7.1 TEC. MET. - FUND.S CONF. PLÁST. 17.2

(1)

Conformação dos metais

usinagem laminação Processos mecânicos (aplicações de tensões) (  ) Conformação por deformação plástica ( LE    LR )

(sem perda de material)

Conformação por Usinagem

(   LR)

(com retirada de cavaco)

Laminação Trefilação Extrusão Forjamento Estampagem Torneamento Fresamento Planamento Retifícação Lingotamento contínuo Peça

(2)

Conformação dos metais

Processos metalúrgicos (aplicação de temperaturas) ( T ) Conformação por solidificação (T  Tfusão) Conformação por sinterização (T Tfusão) Fundição Lingotamento Soldagem Metalurgia do pó

(3)

PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA

3 LAMINAÇÃO

TREFILAÇÃO

FORJAMENTO

EXTRUSÃO

(4)

REGIÃO PLÁSTICA: DEF. ELÁSTICA + DEF. PLÁSTICA

Comportamento

 x :

Avaliação: Para a tensão _F

Qual a deformação elástica e plástica?

HELMAN H. e CETLIN P. R., Fundamentos da Conformação Mecânica dos Metais, Ed. Guanabara Dois.

Tensões  Deformações

(5)

TENSÃO X DEFORMAÇÃO - ENSAIO DE TRAÇÃO

Estricção

Região entre B e C:

Instabilidade

Estricção

Concentração de tensão

Micro poros

Não utilizada

(6)

ENSAIO DE TRAÇÃO - DUCTILIDADE

 A ductilidade é a propriedade física dos materiais de

suportar a deformação plástica, sob a ação de cargas,

sem se romper ou fraturar.

• Cálculo da Ductilidade:

Pelo Alongamento

Pela Redução de Área

(7)

APLICAÇÃO DO ALONGAMENTO

Alongamento: A deformação plástica após a ruptura.

Calcular o alongamento sofrido por um CP de12 mm que,

submetido a uma força axial de tração, ficou com 13,2 mm

de comprimento.

A = l

_f

- l

_o

= 13,2mm – 12mm = 0,1 mm/mm ou 10%

lo 12mm

0,1mm/mm indica que ocorreu uma deformação

de 0,1mm por 1mm de dimensão do material

.

(8)

Cálculo da ductilidade pela Redução de Área ou Estricção

No caso de corpos de prova cilíndricos

S

₀

=

d

₀2

e S

f

=

d

f2

4 4

R.A. (%) =

/4 (d

₀2

–df

2

)100 = (d

02

– d

f2

)100

/4.d

₀2

d

02

REDUÇÃO DA ÁREA DA SEÇÃO

R.A.(%) = (S

₀

– S

_f

)100

S

₀

(9)

-Tensão de engenharia:  = P/S

₀

-Deformação de engenharia:  = l – l

₀

l

₀

ENSAIO DE TRAÇÃO

Cálculo da deformação elástica no LE

Aço ASTM A36: LE = 250MPa E = 210.000MPa  = E  = /E  = LE/E = 250MPa/210.000MPa  = 0,00119 mm/mm  = 0,119%  0,12%

(10)

Variação das Propriedades Mecânicas com o teor de carbono

10 ENSAIO DE TRAÇÃO

(11)

MATRIAIS DÚCTEIS E FRÁGEIS

Alumínio Cobre

Aços de baixo carbono Concreto

Ferros fundidos

Dúctil Frágil CONCRETO (Frágil)

Dúctil – alta estricção)

(12)

ASTM = American Society for Testing and Materials

Fase

elástica Fase _plástica Fase de _ruptura Deformação,  (%)

T en sã o ,  ( M P a)

LE

LR

RUP. P at am ar d e es co am en to E nc ru am en to E st ric çã o (in st ab ili da de ) A min. 20% em 200mm 400-550 Min. 250

CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO

(13)

AVALIAÇÃO

13 a- Como se determina a Resistência?

b- Como se determina a Rigidez?

c- Como se determina a Ductilidade?

