CONFORMAÇÃO DOS METAIS

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1 Gerência de Ensino Coordenadoria de Recursos Didáticos CONFORMAÇÃO DOS METAIS FUNDAMENTOS E APLICAÇÃO Vitória - Março COORDENADORIA DE ENGENHARIA METALÚRGICA

2 CONFORMAÇÃO DOS METAIS FUNDAMENTOS E APLICAÇÃO Autor: MARCELO LUCAS PEREIRA MACHADO Engenheiro Metalurgista UFF RJ Doutor em Engenharia Elétrica/Automação UFES Mestre em Engenharia Metalúrgica PUC-RJ Pós-Graduado em Educação/Aperfeiçoamento em Conteúdos Pedagógicos - UFES Professor dos Cursos de Mestrado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Engenharia Metalúrgica e Tecnólogo em Siderurgia, do Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Estado do Espírito Santo IFES Vitória -ES 2009 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 2

3 SUMÁRIO 1 - CONFORMAÇÃO DOS METAIS CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO CARACTERíSTICAS DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO DE METAIS NA FABRICAÇÃO VARIÁVEIS, CLASSIFICAÇÃO E DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO DE METAIS CONFORMAÇÃO DE METAIS COMO UM SISTEMA CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL EQUIPAMENTO E FERRAMENTAL CLASSIFICAÇÃO E BREVE DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO REVISÃO DE ESTRUTURA CRISTALINA Cristalinidade Sistemas cristalinos Cristais cúbicos Cristais hexagonais Outros retículos cristalinos Direções no cristal Planos cristalinos Imperfeiçoes cristalinas Deformação plástica FORJAMENTO DEFINIÇÃO CLASSIFICAÇÃO Temperatura de trabalho GRAU DE RESTRIÇÃO AO FLUXO DE METAL Forjamento livre (matriz aberta) Forjamento em matrizes fechadas Forjamento a quente em matriz aberta Forjamento a quente em matrizes fechadas Forjamento a frio...50 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 3

4 Equipamentos para forjamento EXTRUSÃO GENERALIDADES CLASSIFICAÇÃO Quanto a temperatura de trabalho Quanto as dimensões do produto Quanto ao sentido de deslocamento do pistão Outros processos de extrusão EQUIPAMENTOS DE EXTRUSÃO PARÂMETROS FÍSICOS DEFEITOS DA EXTRUSÃO TREFILAÇÃO CLASSIFICAÇÃO DOS PRODUTOS TREFILADOS MECÂNICA DA TREFILAÇÃO FIEIRA CÁLCULO DE CARGA NA TREFILAÇÃO TREFILAÇÃO DE VERGALHÕES E ARAMES TRATAMENTOS TÉRMICOS MÁQUINAS DE TREFILAR INDUSTRIAIS Máquina de Trefilar em Série ("Tandem"), com Deslizamento Máquina de trefilar cônica, com deslizamento Máquina de trefilação de 3 sarihos (Morgan) Máquinas de trefilar em série, sem deslizamento LAMINAÇÃO DEFINIÇÕES DOS PRODUTOS LAMINADOS: Classificação dos produtos semi-acabados Classificação dos produtos acabados CLASSIFICAÇÃO DOS LAMINADORES ÓRGÃOS MECÂNICOS DE UM LAMINADOR CILINDROS DE LAMINAÇÃO: Classificação dos cilindros: LAMINAÇÃO A QUENTE OUTROS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 4

