Baixe Processos de Fabricação e outras Notas de estudo em PDF para Mecatrônica, somente na Docsity!
FORJAMENTO
Introdução
O que é : Forjamento é o nome genérico de operações de conformação
mecânica efetuadas com esforço de compressão sobre um material dúctil, de
tal modo que ele tende a assumir o contorno ou perfil da ferramenta de
trabalho.
Ferramentas : Na maioria das operações de forjamento emprega-se um
ferramental constituído por um par de ferramentas de superfície plana ou
côncava, denominadas matrizes ou estampos.
Usos : A maioria das operações de forjamento é executada a quente; contudo,
uma grande variedade de peças pequenas, tais como parafusos, pinos, porcas,
engrenagens, pinhões, etc., são produzidas por forjamento a frio.
Histórico : O forjamento é o mais antigo processo de conformar metais, tendo
suas origens no trabalho dos ferreiros de muitos séculos antes de Cristo. A
substituição do braço do ferreiro ocorreu nas primeiras etapas da Revolução
Industrial. Atualmente existe um variado maquinário de forjamento, capaz de
produzir peças das mais variadas formas e tamanhos , desde alfinetes, pregos,
parafusos e porcas até rotores de turbinas e asas de avião.
Classificação dos processos :
O forjamento pode ser dividido em dois grandes grupos de operações:
Forjamento em matriz aberta ou Forjamento livre e Forjamento em matriz
fechada.
Tipos de Forjamento e Ferramentas
Forjamento em Matriz Aberta
O material é conformado entre matrizes planas ou de formato simples,
que normalmente não se tocam (ver figura).
É usado geralmente para fabricar peças grandes, com forma relativamente
simples (p. ex., eixos de navios e de turbinas, ganchos, correntes, âncoras,
alavancas, excêntricos, ferramentas agrícolas, etc.) e em pequeno número; e
também para pré-conformar peças que serão submetidas posteriormente a
operações de forjamento mais complexas.
Forjamento em Matriz Fechada
O material é conformado entre duas metades de matriz que possuem, gravadas
em baixo-relevo, impressões com o formato que se deseja fornecer à peça (ver
figura).
A deformação ocorre sob alta pressão em uma cavidade fechada ou
semifechada, permitindo assim obter-se peças com tolerâncias dimensionais
menores do que no forjamento livre.
Nos casos em que a deformação ocorre dentro de uma cavidade totalmente
fechada, sem zona de escape, é fundamental a precisão na quantidade
fornecida de material: uma quantidade insuficiente implica falta de enchimento
da cavidade e falha no volume da peça; um excesso de material causa
sobrecarga no ferramental, com probabilidade de danos ao mesmo e ao
maquinário.
Dada a dificuldade de dimensionar a quantidade exata fornecida de material, é
mais comum empregar um pequeno excesso. As matrizes são providas de uma
zona oca especial para recolher o material excedente ao término do
preenchimento da cavidade principal. O material excedente forma uma faixa
estreita (rebarba) em torno da peça forjada. A rebarba exige uma operação
posterior de corte (rebarbação) para remoção.
Equipamentos e Métodos
Os equipamentos comumente empregados incluem duas classes principais:
(a) Martelos de forja , que deformam o metal através de rápidos golpes de
impacto na superfície do mesmo; e
(b) Prensas , que deformam o metal submetendo-o a uma compressão
contínua com velocidade relativamente baixa.
Os processos convencionais de forjamento são executados tipicamente
em diversas etapas, começando com o corte do material, aquecimento, pré-
conformação mediante operações de forjamento livre, forjamento em matriz
(em uma ou mais etapas) e rebarbação.
Aplicações
De um modo geral, todos os materiais conformáveis podem ser forjados. Os
mais utilizados para a produção de peças forjadas são os aços (comuns e
Encalcamento (ingl. fullering)
Variedade de estiramento em que se reduz a secção de uma porção
intermediária da peça, por meio de uma ferramenta ou impressão adequada.
Rolamento
Operação de distribuição de massa ao longo do comprimento da peça,
mantendo-se a secção transversal redonda enquanto a peça é girada em torno
do seu próprio eixo.
