua natureza.

Os processos metalúrgicos subdividem0se em conformação por solidificação, para os quais a temperatura adotada é superior à temperatura de fusão do metal, e a forma final é obtida pela transformação líquido-sólido, e conformação por sinterização, em que a temperatura de processamento é inferior ao ponto de fusão do metal (metalurgia do pó).

Classificação geral da conformação dos metais

A Figura 1.1 apresenta um quadro geral da classificação dos processos de conformação.

osso estudo será intensificado nos processos de conformação plástica porque mais de 80% de todos os produtos metálicos produzidos são submetidos, em um ou  mais estágios, a tais processos. Os processos de conformação plástica dos metais permitem a obtenção de peças em estado sólido, com características controladas, através da aplicação de esforços mecânicos em corpos metálicos iniciais que mantêm o seu volume constante. De uma forma resumida, os objetivos desses processos são a obtenção de produtos finais com especificação de:

* Dimensão e forma.
* Propriedades Mecânicas.
* Condições Superficiais.

Os processos de conformação plástica podem ser classificados de acordo com vários critérios:

* Tipo de esforço predominante.
* temperatura de trabalho.
* Forma do material trabalhado ou do produto final.
* Tamanho da região de deformação (localizada ou geral).
* Tipo de fluxo do material (estacionário ou intermitente).
* Tipo de produto obtido (semiacabado ou acabado).

Figura 1.1: Quadro geral de classficação dos processos de conformação dos metais
Fonte: Adaptado de Garcia, 2000

Classificação quanto ao tipo de esforço predominante

Os processos de conformação podem ser classificados de acordo com o tipo de esforço predominante em:

* Processo de conformação por compressão direta.
* Processo de conformação por compressão indireta.
* Processo de conformação por tração.
* Processo de conformação por cisalhamento.
* Processo de conformação por flexão.

Nos processos de conformação por compressão direta, predomina a solicitação externa por compressão sobre a peça de trabalho a exemplo do forjamento e da laminação.
Nos processos de conformação por compressão indireta, as forças externas aplicadas sobre a peça podem ser tanto de tração como de compressão, mas as que efetivamente provocam a conformação plástica do metal são as de cmpressão indireta desenvolvidas pela reação da matriz sobre a peça, a exemplo do trefilamento, da extrusão e da estampagem profunda.

O principal exemplo de processo de conformação por tração é o estiramento de chapas em que a peça toma a forma da matriz pela aplicação de forças de tração em suas extremidades.
Os processos de conformação por cisalhamento envolvem forças cisalhantes suficientes para romper o metal no seu plano de cisalhamento. Os melhores exemplos desse tipo de processo são a torção de barras e o corte de chapas.

Nos processos de formação por flexão, as modificações de forma são obtidas mediante a aplicaçaõ de um momento fletor a exemplo do dobramento de chapas e das tiras dobradas.

Quanto à temperatura de Trabalho

Em relação à temperatura de trabalho, os processos de conformação podem ser classificados em processos com traablho mecânico a frio e com trabalho mecânico a quente. Quanto a temperatura de trabalho é maior que a temperatura que procova a recristalização do metal, o processo é denominado como trabalho a quente e, abaixo dessa temperatura, o trabalho é denominado como a frio.
No trabalho mecânico a frio, provoca-se o aparecimento do metal do chamado efeito de encruamento, ou seja, o aumento da resistência mecânica com a deformação plástica. O trabalho mecânico a frio permite aumentar a resistência mecânica de certos metais não-ferrosos que não são endurecíveis por tratamentos térmicos.

No trabalho mecânico a quente, a deformação plástica é realizada numa faixa de temperatura, e durante um determinado tempo em que o encruamento é eliminado pela recristalização do metal.
Um metal na sua condição encruada possui energia interna elevada em relação ao metal não deformado plasticamente. Aumentando-se a temperatura, há uma tendência de o metal retornar à condição mais estável de menor energia interna. O tratamento térmico para obter esse efeito é denominado recozimento e, além da recuperação da estrutura cristalina do metal, esse tratamento provoca a diminuição da resistência mecânica e a elevação da ductilidade.

Os esquemas representativos mostrados pela Figura 1.2 apresentam as modificações estruturais que ocorrem nos trabalhos mecânicos a frio e a quente. Verifica-se, portanto, no caso do trabalho a frio, no final do processo, a estrutura completamente deformada e alinhada na mesma direção da deformação. Situação contrária é observada para o trabalho a quente onde, durante o processo, ocorre a recristalização da estrutura.

Figura 1.2: Ilustração dos processos mecânicos: (a) trabalho a frio, (b) Aumento da temperatura de conformação acima da temperatura de recristalização e trabalho a quente.

vantagens e desvantagens do trabalho a quente

Vantagens

* Menor energia requerida para deformar o metal, já que a tensão de escoamento decresce com o aumento da temperatura.
* Aumento da capacidade do material para escoar sem se romper (ductilidade).
* Homogeneização química das estruturas brutas de fusão (ex.: eliminação de segregações) em virtude da rápida difusão atômica interna.
* Eliminação de bolhas e poros por caldeamento.
* Eliminação e refino da granulação grosseira e colunar do material fundido, proporcionando grãos menores, recristalizados e equiaxiais.
* Aumento da tenacidade e ductilidade do material trabalhado em relação ao material bruto de fusão.
Desvantagens
* Necessidade de equipamentos especiais (fornos, manipuladores, etc.) e gasto de energia para aquecimento das peças.
* Reações do metal com a atmosfera do forno, levando as perdas de material por oxidação e outros problemas relacionado. no caso dos aços, ocorre também descarbonetação superficial; metais reativos como o titânio ficam severamente fragilizados pelo oxigênio e têm de ser trabalhados em atmosfera inerte ou protegidos do ar por uma barreira adequada.
* Formação de óxidos, prejudiciais ao acabamento superficial.
* Desgaste das ferramentas é maior, e a lubrificação é difícil.
* Necessidade de grandes tolerâncias dimensionais por causa da expansão e contração térmica.
* Estrutura e propriedades do produto resultam menos uniformes do que em caso de trabalho a frio seguido de recozimento, pois a deformação sempre maior nas camadas superficiais produz nelas uma granulação recristalizada mais fina, enquanto as camadas centrais, menos deformadas e sujeitas a um resfriamento mais lento, apresentam crescimento de grãos.

No trabalho a morno ocorre uma recuperação parcial da ductilidade do material e a tensão de conformação situa-se numa faixa intermediária entre o trabalho a frio e a quente. Em termos de conformação mecânica, chama-se de:

* Trabalho a Quente (TQ) aquele que é executado em temperaturas acima de 0,5T.
* Trabalho a Morno (TM), executado na faixa compreendida (grosseiramente) entre 0,3 e 0,5T.
* Trabalho a Frio (TF) aquele que é executado entre 0 e 0,3T.

Resumo

Vimos que a conformação pode ser entendida como a modificação do corpo metálico para outra forma definida.
Apresentamos a divisão dos processos de conformação que podem ser divididos em dois grupos: Processos Mecânicos no quais as modificações de forma são provocadas pela aplicação de tensões externas; processos metalúrgicos nos quais as modificações de forma estão relacionadas com altas temperaturas. Apresentaram-se os principais objetivos dos processos de conformação e sua classificação geral.

Veja também: Fundamentos da Conformação Plástica dos Metais

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