Resp. a) LE = Q/So e LR = Qmáx./So.

b) E =

/

;

onde:



= Q/So e



= l/lo. c) Alongamento, A(%) = (lf – lo) 100/lo. LE

LR

(14)

DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS À

TRAÇÃO DE MATERIAIS METALICOS NBR- 6152

14

NA PRÁTICA INGLÊS NBR- 6152

Deslocamento (l) - Alongamento

Deformação(l/l₀) Deformation Alongamento Percentual

Alongamento (A) Elongation Alongamento Percentual após a

ruptura

Limite de Escoamento (LE) ou _r Yield Strength Limite de Escoamento

(15)

DIMENSIONAMENTO



adm

= Tensão admissível (que se admite possível)

PARA ESTRUTURAS METÁLICAS:

ABNT-NBR-8800 Cálculo e execução de estruturas de aço



adm

= LE/CS, onde CS (coeficiente de segurança) vale 1,7



_adm

= LE/1,7

p/ o aço ASTM A36 



adm = 250MPa/1,7 = 147MPa



_trabalho

_



_adm

(16)

Para

Vasos de Pressão

, código ASME-American Society

of Mechenical Engineens, materiais dúcteis e

temperaturas dentro da faixa de fluência

Temp. de trabalho ≥ ½ Temp. de fusão do material, o

menor dos seguintes valores:

 LR/4

 LE/1,6

 Tensão que causa uma deformação de 1% em 100.000

h

Turbina a vapor

Esfera

(17)



Aplicação de tensão acima do LE (deformação plástica)

Calandragem

Deformações finais de quadrados submetidos a mesmo carregamento inicial e final, mas sob diferentes “caminhos”.

(18)

Detalhe da curva tensão-deformação.

(a) evidenciando o campo elástico e (b) evidenciando o campo plástico

GRAFÍCO TENSÃO DEFORMAÇÃO

(a) (b)

(19)

(20)

(21)

(22)

CRITÉRIOS DE ESCOAMENTO

a- Tensão necessária para causar 0,2% de deformação plástica.

(Teoria da máxima tensão axial)



1

= Y (tração pura); Y = Limite de escoamento

b- Critério de Tresta (1865):

(Teoria da máxima tensão cisalhante)



máx.

= (



1

-



3

)/2 = Y

c- Critério de Von Misses:

(Teoria da máxima energia de distorção)

Y =

2 G = E/2(1 +

);



adm = LE/N

_Y

ou LR/N

_LR

Tresta  critério da máxima

(23)

Struttura metallurgica di un cordone di

saldatura rapportato al diagramma Fe

₃

C

Zona Fundida

Zona de Ligação Zona Afetada pelo Calor Metal de Base

Temperatura

(24)

Esempio di schema di raccolta punti durezza

Microdureza

Dureza Vickers

(25)

(26)

TUBOS SOLDADOS A ALTA FREQUÊNCIA (HF)

COMAFAL – COMERCIO E INDUSTRIA DE FERRO E AÇO LTDA

RODOVIA ESTRADA VELHA, 142 – DISTRITO INDUSTRIAL –CABO DE SANTO AGOSTINHO - PE Os tubos com costura são produzidos na COMAFAL com a soldagem por Alta Frequência (HF)

Solda H.F. Cordão de solda Rolo de pressão Corrente Bobina de indução Mandril Cordão De solda Região de soldagem

O processo é bastante usado na fabricação

(soldagem longitudinal) de tubos e perfis de aço, com uma grande velocidade de soldagem (até cerca de 300 m/min).

(27)

(28)

ENSAIO DE ACHATAMENTO (TUBO DE SEÇÃO CIRCULAR)

Determina a qualidade da solda quanto a sua ductilidade

(29)

Processos de Conformação Plástica

Conformação Plástica a frio

Temperatura de

Recristalização

Conformação Plástica a quente

Temperatura do processo de conformação (°C)

METAL INICIO DE RECRISTALIZAÇÃO (°C)

Pb, Sn 0 Zn 10 Al, Cu, Au 200 Fe 400 Ni 600 Mo 900 W 1200

(30)

CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO PLÁSTICA:

CONFORMAÇÃO À FRIO

: o trabalho a frio é a

deformação realizada sob condições em que os

processos de recuperação e recristalização não ocorrem.

CONFORMAÇÃO À QUENTE: 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.

