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Casa de ferreiro, espeto de... aço
Uma das profissões mais antigas do mundo é a do ferreiro. Quem não se lembra de já ter visto, em filmes históricos ou de faroeste, um homem bem forte, todo suado, retirando com uma tenaz um pedaço de metal incandescente do fogo, colocando-o sobre uma bigorna e martelando com força para que o metal adquirisse a forma desejada? Podia ser uma espada, a parte de uma armadu- ra, ou uma ferradura. Não importa o que fosse produzido, tudo dependia da força e da arte do homem, seu martelo e sua bigor- na.
Hoje em dia, o martelo e a bigorna foram substituídos por máqui- nas e matrizes que permitem a produção constante de milhares de peças. Esse processo de conformação mecânica, tão antigo quanto o uso dos metais, é o forjamento.
Nesta aula, vamos estudar esse processo de fabricação. Fique ligado.
Martelando, martelando...
Entre os processos de conformação mecânica, já estudamos os processos de laminação, extrusão e trefilação. O que esses três processos têm em comum é o fato de não fornecerem produtos acabados, mas apenas matéria-prima para, a partir dela, fabricar- se outros produtos. Assim, a chapa obtida na laminação será transformada em partes da lataria dos automóveis. Os perfis de alumínio, obtidos pela extrusão, serão matéria-prima para a fabri-
cação das janelas das nossas casas. Os fios trefilados são usa- dos na produção de condutores elétricos.
O forjamento , um processo de conformação mecânica em que o material é deformado por martelamento ou prensagem, é empre- gado para a fabricação de produtos acabados ou semi-acabados de alta resistência mecânica, destinados a sofrer grandes esfor- ços e solicitações em sua utilização.
Embora, hoje em dia, o forjamento seja feito por meio de equipa- mentos, o princípio do processo continua o mesmo: aplicação individual e intermitente de pressão, quer dizer, o velho martela- mento, ou então, a prensagem.
O forjamento por martelamento é feito aplicando-se golpes rá- pidos e sucessivos no metal. Desse modo, a pressão máxima acontece quando o martelo toca o metal, decrescendo rapida- mente de intensidade à medida que a energia do golpe é absorvi- da na deformação do material. O resultado é que o martelamento produz deformação principalmente nas camadas superficiais da peça, o que dá uma deformação irregular nas fibras do material. Pontas de eixo, virabrequins, discos de turbinas são exemplos de produtos forjados fabricados por martelamento.
No forjamento por martelamento são usados martelos de forja que aplicam golpes rápidos e sucessivos ao metal por meio de
os fornos com controle específico de atmosfera e temperatura. Alguns metais não-ferrosos podem ser forjados a frio.
Pare! Estude! Responda!
Exercício
1. Complete as definições a seguir. a) O forjamento é um processo de .............................. no qual o material é .............................. b) O forjamento .............................. é feito aplicando-se gol- pes rápidos e sucessivos ao metal. c) No forjamento .............................. , a força de compressão é aplicada em baixa velocidade de forma contínua.
Matriz aberta ou fechada?
Toda a operação de forjamento precisa de uma matriz. É ela que ajuda a fornecer o formato final da peça forjada. E ajuda também a classificar os processos de forjamento, que podem ser:
- forjamento em matrizes abertas, ou forjamento livre;
- forjamento em matrizes fechadas.
As matrizes de forjamento são submetidas a altas tensões de compressão, altas solicitações térmicas e, ainda, a choques me- cânicos. Devido a essas condições de trabalho, é necessário que essas matrizes apresentem alta dureza, elevada tenacidade, re- sistência à fadiga, alta resistência mecânica a quente e alta resis- tência ao desgaste. Por isso, elas são feitas, em sua maioria, de blocos de aços-liga forjados e tratadas termicamente. Quando as solicitações são ainda maiores, as matrizes são fabricadas com metal duro.
No forjamento livre, as matrizes têm geometria ou formatos bas- tante simples. Esse tipo de forjamento é usado quando o número de peças que se deseja produzir é pequeno e seu tamanho é
grande. É o caso de eixos de navios, turbinas, virabrequins e a- néis de grande porte.
