Fundamentos da conformação plástica dos metais

Objetivos

Compreender os fundamentos metalúrgicos da conformação plás- tica dos metais, que consolidam a identificação das principias zonas envolvidas no diagrama tensão-deformação.
Calcular os principais parâmetros que influenciam na mudança de forma do metal e determinar a resistência à mudança de forma, a força e o trabalho na conformação.


2.1 Diagrama tensão x deformação (×)

O estudo do diagrama tensão versus deformação é de elevada importância para se entender como um material diante de um estado de tensão se com- porta durante a deformação.

Para se definir tensão e deformação convencionais, vamos considerar uma barra cilíndrica e uniforme que é submetida a uma carga de tração uniaxial crescente, semelhante ao procedimento aplicado para um ensaio de tração normalizado, conforme mostra a Figura 2.1.

Figura 2.1: Esquema representativo do corpo de prova para ensaio de tração e do diagrama  ×  correspondente

A tensão convencional, nominal ou de engenharia (C), é dada por:

Onde:   c  (Pa) é a  tensão

P (N) é a carga   aplicada

S0   (m2) é seção transversal  original

A deformação convencional ou nominal (C) é dada por:

Onde:   C  é a deformação

L0 e L1 são, respectivamente, os comprimentos inicial e final da peça metálica

Na curva da Figura 2.1, observam-se quatro regiões de comportamentos distintos: 0A – região de comportamento elástico; AB – região de escoa- mento de discordância; BU – região de encruamento uniforme; UF – região de encruamento não uniforme (o processo de ruptura tem início em U, e é concluído no ponto F).

Para um material de alta capacidade de deformação permanente, o diâmetro do corpo de prova começa a decrescer rapidamente ao se ultrapassar a carga máxima (ponto U). Assim, a carga necessária para continuar a deformação diminui até a ruptura do material.

Observa-se, na prática, uma grande variação nas características das curvas tensão-deformação para diferentes tipos de materiais. A Figura 2.2 mostra curvas tensão-deformação para algumas ligas metálicas comerciais.

Figura 2.2: Relação do comportamento entre tensão-deformação para algumas ligas comerciais
2.2 Parâmetros da mudança de forma

Quando na solicitação mecânica de um corpo metálico se atinge a tensão limite de escoamento (P do diagrama apresentado na Figura 2.1), a peça metálica inicia um processo de deformação permanente ou deformação plástica. O principal mecanismo de deformação plástica é o de escorrega- mento de discordância, conforme mostra a Figura 2.3.

Figura 2.3: Mecanismo de deformação plástica por   escorregamento

Quando a conformação se propaga por escorregamento, nas diferentes dire- ções, o volume do corpo conformado permanece constante. Na deformação de uma peça metálica, com forma de um paralelepípedo, por exemplo, de dimensões iniciais h0, L0 e b0, para as dimensões finais h1, L1 e b1, a mudança de forma é expressa pelas seguintes relações:

Onde:  Vi  e VF   são, respectivamente, os volumes inicial e final da peça metálica.   Na conformação mecânica por deformação plástica Vi  = VF, logo:

As deformações absoluta, relativa e logarítmica podem, respectivamente, ser escritas na seguinte forma:

A soma de todas as deformações logarítmicas é nula.

2.3 Resistência à mudança de forma ou resistência à conformação (kf)

Essa tensão é medida na região de deformação plástica, zona BU na curva da Figura 2.1, definida pela relação entre a força aplicada e a área da seção reduzida. Para manter a deformação permanente, ela deve ser sempre supe- rada a cada instante para se conseguir uma deformação adicional.
A relação entre Kf e a deformação logarítmica permite obter a curva de encruamento do metal, conforme mostra a Figura 2.4.

Figura 2.4: Curva de encruamento e resistência média à mudança de    forma

2.3.1 Força de conformação (FC)

A força de conformação é dada por:

Onde:   A0  é área da seção inicial da peça (mm2)

2.3.2 Trabalho na conformação (W)

Na deformação de um corpo cilíndrico, por exemplo, de altura h0 até uma altura h1, é consumido um certo trabalho que pode ser determinado pela multiplicação do volume (V) do material deformado e da área varrida sob a curva de encruamento (a), ou seja:

Onde:

A Figura 2.5 apresenta as curvas para determinação de “kf” e “a”, em fun- ção da deformação logarítmica.

Figura 2.5: Curva de encruamento para o aço Ck   10

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