Alargamento
aumenta a largura de uma peça reduzindo sua espessura.
Furação
Abertura de um furo em uma peça, geralmente por meio de um punção de
formato apropriado.
Forjamento Livre - continuação
Operações unitárias mais comuns
Extrusão
O material é forçado a passar através de um orifício de secção transversal
menor que a da peça.
Laminação de forja
Reduz e modifica a secção transversal de uma barra passando-a entre dois
rolos que giram em sentidos opostos, tendo cada rolo um ou mais sulcos de
perfil adequado, que se combina com o sulco correspondente do outro rolo.
Expansão
Visa alargar uma fenda ou furo, fazendo passar através do mesmo uma
ferramenta de maiores dimensões ; geralmente se segue ao fendilhamento.
Como etapas de forjamento podem ser ainda executadas operações de
corte, dobramento, curvamento, torção, entalhamento, etc.
Forjamento em Matriz
Generalidades
Peças de formas complexas ou de precisão não podem ser obtidas por
técnicas de forjamento livre, exigindo matrizes especialmente preparadas que
contenham o negativo (ou contorno) da peça a ser produzida. Tais matrizes são
caras, exigindo na maioria das vezes, alta produção para justificar seu custo.
A obtenção de um formato complexo normalmente não é possível com uma
única etapa de trabalho, exigindo uma ou mais etapas de pré-forjamento. As
etapas de pré-forjamento podem ser efetuadas com o auxilio de superfícies
especialmente usinadas no próprio bloco das matrizes, ou em equipamento
separado, ou mesmo por meio de outros processos como a laminação.
O objetivo do pré-forjamento redistribuir o metal para posições mais adequadas
ao forjamento subseqüente. A pré-forma assim obtida pode ser conformada
para uma configuração mais próxima da final em uma matriz de esboço
("blocker die"), que assegura uma distribuição adequada de metal, mas ainda
não na forma final.
Diante da dificuldade para se distribuir precisamente o material nas etapas de
operações unitárias, utiliza-se na maioria dos casos um certo excesso de
material, que já na etapa de esboçamento se permite escapar por entre as
duas matrizes, formando uma rebarba que por vezes é removida (cortada)
antes do forjamento final nas matrizes de acabamento ("finishing dies").
Na etapa de acabamento o excesso de material também forma rebarba, que
tem de ser fina para assegurar o preenchimento total da matriz e tolerâncias
rigorosas. Isto porque uma rebarba fina, em presença de atrito, gera alta
pressão de conformação.Veja o caso de distribuição de pressão nas cavidades
das matrizes, no caso de forjamento de uma pá de turbina
Para evitar um aumento excessivo desta pressão as matrizes são usualmente
projetadas de tal modo que a rebarba fica reduzida à sua espessura mínima
somente em uma largura pequena (garganta ou costura - “flash land”) sendo
permitido ao restante escoar livremente dentro da calha ou bacia ("flash
gutter").Ver figura abaixo.
A decomposição da conformação de uma peça complexa entre diversas
etapas de trabalho e ferramentas permite em muitos casos economizar energia
e material, reduzir o desgaste das ferramentas e aumentar a precisão do
forjado.
Métodos do Forjamento em Matriz
As operações de obtenção das formas intermediárias de uma peça constituem
a conformação intermediária, que se compõe normalmente de três etapas:
(i) distribuição de massas;
(ii) dobramento (se for o caso);
(iii) formação da seção transversal.
Na etapa de distribuição de massas se procede à retirada de material das
porções nas quais a seção transversal deva ser reduzida, e o acúmulo do
material nas posições onde a seção deva ser aumentada (fase (b) da figura
abaixo).
As operações mais empregadas para esta etapa são: o estiramento, o
encalcamento, o alargamento, a laminação, a extrusão e o rolamento, sendo o
recalque usado para aumentar a secção transversal.
O dobramento (segunda etapa), pode ser executado durante o forjamento, sem
um estágio especial, quando for paralelo ao movimento da ferramenta. Em
caso contrário, é efetuado numa etapa específica durante (fase (c) da figura
abaixo) ou mesmo após o forjamento da peça. Pode envolver ou não uma
redução da seção transversal da peça e uma defasagem do eixo da mesma
como o caso do forjamento de virabrequins (ver Dobramentos Intermediários
abaixo).