A operação de forjamento livre é realizada em várias etapas. Co- mo exemplo, a ilustração mostra o estiramento de uma parte de uma barra. Observe a peça inicial (a) e o resultado final (e). A operação é iniciada com uma matriz de pequena largura. O esti- ramento acontece por meio de golpes sucessivos e avanços da barra (b, c, d, e). A barra é girada 90º e o processo repetido (f). Para obter o acabamento mostrado em g, as matrizes são troca- das por outras de maior largura.
No forjamento em matrizes fechadas, o metal adquire o formato da cavidade esculpida na matriz e, por causa disso, há forte res- trição ao escoamento do material para as laterais. Essa matriz é construída em duas metades: a metade de baixo fica presa à bi- gorna e nela é colocado o metal aquecido. A outra metade está presa ao martelo (ou à parte superior da prensa) que cai sobre a
A rebarba é um dos pro- blemas do forjamento por matriz fechada. Para mi- nimizá-lo, as matrizes apresentam calhas para evitar que a rebarba seja muito grande.
Para peças não muito complexas, são aplicadas as seguintes etapas no forjamento em matriz fechada:
1. Corte do blank, ou seja, do pedaço de metal em barra no ta- manho necessário. 2. Aquecimento - realizado em fornos. 3. Forjamento intermediário, realizado somente quando é difícil a conformação em uma única etapa. 4. Forjamento final - feito em matriz, já com as dimensões finais da peça. 5. Tratamento térmico - para a remoção das tensões, homoge- neização da estrutura, melhoria da usinabilidade e das propri- edades mecânicas.
É hora de estudar um pouco. Vamos lá?
Pare! Estude! Responda!
Exercícios
2. Relacione as características listadas com o tipo de forjamento. Coluna A Coluna B a) ( ) Matrizes de geometria simples. b) ( ) Peças de tamanho grande como eixos de navios. c) ( ) Utiliza uma matriz na qual está esculpida a cavidade da peça. d) ( ) Necessita de várias matrizes com formatos interme- diários. e) ( ) As matrizes apresentam calhas para conter as re- barbas. 1. Forjamento livre 2. Forjamento em matriz fechada
3. Descreva, com suas palavras, as etapas do forjamento em matriz fechada.
Defeitos dos produtos forjados
Os produtos forjados também apresentam defeitos típicos. Eles são:
- Falta de redução - caracteriza-se pela penetração incompleta do metal na cavidade da ferramenta. Isso altera o formato da peça e acontece quando são usados golpes rápidos e leves do martelo.
- Trincas superficiais - causadas por trabalho excessivo na peri- feria da peça em temperatura baixa, ou por alguma fragilidade a quente.
- Trincas nas rebarbas - causadas pela presença de impurezas nos metais ou porque as rebarbas são pequenas. Elas se inici- am nas rebarbas e podem penetrar na peça durante a opera- ção de rebarbação.
- Trincas internas - originam-se no interior da peça, como conse- qüência de tensões originadas por grandes deformações.
- Gotas frias - são descontinuidades originadas pela dobra de superfícies, sem a ocorrência de soldagem. Elas são causadas por fluxos anormais de material quente dentro das matrizes, in- crustações de rebarbas, colocação inadequada do material na matriz.
- Incrustações de óxidos - causadas pela camada de óxidos que se formam durante o aquecimento. Essas incrustações nor- malmente se desprendem mas, ocasionalmente, podem ficar presas nas peças.
- Descarbonetação - caracteriza-se pela perda de carbono na superfície do aço, causada pelo aquecimento do metal.
- Queima - gases oxidantes penetram nos limites dos contornos dos grãos, formando películas de óxidos. Ela é causada pelo aquecimento próximo ao ponto de fusão.
O que você estudou nesta lição é só um começo bem básico. Um profissional do século XXI não se contenta com pouco. Por isso, se você quiser saber mais, vá a uma biblioteca e pesquise um pouco mais. Vai valer a pena!