5 7 FUNDAMENTOS DA CONFORMAÇÃO APLICADOS A LAMINAÇÃO INTRODUÇÃO PARÂMETROS DA LAMINAÇÃO EQUAÇÕES DE FLUXOS TÉRMICOS NA LAMINAÇÃO ASPÉCTOS METALÚRGICOS NA LAMINAÇÃO Processos de restauração do grão Fatores que afetam a redução crítica de recristalização Efeito da Temperatura e Elementos de Liga Efeito da Quantidade de Deformação Tamanho de grão da austenita completamente recristalizada após deformação Crescimento do grão após completa recristalização na laminação Tamanho de grão da austenita parcialmente recristalizada Mudanças estruturais no aço durante o resfriamento Efeito da microestrutura do aço na tensão de escoamento do material CÁLCULO DA FORÇA DE LAMINAÇÃO UTILIZANDO MODELOS MICROESTRUTURAIS CÁLCULO DA FORÇA DE LAMINAÇÃO UTILIZANDO AS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DO LAMINADOR TRATAMENTOS TERMOMECÂNICOS NA LAMINAÇÃO FORNOS DE REAQUECIMENTO CLASSIFICAÇÃO DOS FORNOS DE REAQUECIMENTO PRODUÇÃO LAMINAÇÃO DE TIRAS A QUENTE DECAPAGEM LAMINAÇÃO A FRIO PROCESSOS DE LAMINAÇÃO À FRIO CONSIDERAÇÕES SOBRE OS TIPOS DE LAMINADORES: RESFRIAMENTO DOS CILINDROS: LAMINADORES CONTINUOS: BOBINADEIRAS OPERAÇÃO LAMINAÇÃO DE CHAPA FINA Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 5

6 PRODUÇÃO DE FÔLHAS MUITA FINAS LAMINADORES DE ENCRUAMENTO E DE ACABAMENTO PROCESSO DE LAMINAÇÃO A FRIO DA USINA ARCELORMITTAL VEGA (VEGA DO SUL) REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 6

7 1 - CONFORMAÇÃO DOS METAIS Um dado material, normalmente sem forma ou de geometria simples, é transformado em um componente útil através de um processo de fabricação. Este produto, na maioria das vezes, tem geometria complexa, com forma, tamanho, precisão, tolerâncias, aparência e propriedades bem definidas CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO A fabricação e montagem de componentes metálicos podem ser classificadas, demaneira simplificada, em cinco áreas gerais: 1. Processos para formas primárias em metais, tais como fundição, lingotamento, coquilhamento e metalurgia do pó. Em todos estes processos de fabricação o material inicialmente não tem forma definida, mas a obtém através do processo. 2. Processos de conformação dos metais, tais como laminação, extrusão, forjamento a frio e a quente, dobramento e repuxo, nos quais o metal é conformado através de deformação plástica. 3. Processos de usinagem dos metais, tais como corte em serra, torneamento, fresamento e brochamento, nos quais uma nova forma é gerada através da remoção de material. 4. Processos de tratamento dos metais, tais como tratamento térmico, anodização e endurecimento superficial, nos quais a forma do componente permanece essencialmente imutável, mas sofre mudanças de aparência e propriedades. 5. Processos de união, incluindo (a) união física, tais como aquelas por soldagem ou por difusão; e (b) união mecânica, tais como rebitamento, união eixo-cubo por contração e montagem mecânica CARACTERíSTICAS DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Existem quatro características principais em qualquer processo de fabricação, a saber: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 7

8 Geometria, tolerâncias, razão de produção ou produtividade e fatores ambientais e humanos. Geometria. Cada processo de manufatura é capaz de produzir uma família de geometrias. Dentro desta família há geometrias que podem ser produzidas somente com extraordinários custo e esforço. Por exemplo, o processo de forjamento permite a produção de componentes que podem ser facilmente extraídos de uma matriz, isto é, matrizes superior e inferior. Através do uso de matriz especial com partes deslizantes é possível obter peças com detalhes perpendiculares à direção de forjamento e com formas mais complexas. Tolerâncias. Nenhuma dimensão pode ser produzida exatamente como é especificada pelo projetista. Portanto, cada dimensão é associada a uma tolerância, assim como cada processo de fabricação permite a obtenção de certas tolerâncias dimensionais, de forma e acabamento superficial. A qualidade dessas dimensões, no entanto, pode ser melhorada pelo emprego de variantes mais sofisticadas destes processos e através de novos desenvolvimentos. Por exemplo, pelo uso do processo de fundição em cera perdida a vácuo é possível obter formas muito mais complexas com tolerâncias mais fechadas do que usando os processos com moldes de areia. Tolerâncias dimensionais servem a um duplo propósito: *Primeiro, elas permitem o funcionamento adequado dos componentes fabricados: por exemplo, um tambor de freio de automóvel deve ser circular, dentro de certos limites, para evitar vibrações e assegurar funcionamento correto dos freios. *O segundo propósito das tolerâncias dimensionais é proporcionar intercambiabilidade. Sem intercambiabilidade a capacidade de substituir um componente defeituoso (mil Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 8