A rebarba da forma final é removida em uma operação posterior de rebarbação,
representando uma perda inevitável de material no processo.
Na etapa de conformação final é útil distinguir dois processos básicos de
movimentação de material:
(i) Recalque : redução da altura inicial com escoamento de metal
perpendicularmente a direção do movimento das matrizes; chama-se
alargamento quando ocorre uma grande movimentação transversal de material
sob atrito.
(ii) Extrusão : escoamento de material numa direção paralela ao do movimento
das matrizes. Quando o sentido do movimento do material é contra rio ao do
trabalho, tem-se a extrusão inversa ou ascensão , que geralmente aumenta a
altura da peça a envolve um grande deslocamento de material sob atrito; neste
caso são requeridas tensões elevadas na garganta da rebarba, para possibilitar
a ascensão completa do material na matriz. Ver figura abaixo
Conformação de Chapas
Introdução
O que é? Conformação de chapas é o processo de transformação mecânica que consiste em conformar um disco plano ("blank") à forma de uma matriz, pela aplicação de esforços transmitidos através de um punção. Na operação ocorrem: alongamento e contração das dimensões de todos os elementos de volume, em três dimensões. A chapa, originalmente plana, adquire uma nova forma geométrica.
Classificação dos Processos: A conformação de chapas metálicas finas pode ser classificada através do tipo de operação empregada. Assim pode-se ter: estampagem profunda, corte em prensa, estiramento, etc.
Máquinas utilizadas A maior parte da produção seriada de partes conformadas a partir de chapas finas é realizada em prensas mecânicas ou hidráulicas. Nas prensas mecânicas a energia é geralmente, armazenada num volante e transferida para o cursor móvel no êmbolo da prensa. As prensas mecânicas são quase sempre de ação rápida e aplicam golpes de curta duração, enquanto que as prensas hidráulicas são de ação mais lenta, mas podem aplicar golpes mais longos. As prensas podem ser de efeito simples ou de duplo efeito. Algumas vezes pode ser utilizado o martelo de queda na conformação de chapas finas. O martelo não permite que a força seja tão bem controlada como nas prensas, por isso não é adequado para operações mais severas de conformação. OBS: As máquinas de conformar serão tratadas mais detalhadamente em seção específica.
Ferramental Acessório As ferramentas básicas utilizadas em uma prensa de conformação de peças metálicas são o punção e a matriz. O punção, normalmente o elemento móvel, é a ferramenta convexa que se acopla com a matriz côncava. Como é necessário um alinhamento acurado entre a matriz e o punção, é comum mantê-los permanentemente montados em uma subprensa, ou porta matriz, que pode ser rapidamente inserida na prensa. Geralmente, para evitar a formação de rugas na chapa a conformar usam-se elementos de fixação ou a ação de grampos para comprimir o "blank" contra a matriz. A fixação é conseguida por meio de um dispositivo denominado anti-rugas ou prensa-chapas , ou ainda, em prensas de duplo efeito por um anel de fixação. A seguir especificam-se alguns dos conjuntos típicos do ferramental usado em processos específicos, a saber: estampagem profunda, conformação progressiva (corte/perfuração), processo Guerin e repuxamento.
A figura abaixo mostra esquematicamente uma prensa e o ferramental de estampagem profunda.
Freqüentemente, matrizes e punções são projetados para permitir que os estágios sucessivos de conformação de uma peça sejam efetuados na mesma matriz, a cada golpe da prensa. Este procedimento é conhecido como conformação progressiva. Um exemplo é a matriz para recorte e perfuração de arruelas planas, figura abaixo. A tira metálica é alimentada, deslizando até a primeira posição de corte. O furo da arruela é puncionado. Segue-se um segundo deslizamento, após o que a arruela é recortada. Durante o corte da arruela o punção executa o furo central da próxima peça.
