Quando são submetidos à ação de forças exteriores, os metais sofrem deformações, que podem ser elásticas ou plásticas de acordo com a magnitude das forças aplicadas. Os mecanismos mediante os quais se deformam os metais são basicamente os seguintes:
1. Deformação por deslizamento 2. Deformação por maclação
Dos três mecanismos, o mais importante é o deslizamento, sendo muito pouco freqüente as bandas de deformação e de dobramento, motivo pelo qual não serão analisadas. A maclação, por sua parte, se bem que produz pouca deformação em si, permite o prosseguimento do deslizamento, com se verá na análise a seguir.
1.9.9.1 - DEFORMAÇÃO POR DESLIZAMENTO
A deformação plástica ocorre normalmente nos metais através do deslizamento de blocos do cristal, uns sobre os outros, ao longo dos planos cristalográficos bem definidos que são chamados planos de deslizamento. Numa aproximação grosseira, o deslizamento, ou escorregamento, de um cristal pode ser considerado análogo à distorção produzida quando se espalha um baralho sobre a mesa, empurrando uma de suas extremidades. A figura (1.21) ilustra esta visualização clássica do deslizamento.
Figura 1.21 - (a) orientação dos cristais antes da aplicação da deformação; (b) orientação após a aplicação da deformação sem qualquer restrição para o deslizamento; (c) orientação após a aplicação da deformação com a presença de restrições para o deslizamento (garras do equipamento de ensaio de tração)
1.9.9.2 – TENSÃO CRÍTICA DE CISALHAMENTO
plasticamente a uma velocidade apreciável. Abaixo desta tensão o material se encontra na zona elástica e somente pode-se deformar a velocidade de deformação muito baixa e com grandes tempos.
O deslizamento é produzido por tensões tangenciais atuando nos planos de deslizamento. Tem-se provado experimentalmente que é necessário que a tensão de corte no plano e na direção de deslizamento alcance um certo valor crítico, para que o cristal comece a deformar-se plasticamente. A tensão mínima sob a qual se produz deformação plástica no sistema de deslizamento dado, se denomina tensão crítica de
cisalhamento.
A determinação da tensão crítica de cisalhamento para um sistema de deslizamento, efetua-se em função da força externa aplicada sobre o cristal e da orientação do sistema de deslizamento em relação a aquele de aplicação da força externa.
Para simplicidade de análise considera-se o que ocorre num monocristal cilíndrico sujeito a um esforço de tração segundo seu eixo (figura 1.22).
1. Na superfície transversal (S) do cilindro atua a força de tração (P) na direção do eixo do cilindro (E).
2. O plano de escorregamento de superfície (S') está inclinado de um determinado ângulo (θ); este ângulo corresponde à inclinação da normal do plano de escorregamento (B) em relação ao eixo do cilindro (E).
3. A relação entre as superfícies (S) e (S') fica então estabelecida: S' = S/cos(θ)
4. A força de tração (P) pode ser decomposta em uma força normal (Pn) ao plano de escorregamento na direção da normal (B) e uma força tangencial (Pt) na direção da reta (C), que é a linha de maior inclinação no plano de escorregamento.
Figura 1.22 - Análise de esforços em um monocristal cilíndrico.
5. As expressões da força (P) decomposta ficam:
Pn = Pcos(θ) Pt = Psen(θ)
6. A força decomposta (Pt) é a força de cisalhamento que atua no plano de escorregamento; a tensão de cisalhamento é calculada pela relação:
) cos( ). sen( ' ' θ θ τ S P S Pt = =
e como σ =P S é a tensão de tração, tem-se:
) cos( ). sen( ' σ θ θ τ =
7. Contudo, apenas eventualmente a direção cristalográfica de escorregamento (D) coincide com a direção de linha de maior inclinação (C); em geral elas formam um ângulo (β), no plano de escorregamento.
8. Assim, para calcular a tensão de cisalhamento atuante no plano de escorregamento e na direção de escorregamento é necessário nova decomposição de força nessa
direção (D). ) cos( ' β τ τ = ou ) cos( ). cos( ). sen( . θ β θ σ τ =
Analisando então a expressão que permite calcular a tensão crítica de cisalhamento, decomposta e atuante no plano e direção de escorregamento, pode-se notar que:
a. O valor máximo da tensão de cisalhamento em função do ângulo e de inclinação do plano de escorregamento em relação ao eixo de tração ocorre quando θ = 45O
.
b. Para ângulos e maiores e menores do que 45O as tensões são menores, e no caso do ângulo aproximar-se de 90O a tendência da força de tração é provocar mais a separação dos átomos entre si do que o deslizamento do átomo, uns em relação aos outros.
O critério de escorregamento estabelecido por essa expressão, que se constitui numa lei de definição do fenômeno, sofre alterações para alguns metais com o surgimento de escorregamentos transversais de escorregamento principais e retomo posterior às direções originais ou escorregamentos conjugados.
2 - FORJAMENTO
O forjamento é, com absoluta certeza, o mais antigo dos processos detransformação mecânica de metais, com registros datando de cerca de 7.000 anosatrás. Há evidências de que o forjamento foi usado no Egito antigo, Grécia, Pérsia,Índia, China e Japão para a fabricação de armas, jóias e uma variedade deutensílios. Naquela época, os artesãos que dominavam as técnicas do forjamentoeram tratados com muito respeito e consideração. Por volta de 1600 A.C., na ilha de Creta antiga, placas de pedra gravadas eram usadas como matrizes paragravação em ouro e prata. Isto evoluiu para a fabricação de moedas, medianteum processo semelhante, cujos registros datam de cerca de 800 A.C. Matrizes mais complexas foram usadas em Roma, por volta de 200 A.C. A evolução do forjamento permaneceu estagnada durante muitos séculos, até o surgimento domartelamento com guia, no final do século VIII D.C. Este desenvolvimento permitiu o ingresso definitivo do forjamento na indústria, como processo de fabricação.
Atualmente, o forjamento é um importante processo industrial, largamente utilizado na fabricação de componentes de elevada resistência para aindústria automotiva, aeroespacial e outras aplicações. Tais componentes incluem eixos de manivela para motores (virabrequins), bielas, engrenagens, componentesestruturais para aeronaves e peças para turbinas de motores a jato. Além disso,lingotes de aço e outras ligas metálicas são submetidos a operações primárias de forjamento, produzindo formas básicas que são subseqüentemente usinadas.
2.1 - DEFINIÇÃO
Forjamento é um processo de conformação no qual modificam-se a geometria, as dimensões e as propriedades mecânicas de um corpo metálico pela ação de tensões compressivas diretas.
A ação das matrizes se dá mediante a aplicação de golpes rápidos e repetidos (martelos de queda livre ou acionados) ou pela aplicação lenta de intenso esforço compressivo (prensas hidráulicas, excêntricas e de parafuso).
2.2- CLASSIFICAÇÃO
2.2.1- . TEMPERATURA DE TRABALHO
a) FORJAMENTO A QUENTE
• mais comum
• formas simples (matriz aberta)
• formas complexas (matrizes fechadas) • recuperação e recristalização
• oxidação e contração térmica: sobremetais
b) FORJAMENTO A FRIO
• para peças de geometrias mais simples • encruamento
Figura 2.1 –Forjamento a quente de peças simples
2.3 - GRAU DE RESTRIÇÃO AO FLUXO DE METAL