9 rolamento, por exemplo) por um novo, de um fabricante diferente seria inimaginável na moderna produção seriada. Razão de Produção ou Produtividade. A razão de produção que pode ser atingida através de um dado processo de fabricação é provavelmente o seu aspecto mais significativo, porque ela indica os aspectos econômicos e a produtividade que pode ser atingida. Nos países industrializados, as indústrias de produção representam cerca de 30% a 40% do produto interno bruto. Conseqüentemente, a produtividade destas indústrias, isto é, a produção de componentes discretos, conjuntos montados e produtos por unidade de tempo, é o fator mais importante a influenciar o padrão de vida num país, assim como sua posição competitiva no mercado internacional de bens de produção. A razão de produção ou produtividade pode ser aumentada através da melhoria dos processos de fabricação existentes ou pela introdução de novos processos e máquinas, todos requerendo novos investimentos. Contudo, o ingrediente mais importante para o aumento de produtividade reside no ser humano e nos recursos gerenciais, uma vez que boas decisões em investimentos (quando, quanto e em que) são tomadas por pessoas bem treinadas e motivadas. Como resultado, o presente e o futuro da produtividade na fabricação dentro de uma fábrica, indústria ou nação dependem não somente do nível de investimentos numa nova fábrica e equipamentos, mas também do nível de treinamento e disposição dos engenheiros e especialistas em fabricação dentro destas entidades. Fatores Ambientais e Humanos. Todo processo de fabricação deve ser examinado visando a) seus efeitos ambientais, isto é, em termos de poluição do ar, água e sonora, b) sua interface com os recursos humanos, isto é, em termos de segurança humana, efeitos fisiológicos e psicológicos; e Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 9

10 c) seu uso de energia e recursos materiais, particularmente em termos de escassez de energia e materiais. Conseqüentemente, a introdução e uso de um processo de fabricação devem antes ser considerados com vistas a estes fatores ambientais PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO DE METAIS NA FABRICAÇÃO Processos de conformação de metais incluem [73]: a) processos de conformação maciça como o forjamento, extrusão, laminação e trefilação; e b) processos de conformação de chapas como dobramento, repuxo e estiramento. Entre o grupo de processos de fabricação discutido anteriormente, a conformação de metais representa um grupo altamente significativo de processos para produção industrial, componentes militares e bens de consumo. Um modo comum de classificar os processos de conformação dos metais é consideralos como conformação a frio (à temperatura ambiente) e a quente (a temperaturas acima da recristalização). Muitos materiais comportam-se diferentemente em diferentes temperaturas. Normalmente, a tensão de escoamento de um metal aumenta com o aumento da deformação durante a conformação a frio e com o aumento da taxa de deformação durante a conformação a quente. Entretanto, os princípios gerais que governam a conformação dos metais a várias temperaturas são basicamente os mesmos. Portanto, classificação dos processos de conformação baseados na temperatura inicial do material não contribui significativamente para o entendimento e melhoria destes processos. De fato, o projeto das ferramentas, máquinas, automação, manuseio de componentes e conceitos de lubrificação pode ser melhor considerado através de classificação baseada não na temperatura, mas sim na geometria específica de saída e entrada, assim como nas condições do material e da razão de produção. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 10