O processo Guerin é uma variação do processo convencional de matriz e punção. Neste processo, ver figura, uma "almofada" de borracha serve como matriz. O punção é fixado à base de uma prensa hidráulica de efeito simples a camada de borracha fica numa caixa retentora, na trave superior da prensa. O disco (ou blank) é colocado sobre o bloco de modelar (punção), e pressionado contra a borracha. Uma pressão aproximadamente uniforme é conseguida entre a borracha
• A fabricação de entalhes (notching) nas bordas de uma chapa pode ser
feita em prensa através do puncionamento destas regiões.
• O corte por guilhotina é uma operação que não retira material da chapa
metálica.
• A rebarbação (trimming) é uma operação que consiste em aparar o
material em excesso (rebarbas) da borda de uma peça conformada. A remoção de rebarbas de forjamento em matriz fechada é uma operação deste tipo.
• Existe um processo relativamente recente de corte fino de "blanks" (fine
blanking), que se caracteriza pelo emprego de folgas muito pequenas (0,0002 pol.), com prensas e jogo de matrizes muito rígidas (para evitar dobramento da chapa). Com este equipamento é possível produzir "blanks" com superfícies de corte quase isentas de defeitos. As peças produzidas podem ser empregadas como engrenagens, cames, etc., sem que seja necessária a usinagem das bordas cortadas.
Dobramento
Características Nesta operação, a tira metálica é submetida a esforços aplicados em duas direções opostas para provocar a flexão e a deformação plástica, mudando a forma de uma superfície plana para duas superfícies concorrentes, em ângulo, com raio de concordância em sua junção. A figura mostra os esforços atuantes e a forma adquirida por uma tira submetida a dobramento.
Raio de Dobramento Para a operação de dobramento existe um raio de dobramento abaixo do qual o metal trinca na superfície externa. É o raio mínimo de dobramento, expresso geralmente em múltiplos da espessura da chapa. Um raio de dobramento de 3t indica que o metal pode ser dobrado formando um raio de três vezes a espessura da chapa sem que haja o aparecimento de trincas. O raio mínimo de dobramento é portanto um limite de conformação, que varia muito para os diversos metais e sempre aumenta com a prévia deformação a frio do metal. Alguns metais muito dúcteis apresentam raio mínimo de dobramento igual a zero. Isto significa que as peças podem ser achatadas sobre si mesmas, mas geralmente não se utiliza este procedimento para evitar danos no punção ou na matriz.
Efeito mola A operação de dobramento exige que se considere a recuperação elástica do material (efeito mola), para que se tenham as dimensões exatas na peça dobrada. A recuperação elástica da peça será tanto maior quanto maior for o limite de escoamento, menor o módulo de elasticidade e maior a deformação plástica. Estabelecidos estes parâmetros, a deformação aumenta com a razão entre as dimensões laterais da chapa e sua espessura. O efeito mola ocorre em todos os processos de conformação, mas no dobramento é mais facilmente detectado e estudado. O raio de curvatura antes da liberação da carga ( Ro) é menor do que após a liberação ( R (^) f ). O efeito mola (ver figura abaixo) é representado pelo símbolo K.
Estiramento
Características
É a operação que consiste na aplicação de forças de tração, de modo a esticar o material sobre uma ferramenta ou bloco (matriz). Neste processo, o gradiente de tensões é pequeno, o que garante a quase total eliminação do efeito mola. Como predominam tensões trativas, grandes deformações de estiramento podem ser aplicadas apenas para materiais muito dúcteis. Para estes materiais, almejam-se altos valores de coeficiente de encruamento.
Ferramental O equipamento de estiramento consiste basicamente de um pistão hidráulico (usualmente vertical), que movimenta o punção. Duas garras prendem as extremidades da chapa. Na operação, não existe uma matriz fêmea. As garras podem ser móveis permitindo que a força de tração esteja sempre em linha com as bordas da chapa (figura). Garras fixas devem ser usadas somente para conformação de peças com grandes raios de curvatura, evitando-se com isto o risco de ruptura da chapa na região das garras.
O estiramento é uma das etapas de operações complexas de estampagem de chapas finas. Na conformação de peças como partes de automóveis ou de eletrodomésticos, é comum haver componentes de estiramento.