CONFORMAÇÃO À MORNO

: no trabalho a morno ocorre

recuperação, mas não se forma novos grãos (não há

(31)

(32)

LAMINAÇÃO A QUENTE:

T

_homologa

= T

_trabalho

 0,6

T

_fusão D ef . p lá st ic a R ec u p er aç ão R ec ri st al iz aç ão C re sc im en to d e g rã o

a) Trabalho a frio b) Recuperação c) Recristalização

(0,3 a 0,5Tf) (acima de 0,5Tf)

CONFORMAÇÃO PLÁSTICA A QUENTE

Q U E N T E F R I O

(33)

DEFORMAÇÃO A FRIO VERSUS RESISTÊNCIA DE AÇOS

CARBONO

(34)

APLICAÇÃO

Necessita-se de uma barra de latão 70-30 com um

diâmetro de 5,4mm, uma resistência de mais de

42kgf/mm

2

e uma elongação de mais de 20%.

A barra deve ser obtida a partir de uma outra maior, cujo

diâmetro é de 8,9mm.

Especificar as etapas de processamento necessárias

para a obtenção da barra de 5.4mm.

34 Processo de

Conformação

Plástica ?

(35)

RESPOSTAS - LATÃO 70Cu-30Zn

Para atender uma resistência de mais de 42kgf/mm2 :

Deformação a frio > 15%

35

• _{Para atender uma elongação}

de mais de 20% :

(36)

Deformação a frio > 15% para a Resistência

Deformação a frio < 23% para o alongamento

Valor médio = (23 + 15)/2 = 38/2 = 19

 20%

Portanto, na última etapa deve-se provocar 20% de

deformação a frio.

Fórmula da Redução de Área, RA (%) = (Ai - Af )100

Ai

36 MEMORIA DE CÁLCULO

(37)

RESPOSTAS - LATÃO 70Cu-30Zn

Cálculo do diâmetro anterior a 5,4mm para obter 20% deformação

plástica a frio:

DF = Redução de Área por Deformação Plástica a Frio

DF = (di

2

– df

2

) 100 20% = (di

2

– 5,4

2

) 100 di = 6,0mm

di

2

di

2

Faz-se a redução de 8,9mm para 6,0mm ou por deformação a

quente ou por um ou mais ciclos de deformação a frio e

recozimento.

A barra deve ser recozida com um diâmetro de 6,0mm.

Finalmente, por trabalho a frio, reduz-se de 6,0mm para 5,4mm.

(38)

(39)

EMPRESAS DE BENS DE CAPITAL → CALDEIRARIA

O critério econômico é determinante nos projetos não-seriados, sendo

a fase orçamentária muitas vezes que determina o fechamento ou não

de um contrato.

Orçamentos competitivos bem elaborados, rotinas de produção

eficientes, baixo estoque, fornecedores confiáveis, foco no cliente, no

prazo e na qualidade, tudo isso faz parte do dia-a-dia dessas

empresas.

(40)

VARIÁVEIS METALÚRGICAS

MECANISMOS DE ENDURECIMENTO

(Strengthening Mechanisms)

(41)

VARIÁVEIS METALÚRGICAS

1- Endurecimento por Solução Sólida

(Sólid-Solition Hardening)

(42)

VARIÁVEIS METALÚRGICAS

2- Endurecimento por Deformação Plástica a Frio

(Strain Hardening)

42

PR

(43)

VARIÁVEIS METALÚRGICAS

ENDURECIMENTO POR REFINO DE GRÃO (GRAIN REFINING)

Eq. Hall e Petch



_e

=



₀

+ k

_y

.d

-1/2

Onde, 

_e

= Limite de Escoamento



₀

e k

_y

são constantes do material

d = Diâmetro médio dos grãos em mm.

Obs.: O Refino de Grão aumenta simultaneamente a

Resistência e a Ductilidade

43

(44)

TAMANHO DE GRÃO – PRINCIPAL VARIÁVEL METALÚRGICA

MEDIÇÃO DO TAMANHO DE GRÃO (T.G.): OU

N = 2

n-1

onde:

N = número de grãos/ pol2 com aumento de 100 vezes

n ou G= número de Tamanho de Grão ASTM (1  n  12)

Determinação do TG através da análise de imagem

(45)

AUSTENITA

MARTENSITA

TRANSFORMAÇÃO ALOTRÓPICA COM AUMENTO DE VOLUME,

que leva à concentração de tensões

VARIÁVEIS METALÚRGICAS

4 – Endurecimento por reação Martensítica

(MARTENSITE REACTIONS)

de face centrada

(46)

5- ENVELHECIMENTO

Endurecimento devido a partículas finas ou Envelhecimento

(Precipitation Hardening)

Estágios da passagem de uma Discordância entre duas Partículas de Precipitado

Mecanismo de Orowan para a interação de discordâncias com partículas incoerentes.