11 Geometrias complexas, tanto no processo de conformação maciço quanto no de chapas, podem ser obtidas igualmente bem por conformação a frio ou a quente. Evidentemente, devido à menor resistência ao escoamento dos materiais deformados a elevadas temperaturas, as tensões nas ferramentas e as cargas nas máquinas são, relativamente, menores na conformação a quente se comparadas àquelas na conformação a frio. Conformação é especialmente atrativa em casos em que: a) geometria dos componentes é moderadamente complexa e o volume de produção é grande, de maneira que o custo do ferramental por unidade produzida possa ser mantido baixo - por exemplo, em aplicações automobilísticas; e b) as propriedades e integridade metalúrgica dos componentes são extremamente importantes, como é o caso de aeronaves de carga, motores a jato e componentes de turbinas. O projeto, análise e otimização de processos de conformação requerem: a) conhecimento analítico referente ao fluxo metálico, tensões e transferência de calor, b) informações tecnológicas relacionadas com lubrificação, técnicas de aquecimento e resfriamento, manuseio de materiais, projeto e fabricação de matrizes e equipamentos de conformação VARIÁVEIS, CLASSIFICAÇÃO E DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO DE METAIS Na conformação de metais, um componente inicialmente simples - um tarugo ou uma chapa metálica, por exemplo - é plasticamente deformado entre as ferramentas (matriz ou estampo) para a obtenção da configuração final desejada. Portanto, um componente de geometria simples é transformado num outro complexo, em que as ferramentas guardam a geometria desejada e aplicam pressão ao material em deformação através da interface ferramenta-material. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 11

12 O processo de conformação de metais comumente produz pouca ou nenhuma sobra e a geometria final do componente aparece num curto período de tempo, normalmente com um ou poucos golpes de uma prensa ou martelo. Como resultado final, a conformação de metais apresenta um potencial para economia de energia e material - especialmente em médios e grandes lotes, em que o custo de ferramental pode ser facilmente amortizado. Além disso, para um dado peso, componentes produzidos por conformação exibem melhores propriedades mecânicas, metalúrgicas e confiabilidade do que aqueles produzidos por fundição ou usinagem. Conformação de metais é a tecnologia da experiência orientada. No decorrer dos anos, uma grande quantidade de conhecimento e experiência tem sido acumulada neste campo, na sua maioria pelo método da tentativa-e-erro. No entanto, a indústria de conformação de metais tem sido capaz de fornecer sofisticados produtos fabricados dentro das mais rígidas normas, usando ligas recentemente desenvolvidas e difíceis de conformar. Os fenômenos físicos que descrevem uma operação de conformação são de difícil expressão através de relações quantitativas. O fluxo de metais, o atrito na interface ferramenta-peça, a geração e transferência de calor durante o fluxo plástico do metal e o seu relacionamento com a microestrutura, as propriedades e as condições do processo são difíceis de prever e analisar. Freqüentemente, quando se produzem componentes discretos, várias operações intermediárias de conformação (pré-conformação) são necessárias para transformar a geometria inicial simples em uma complexa, sem causar danos ao material ou prejudicar suas propriedades. Conseqüentemente, o principal objetivo de qualquer método de análise é auxiliar o engenheiro de conformação no projeto de conformação e/ou seqüência de pré-formas. Para uma dada operação de conformação (pré-conformação ou conformação final), o projeto essencialmente consiste em [73]: a) estabelecer as relações cinemáticas (forma, velocidades, taxas de deformações, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 12

13 deformações) entre a parte deformada e a parte não deformada, isto é, prever o fluxo de metal; b) estabelecer o limite de conformabilidade, ou seja, determinar se é ou não possível a conformação sem rupturas internas ou na superfície do metal; e c) prever as forças e tensões necessárias para efetuar a operação de conformação a fim de que o ferramental e equipamento possam ser projetados ou selecionados. Para entender, projetar, dimensionar e otimizar a operação de conformação é útil: a) considerar o processo de conformação de metais como um sistema e b) classifica-lo de forma sistemática CONFORMAÇÃO DE METAIS COMO UM SISTEMA Um sistema de conformação metálica consiste de todas as variáveis de entrada, tais como [73]: 1) o tarugo ou "blank" (geometria e material), 2) o ferramental (geometria e material), 3) as condições na interface ferramenta-peça, 4) o mecanismo de deformação plástica, 5) o equipamento usado, 6) as características do produto final e, finalmente, 7) o ambiente da fábrica onde o processo está sendo conduzido. A maneira de encarar o problema do ponto de vista do "sistema" na conformação de metais permite o estudo da relação entrada-saída e dos efeitos das variáveis do processo na qualidade do produto e no aspecto econômico do processo. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 13