A Estricção no Estiramento O limite de conformação no estiramento pode ser estabelecido pelo fenômeno da estricção. A estricção é a redução das dimensões da seção transversal, provocada pelas cargas de tração do processo. No estiramento deve ser evitada estricção localizada, comumente conhecida por empescoçamento.
Base Teórica Em um ensaio de tração uniaxial, a estricção localizada acontece quando (dσ/σ) = dε, o que significa que assumindo uma lei potencial entre tensão e deformação (Equação de Hollomon,a maior deformação verdadeira iguala-se ao coeficiente de encruamento (n)). Nas operações de estiramento uniaxial e biaxial, a estricção localizada acontece para as condições especificadas abaixo:
Assim, o empescoçamento só acontecerá quando ε (^) u =2n. Ou seja, estricção é muito mais difusa, implicando em um "amolecimento" geométrico, com a diminuição de espessura ao longo de toda a peça. Isto não constitui limitação para a operação. Contudo, assim que ocorre a estricção localizada, facilmente detectada nas superfícies expostas, segue-se a fratura. Logo, a estricção localizada é um limite de conformação.
É comum haver gradientes de deformação em operações de estiramento. A região que deforma mais se torna mais encruada e a deformação é transferida para o elemento de volume vizinho. Se o coeficiente de encruamento for suficientemente grande, haverá a redistribuição das deformações ao longo de toda a peça e esta suportará mais deformações, antes que a estricção localizada se inicie. Então, para operações que exigem altos graus de estiramento, exigem-se materiais com altos valores de n.
Operações De Estampagem Profunda Ou Embutimento
devido a um confinamento mútuo entre grãos. Este mecanismo faz com que os planos atômicos e direções cristalinas dos materiais com orientação aleatória (materiais isotrópicos) adquiram uma textura (orientação preferencial). Os materiais conformados se tornam anisotrópicos. A distribuição de orientações tem, portanto um ou mais máximos. Se estes máximos são bem definidos são chamados de orientações preferenciais , que irão ocasionar variações das propriedades mecânicas com a direção, ou seja, anisotropia. Um modo de avaliar o grau de anisotropia das chapas quando deformadas plasticamente é através do coeficiente de anisotropia.
Coeficiente de Anisotropia Por definição, o coeficiente de anisotropia ou coeficiente de Lankford ( r ) é a razão entre a deformação verdadeira na largura (ε (^) w) e na espessura (εt ) de um CP de tração, após determinada deformação longitudinal pré-definida
Onde: εl é a deformação verdadeira ao longo do comprimento; w 0 e w (^) f são as larguras inicial e final, respectivamente e l 0 e l (^) f são os comprimentos inicial e final, respectivamente.
Considerando a anisotropia no plano da chapa, geralmente são definidos dois parâmetros:
a) Coeficiente de anisotropia normal (Δr ):
onde: r 0 o, r 45 o^ e r 90 o^ são os valores de r medidos a 0 o^ , 45 o^ e 90 o^ com a direção de laminação. Este parâmetro indica a habilidade de uma certa chapa metálica resistir ao afinamento, quando submetida a forças de tração e/ou compressão, no plano.
b) Coeficiente de anisotropia planar ( F 0 2 0 Δr):
O coeficiente de anisotropia planar indica a diferença de comportamento mecânico que o material pode apresentar no plano da chapa. Um material isotrópico tem ṝ =1 e Δr = 0. Nos materiais para estampagem profunda um alto valor de ṝ é desejado (maior resistência ao afinamento da chapa). A relação entre ṝ e a razão limite de estampagem é mostrada na figura. Essa é definida como a máxima razão possível entre o diâmetro do ‘blank’ e do copo embutido, sem que ocorra falha. Os valores de ṝ em aços efervecentes variam entre 0,8 e 1,. Em aços acalmados ao alumínio , adequadamente produzidos, ṝ pode variar entre 1,5 e 1,. Em alguns aços IF (Intersticial free) ṝ pode ser tão alto quanto 2,.
Na direção oposta, a textura cúbica do cobre ou de aços inoxidáveis austeníticos pode originar ṝ tão baixo quanto 0,. A tendência à formação de “orelhas” na estampagem é função da anisotropia planar. As "orelhas" se formam a 0 e 90° com a direção de laminação, quando o coeficiente de anisotropia planar (Δr) é maior que zero e a 45 o^ e 135° com a direção de laminação, quando o coeficiente de anisotropia planar é menor que zero.
