Processos de conformação mecânica: Laminação dos Metais

Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Processos Discretos de Produção Prof. Cíntia Mazzaferro

Cursos de Graduação em Design de Produto, em Engenharia de Produção e em Engenharia

de Controle e Automação

Processo de conformação mecânica que consiste na passagem de um material entre cilindros que giram em sentido contrário, alterando suas dimensões e formas. Podem ser produzidos produtos planos e não-planos através deste processo.

Laminação

X (RD = direção de laminação)

Y (ND = direção normal à de laminação)

Z (TD = direção transversal à de laminação)

Características do Processo

• A passagem do material pelos cilindros se dá através da força de atrito que atua entre as superfícies do material e dos cilindros. Essa força é proporcional ao coeficiente de atrito entre o material e os cilindros e à força normal na superfície de contato.

• Anisotropia: Após a laminação, o material usualmente fica “com textura”: Percebe-se uma diferença entre a forma dos grãos e também entre as propriedades mecânicas em distintas orientações do material em relação à direção de laminação.

Fonte: www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=ADA562290

Esquema mostrando a forma dos grãos em diferentes orientações em relação à de laminação (RD).

Laminação: características Exemplo de anisotropia:

Efeito da orientação do corpo de prova nas propriedades (em tração) de uma liga

de magnésio, submetida à compressão em diferentes temperaturas, após

laminação. Adaptado de Man e al. 2013.

Met

od

olo

gia

Direção de Compressão

30 m 30 m 30 m

Direção de Laminação (RD)

Tran

sver

sal à

Dir

eção

d

e La

min

ação

(TD

)

30 m

Compressão 350 0C Compressão 400 0C Compressão 500 0C Como laminado

Anisotropia nas propriedades mecânicas

Microestruturas resultantes de acordo com a temperatura

Laminação a quente

A operação inicial dos lingotes, conhecida como laminação de desbaste, é realizada a quente (no laminador desbastador), pois dessa forma pode-se obter grandes reduções de seções transversais, uma vez que se trabalha a temperaturas acima da temperatura de recristalização do material.

Observação: na produção contínua de lingotes

(lingotamento contínuo), se produzem placas diretamente da máquina, evitando-se uma série de operações de laminação.

Fon

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Esquema da evolução microestrutural de um material sendo laminado a quente.

Laminação a quente

Normalmente utilizada nas operações finais (de acabamento).

Comparada com a laminação a quente, são obtidas menores reduções de seção transversal, mas melhores propriedades mecânicas (maiores resistências) e melhor acabamento superficial (utiliza cilindros mais lisos e, além disso, como não são utilizadas temperaturas elevadas, não há formação de óxidos superficiais), assim como grande precisão dimensional.

Laminação a frio

Laminação a frio

Microestruturas típicas obtidas após a laminação a frio de um aço austenítico.

Após o mesmo grau de deformação, as amostras

foram recozidas durante 30 min em temperaturas de :

(a) 600 0C; (b) 700 0C; (c) 800 0C; (d) 900 0C.

De acordo com Shakhova et al. 2012.

Esquema mostrando etapas de laminação

efetuadas em diferentes

temperaturas para otimizar a

microestrutura e propriedades

mecânicas resultantes em um aço.

(Tnr=temperatura de não-recristalização). De acordo com Gorni

& Mei (2003).

Laminação: controle da microestrutura final

São constituídos basicamente por:

• Cilindros (de ferro fundido coquilhado superficialmente ou aço endurecido superficialmente);

• Mancais (suportam os cilindros);

• Carcaça (gaiola ou quadro) para fixar os elementos;

• Motor (fornece potência aos cilindros e controla a velocidade de rotação).

Laminadores

Laminadores: tipos

-Laminador duo não-reversível: material só pode ser laminado em um sentido (sentido do giro dos cilindros não pode ser invertido)

-Laminador duo reversível: a inversão da rotação dos cilindros permite que a laminação ocorra nos dois sentidos de passagem entre os rolos.

Laminador duo: composto por dois cilindros.

Pode ser classificado como:

Os cilindros sempre giram no mesmo sentido. Porém, o material pode ser laminado nos dois sentidos, passando-o alternadamente entre o cilindro superior e o intermediário e entre o intermediário e o inferior.

Laminadores: tipos

Laminador trio: composto por três cilindros.

Laminador quádruo (pode ser reversível ou não); utilizado para a laminação de materiais finos. Como os cilindros de trabalho são de pequeno diâmetro,eles podem fletir em operação, e devem então ser apoiados por cilindros de encosto.

Laminador agrupado: quando os cilindros de trabalho são muito finos, podem fletir tanto na direção vertical quanto na horizontal e devem ser apoiados em ambas as direções; um deste tipo de laminador é o Sendzimir. Com ele podem ser produzidas folhas de aço inox com espessuras entre 5 e 50 m.

Laminadores: tipos

•Trem de laminação: série de laminadores; para produção em larga escala. Cada cadeira produz uma redução diferente, com sincronismo de velocidades.

Esquema da laminação de tiras em um laminador contínuo de quatro cadeiras.

Laminadores: tipos

Arranjo dos rolos em um laminador planetário: par de rolos pesados de apoio envolvido por um grande número de rolos planetários.

•Laminador planetário: reduz a quente uma placa diretamente para uma fita em um único passe através do laminador.

Laminadores: tipos

Com costura

•Chapa laminada é dobrada e então soldada.

Laminação de Tubos

Sem costura

•Diâmetro interno é produzido através da passagem de um mandril.

Laminação de Barras e Perfis

• São utilizados rolos ranhurados para transformar lingotes em barras de seção circular e hexagonal e perfis estruturais como vigas em I, calhas e trilhos. A laminação é realizada a quente.

• A seção transversal do metal é reduzida em suas direções; entretanto, em cada passe o metal é normalmente comprimido em uma direção (no passe subseqüente é girado em 90o).

Laminação de barras e perfis estruturais

Laminação: barras e perfis

Laminadores: tipos

Laminação de Roscas

• Maior aproveitamento de material, maior produtividade e melhores propriedades mecânicas das roscas quando comparado à usinagem.

Esquema do processo de laminação de roscas

Vantagens da laminação

• Possibilidade de produção de placas, chapas, tiras e diferentes barras e perfis

• Alta produtividade

• Bom a excelente controle dimensional

• Boas a excelentes propriedades mecânicas dos produtos obtidos

• M.P. Groover, Fundamentals of modern manufacturing. 4th ed., New Jersey, Prentice Hall, 2010.

• Mechanical Metallurgy (SI Metric Edition). George E. Dieter. McGraw-Hill. 2001.

• W. Callister Jr. Fundamentals of materials science and engineering.

• L. Van Vlack. Princípios de ciências dos materiais. Editora Edgar Blücher. 1981.

• J. Ma, X. Yang, H. Sun,Q. Huo, J.Wang, J. Qin. Anisotropy in the mechanical properties of AZ31 magnesium alloy after being compressed at high temperatures (up to 823 K). Materials Science & Engineering A 584 (2013) 156-162.

• I. Shakhova, V. Dudko, A. Belyakov, K. Tsuzaki, R. Kaibyshev. Effect of large strain cold rolling and subsequent annealing on microstructure and mechanical properties of an austenitic stainless steel. Materials Science and Engineering A 545 (2012) 176-186.

• A.A. Gorni, P.R. Mei. Aços alternativos ao HY-80 sem a necessidade de aplicação de têmpera e revenido. REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 56 4 (2003) p. 287-293.

Bibliografia