14 A chave para o sucesso na operação de conformação, isto é, para obter a forma e propriedades adequadas, é o entendimento e o controle do fluxo metálico. A direção deste fluxo, sua magnitude de deformação e a distribuição de temperatura envolvida afetam significativamente as propriedades do componente conformado. O fluxo metálico determina ambas as propriedades relacionadas com a deformação local e a formação de defeitos, tais como trincas ou dobras na superfície ou sob ela. O fluxo metálico local é, por sua vez, influenciado pelas variáveis do processo, as quais estão resumidamente relacionadas na Tabela CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL Para uma dada composição de material e uma história de deformação-tratamento térmico (microestrutura), a tensão de escoamento e a conformabilidade nas várias direções (anisotropia) são as mais importantes variáveis na análise de um processo de conformação de metais [73,77,78,79]. Para uma dada microestrutura, a tensão de escoamento, σ, é escrita como função da deformação ε, da taxa de deformação ε e da temperatura T: σ = F ε,ε, T (1.1) Para formular a Equação Constitutiva, Equação 1.1, é necessário conduzir testes de torção, de deformação plana, de compressão e testes de compressão uniforme. Durante qualquer desses testes, o trabalho plástico cria um certo aumento em temperatura, o qual deve ser considerado na estimativa e no uso dos resultados do teste. Atualmente estão sendo desenvolvidos modelos microestruturais e térmicos que podem determinar a tensão de escoamento, temperaturas, tamanho de grão, etc. O que irá contribuir em muito na redução de custos, na melhoria da qualidade do produto Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 14

15 e no aumento da produtividade [77,78,79,80]. Conformabilidade é a capacidade do material ser deformado sem apresentar ruptura; isto depende: a) das condições existentes durante o processo de deformação (tais como temperatura, taxa de deformação e a história anterior de tensão e deformação) e b) das variáveis do material (como a composição química, vazios internos, inclusões e microestrutura inicial). No processo de conformação a quente, gradientes de temperatura no material em deformação (por exemplo, devido a resfriamentos locais) também influenciam o fluxo metálico e os fenômenos de ruptura EQUIPAMENTO E FERRAMENTAL A seleção de uma máquina para um dado processo é influenciada pelo tempo, precisão e pelas características de carga-energia da mesma. A seleção do equipamento ótimo requer considerações do sistema completo de conformação, incluindo tamanho do lote, condições na fábrica, efeitos ambientais e necessidades de manutenção, assim como as necessidades de cada componente específico e do processo sob estudo. As variáveis de ferramental incluem: a) projeto e geometria, b) acabamento superficial, c) rigidez e d) propriedades mecânicas e térmicas sob as condições de utilização Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 15

16 Tabela Variáveis mais significativas num processo de deformação [73]. MATERIAL DO TARUGO *Tensão de escoamento como função da deformação, taxa de deformação, temperatura e microestrutura (equações constitutivas) *Conformabilidade como função da deformação, da taxa de deformação, temperatura e microestrutura (curvas limites de conformação) *Condições superficiais *Propriedades termo-físicas *Condições iniciais (composição química, temperatura, estados anteriores da microestrutura). *Efeitos de mudanças em microestrutura e composição química na tensão de escoamento e conformabilidade. FERRAMENTAL *Geometria das ferramentas *Condições superficiais *Material/dureza/tratamento térmico *Temperatura *Rigidez e precisão CONDIÇÕES NA INTERFACE FERRAMENTA-PEÇA *Tipo de lubrificante e temperatura de trabalho *Isolação e características de resfriamento na camada de interface *Lubrificação e tensão de cisalhamento ao atrito, *Características relacionadas à aplicação e remoção do lubrificante. ZONA DE DEFORMAÇÃO *Mecanismo de deformação, modelo usado para análise *Fluxo de metal, velocidade, taxa de deformação, deformação (cinemática). *Tensões (variação durante a deformação) *Temperaturas (geração e transferência de calor) EQUIPAMENTO USADO *Velocidade/razão de produção *Força/capacidade de conversão de energia *Rigidez e precisão PRODUTO *Geometria *Precisão dimensional/tolerâncias *Acabamento superficial *Microestrutura, propriedades mecânicas e metaiúrgicas AMBIENTE *Capacidade da mão-de-obra disponível *Poluição do ar e sonora e resíduos líquidos *Controle da produção e equipamentos disponíveis na fábrica Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 16