Relação entre r e a razão limite de estampagem
Influência da anisotropia na qualidade e precisão do embutimento Os valores de coeficientes de anisotropia normal e planar são funções da textura cristalográfica desenvolvida no material após o recozimento da tira. A textura, por sua vez, é função de vários parâmetros do processo: composição química, temperaturas de acabamento e de bobinamento após o laminador de tiras a quente, quantidade de redução a frio, taxa de aquecimento, tempo e temperatura de encharque no recozimento. A textura cristalográfica pode ser medida por técnicas especiais de difração de raios-X. A orientação cristalográfica ideal para maximizar (r) nos metais CCC seria uma tira com textura [111] na sua direção normal, e com os planos {111} orientados aleatoriamente no plano da chapa. A anisotropia cristalográfica tem menor influência sobre operações de estiramento. Inicialmente, esta propriedade foi considerada indesejável em materiais destinados a operações de estampagem, devido à chance de formação de orelhas. Contudo, é de grande importância no que se refere à estampagem profunda, uma vez que nesta operação não se deseja a diminuição significativa da espessura do material.
ASPECTOS DE TEMPERATURA NA CONFORMAÇÃO
Temperatura na Conformação Os processos de conformação são comumente classificados em operações de trabalho a quente, a morno e a frio. O trabalho a quente é definido como a deformação sob condições de temperatura e taxa de deformação tais que processos de recuperação e recristalização ocorrem simultaneamente com a deformação. De outra forma, o trabalho a frio é a deformação realizada sob condições em que os processos de recuperação e recristalização não são efetivos. No trabalho a morno ocorre recuperação, mas não se formam novos grãos (não há recristalização).
No trabalho a quente, devido à intensa vibração térmica - que facilita muito a difusão de átomos e a mobilidade e aniquilamento das discordâncias - o encruamento e a estrutura distorcida dos grãos produzida pela deformação, são rapidamente eliminados pela formação de novos grãos livres de deformação, como resultado da recristalização. É possível conseguir grandes níveis de deformação, uma vez que os processos de recuperação e recristalização acompanham a deformação. Ela ocorre a uma tensão constante. E como a tensão de escoamento plástico decresce com o aumento da temperatura, ver figura, a energia necessária para a deformação é geralmente muito menor para o trabalho a quente do que para o trabalho a frio ou a morno.
Variação da tensão de compressão com a deformação em função da temperatura para um aço de baixo carbono
Para uma deformação e = 1,0 tem–se ΔTmáx igual a 74o^ C para alumínio, 277 oC para ferro e 571 oC para o titânio. Se a velocidade de um dado processo é alta, a perda do calor gerado será pequena e o aumento efetivo da temperatura será próximo do valor teórico.
Faixas de Temperaturas Permissíveis no Trabalho a Quente O limite inferior de temperatura para o trabalho a quente de um metal é a menor temperatura para a qual a taxa de recristalização é rápida o bastante para eliminar o encruamento quando o metal está submetido àquela temperatura. Para um dado metal ou liga metálica a menor temperatura de trabalho a quente dependerá de fatores tais como a quantidade de deformação e o tempo em que o material estará submetido a temperatura em questão. Uma vez que quanto maior o nível de deformação menor é a temperatura de recristalização, o limite inferior de temperatura para o trabalho a quente diminuirá para grandes deformações. Um metal trabalhado com elevada velocidade de deformação e resfriado rapidamente irá requerer uma temperatura de trabalho a quente maior do que se este for deformado e resfriado vagarosamente, para a obtenção de um mesmo nível final de deformação. O limite superior de trabalho a quente é determinado pela temperatura em que ocorre o início de fusão ou o excesso de oxidação. Geralmente, a temperatura mais elevada de trabalho a quente é limitada bem abaixo do ponto de fusão devido a possibilidade de fragilização à quente (existência de compostos com menor ponto de fusão). Basta uma pequena quantidade de um filme de constituinte com baixo ponto de fusão nos contornos de grão para fazer um material desagregar-se quando deformado (fragilidade a quente). Geralmente emprega-se Tmáx » Tf –55 o^ C (ou Tf – 100 o^ F) para evitar esta possibilidade. Para uma dada condição de pressão e temperatura de trabalho haverá uma quantidade máxima de deformação que pode ser fornecida à peça (limitação esta baseada na resistência ao escoamento, e não na ductilidade), como mostrado na figura. Se a temperatura de pré - aquecimento do tarugo inicial aumenta, a resistência diminui e a deformação aumenta para uma dada pressão aplicada; assim, as curvas "isobáricas" aumentam com a temperatura, que obviamente será sempre inferior à linha solidus. A fragilização a quente limita a temperatura de trabalho a valores inferiores á temperatura solidus. E visto que com taxas de deformação altas ficará retido mais calor na peça. A temperatura da peça deverá ser menor para evitar que ela atinja a faixa de fragilidade a quente.