17 1.8 - CLASSIFICAÇÃO E BREVE DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO Os processos de conformação podem ser classificados em duas grandes categorias [73]: 1. Processos de conformação maciça (Tabela 1.2). 2. Processos de conformação de chapas (Tabela 1.3). Tabela Classificação dos processos de conformação maciça [73]. Forjamento Laminação Extrusão Trefilação Forjamento em matriz fechada com rebarba Forjamento em matriz fechada sem rebarba Cunhagem Eletro-recalque Forjamento por extrusão direta Forjamento por retroextrusão Endentação Forjamento isotérmico Forjamento de ogiva Forjamento em matriz aberta (forjamento livre) Forjamento orbital Forjamento de sinterizado Forjamento radial Recalque Laminação de chapas Laminação de perfis Laminação de tubos Laminação de anéis Laminação rotativa por penetração Laminação de engrenagens Laminação/forjamento Laminação transversal Laminação superficial Repuxo por torneamento Redução de tubos (Rocking) Extrusão sem lubrificação Extrusão a quente direta com lubrificação Extrusão hidrostática Trefilação com rolos Calibração de parede (Ironing) Estiramento de tubos Tabela Classificação dos processos de conformação para chapas [73]. Dobramento e flangeamento reto Conformação de recessos rasos Dobramento Escareamento por prensagem Conformação Calandragem em martelo Conformação eletromagnética Conformação de perfilados Conformação por explosão Entalhamento Conformação de perfis por estiramento (joggling) Conformação de perfis com rolos Repuxo profundo e flangeamento Conformação de chapas Rolagem por torneamento Conformação por estiramento Nervuramento Embutimento profundo (androforming) Conformação por Processo marform envelhecimento Conformação por Conformação com sapatas de borracha alongamento (creeping) Conformação e Hidroconformação com diafragma de borracha têmpera em matriz Conformação por abaulamento Conformação a vácuo Em ambos os casos, as superfícies do material deformado e das ferramentas estão em Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 17

18 contato e o atrito entre elas tem grande influência no processo. No forjamento maciço, o material inicial é um tarugo, barra ou vergalhão e um aumento considerável na taxa superfície-volume ocorre no componente conformado. Na conformação de chapas, um blank de chapa (platina) é plasticamente transformado em um objeto tridimensional sem qualquer mudança significativa na espessura da chapa original ou nas características superficiais. Processos que se enquadram na categoria de conformação maciça têm as seguintes formas distintas: *O componente passa por uma grande deformação plástica, resultando numa apreciável mudança de forma e seção transversal. *A porção do componente que sofre deformação plástica é, geralmente, muito maior do que aquela que sofre deformação elástica, portanto o retorno elástico é insignificante (conformação a quente). Exemplos de processos de conformação maciça são extrusão, forjamento, laminação e trefilação. As características dos processos de conformação de chapas são: *O componente é uma chapa ou é fabricado a partir de uma chapa. *A deformação normalmente causa mudanças significativas na forma, mas não na seção transversal da chapa. *Em alguns casos, a magnitude da deformação plástica permanente é comparável à deformação elástica, portanto, o efeito mola ou retorno elástico pode ser significativo. Exemplos de processos que se enquadram nesta categoria são o dobramento convencional com dois apoios somente ou com estampos macho-fêmea, repuxo profundo, conformação por estiramento e com punção flexível. Alguns processos podem ser enquadrados em ambas as categorias (conformação maciça ou de chapas), dependendo da configuração do produto. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 18