Diagrama esquemático dos efeitos de temperatura, pressão e taxa de deformação sobre a faixa de trabalho permissível na conformação a quente
TRABALHO A FRIO
O trabalho a frio é acompanhado do encruamento (inglês "strain hardening") do metal, que é ocasionado pela interação das discordâncias entre si e com outras barreiras – tais como contornos de grão – que impedem o seu movimento através da rede cristalina. A deformação plástica produz também um aumento no número de discordâncias, as quais, em virtude de sua interação, resultam num elevado estado de tensão interna na rede cristalina. Um metal
cristalino contém em média 10 6 a 10 8 cm de discordâncias por cm 3 , enquanto que um metal severamente encruado apresenta cerca de 10 12 cm de discordâncias por cm 3. A estrutura característica do estado encruado examinada ao microscópio eletrônico, apresenta dentro de cada grão, regiões pobres em discordâncias, cercadas por um emaranhado altamente denso de discordâncias nos planos de deslizamento. Tudo isto resulta macroscopicamente num aumento de resistência e dureza e num decréscimo da ductilidade do material (ver figura). Num ensaio de tração, isso se traduz no aumento da tensão de escoamento, Y, e do limite de resistência, Sr, bem como no decréscimo do alongamento total (alongamento na fratura), ef.
Aumento do limite de escoamento e de resistência à tração e diminuição do alongamento (e redução de área na fratura) com o encruamento devidos ao trabalho a frio
A figura mostra que o limite de escoamento, Y, cresce mais rapidamente e se aproxima do limite de resistência, Sr, enquanto que a ductilidade – expressa aqui como ef – cai de modo bastante brusco após uma limitada quantidade de trabalho a frio. A microestrutura também muda, com os grãos se alongando na direção de maior deformação, podendo o material como um todo desenvolver propriedades direcionais (anisotropia).
TRABALHO A MORNO
Os processos de deformação a morno objetivam aliar as vantagens das conformações a quente e a frio. Dos processos de conformação a morno um dos mais difundidos e com maiores aplicações industriais é o forjamento. O trabalho a morno consiste na conformação de peças numa faixa de temperaturas onde ocorre o processo de recuperação portanto, o grau de endurecimento por deformação é consideravelmente menor do que no trabalho a frio. Existe alguma controvérsia sobre a faixa de temperaturas empregada na conformação a morno dos aços mas, certamente se torna importante entre 500 e 800° C. A temperatura inferior de conformação é limitada em aproximadamente 500°C devido a possibilidade de ocorrência da "fragilidade azul" em temperaturas mais baixas. Esta fragilização aumenta a tensão de escoamento e diminui a ductilidade. Ela ocorre em temperaturas em torno de 200 a 400°C onde, átomos intersticiais difundem-se durante a deformação formando atmosferas em torno das discordâncias geradas, ancorando-as. O nome azul refere-se a coloração do óxido formado na superfície do aço nesta faixa de temperaturas. Com relação ao trabalho a quente o processo a morno apresenta melhor acabamento superficial e precisão dimensional devido à diminuição da oxidação e da dilatação - contração do material e da matriz. Estas características permitem se ter menores ângulos de saída (pode-se utilizar maiores cargas para a retirada da peça das matrizes sem deformar o produto).