19 Por exemplo, na redução da espessura da parede de um tubo, partindo-se de um tubo de parede grossa, o processo de trefilação poderia ser considerado como de conformação maciça. Por outro lado, se o blank inicial fosse uma lata fabricada com chapa fina, a trefilação seria considerada como conformação de chapas. 1.9 REVISÃO DE ESTRUTURA CRISTALINA CRISTALINIDADE. Uma molécula tem uma regularidade estrutural, porque as ligações covalentes determinam um número específico de vizinhos para cada átomo e a orientação no espaço dos mesmos. Portanto, uma repetição deve existir ao longo de um polímero linear. A maioria dos materiais de interesse para o engenheiro tem arranjos atômicos, que também são repetições, nas três dimensões, de uma unidade básica. Tais estruturas são denominadas cristais [75]. A repetição tridimensional nos cristais é devida à coordenação atômica no interior do material; adicionalmente, esta repetição, algumas vezes, controla a forma externa do cristal. A simetria hexagonal dos flocos de neve é, provavelmente, o exemplo mais familiar deste fato. As superfícies planas dos cristais de pedras preciosas e quartzo (SiO 2 ) são todas manifestações externas dos arranjos cristalinos internos. Em todos os casos, o arranjo atômico interno persiste mesmo que as superfícies externas sejam alteradas. Por exemplo, a estrutura interna de um cristal de quartzo não é alterada, quando as suas superfícies são desgastadas para formar grãos de areia. Analogamente, há um arranjo hexagonal das moléculas de água, quer nos cubos de gelo, quer nos flocos de neve. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 19

20 Fig Estrutura cristalina. A cristalização do sal comum na forma de cubos decorre da estrutura cristalina cúbica do NaCI. O MgO tem a mesma estrutura [75] SISTEMAS CRISTALINOS. Qualquer empacotamento atômico deverá se encaixar em um dos sete principais tipos de cristais. Estes estão intimamente associados com o modo pelo qual o espaço pode ser dividido em volumes iguais, pela interseção de superfícies planas. O mais simples e mais regular deles envolve três conjuntos. Mutuamente perpendiculares, de planos paralelos, igualmente espaçados entre si, de forma a dar uma série de cubos. Podemos, também, descrever esta divisão da maneira mostrada na Fig. 1.2, através de espaçamentos iguais em um sistema de eixos ortogonais. Outros métodos de divisão do espaço incluem as combinações mostradas na Tabela 1.4. Fig Células cúbicas. O espaço está dividido por três conjuntos de planos paralelos, igualmente espaçados. Os eixos de referência x, y e z são mutuamente perpendiculares. Cada ponto de interseção é equivalente [75]. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 20

21 Esses sete sistemas incluem todas as possíveis geometrias de divisão do espaço por superfícies planas contínuas. A maior parte dos cristais é geralmente de sistema cúbico. Entre os exemplos, inclui-se a maior parte dos metais comuns (com exceção do magnésio e do zinco, que são hexagonais) e alguns dos mais simples compostos cerâmicos tais como MgO e TiC. Tabela 1.4. Geometria dos Sistemas Cristalinos [75] CRISTAIS CÚBICOS. Os átomos podem ser agrupados, dentro do sistema cúbico, em três diferentes tipos de repetição: cúbico simples (cs), cúbico de corpo centrado (ccc) e cúbico de faces centradas (cfc). Cada tipo será considerado separadamente, preocupando-se apenas com os metais puros que têm apenas uma espécie de átomo. Estruturas mais complexas, que contêm dois tipos de átomos, serão analisadas nos capítulos que se seguem: Cúbico simples. Esta estrutura, que está mostrada na Fig. 1.3, é hipotética para metais puros, mas nos fornece um excelente ponto de partida. Além das três dimensões axiais, a, serem iguais e os três eixos mutuamente perpendiculares, há posições equivalentes em cada célula. Por exemplo, o centro de uma célula tem vizinhanças idênticas ao centro da célula seguinte e ao de todas as células unitárias do cristal. Analogamente, os cantos direitos inferiores (ou qualquer outra posição específica) de todas as células unitárias são idênticos. Descrever uma célula unitária é descrever o cristal todo. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo - IFES 21

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