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Núcleo de Mecânica

Disciplina: Conformação Mecânica

Prof. Jalon de Morais Vieira - Prof. Márcio Silva Alves Branco/Complemento - Prof. Gilberto de Castro Timotheo

1 - INTRODUÇÃO

É o nome genérico dos processos em que se aplica uma força externa sobre a

matéria-prima, obrigando-a a tomar a forma desejada por deformação plástica. O volume e a

massa do metal se conservam nestes processos.

As vantagens principais são: bom aproveitamento da matéria-prima; rapidez na

execução; possibilidade de melhoria e controle das propriedades mecânicas do material,

de par com a homogeneização da microestrutura. Por exemplo: bolhas e porosidade em

lingotes fundidos podem ser eliminados através de conformação mecânica a quente,

melhorando a ductilidade e a tenacidade; a dureza do produto pode ser controlada. Há

casos em que controle preciso do grau e velocidade da deformação, assim como da

temperatura, durante o processo, permitem otimizar a estrutura e as propriedades

mecânicas do produto.

E importante observar, contudo, que o ferramental e os equipamentos para

conformação mecânica são comumente caros, exigindo normalmente grandes produções para

justificar-se economicamente.

2 - CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO

O número dos diferentes processos unitários de conformação mecânica,

desenvolvidos para aplicações específicas, atinge atualmente algumas centenas . Não

obstante, é possível classificá-los num pequeno número de categorias.

2.1 - CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO ESFORÇO CONFORMANTE

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a) Processos de Compressão Direta:

A força é aplicada na superfície do material o qual escoa perpendicularmente à direção

de compressão. As classes principais são:

FORJAMENTO: conformação através de esforços compressivos tendendo a fazer o

material assumir o contorno da ferramenta conformadora;

LAMINAÇÃO: conjunto de processos em que se faz o material passar através da

abertura entre rolos que giram, modificando-lhe a secção transversal. Os produtos

podem ser placas, chapas, barras de diferentes secções, trilhos, perfis diversos, anéis,

e tubos.

b) Processos de Compressão Indireta:

O esforço primariamente aplicado pode ser ou não compressivo; mas a força

diretamente responsável pela conformação é constituída em grande parte pela reação

compressiva da ferramenta (matriz) sobre o material. Exemplos:

TREFILAÇÃO: redução da secção transversal de uma barra, fio ou tubo, puxando-se a

peça através de uma ferramenta (fieira, ou trefila) com forma de canal convergente;

EXTRUSÃO: processo em que a peça é empurrada contra a matriz conformadora,

tendo reduzida a sua secção transversal, e ficando a parte ainda não extrudada contida

num recipiente ou cilindro (container); o produto pode ser uma barra, perfil ou tubo;

EMBUTIMENTO: fabricação de peças em forma de recipiente a partir de retalhos

planos de chapa, forçando-se a chapa a penetrar no orifício de uma matriz por meio de

uma ferramenta convexa (estampo, ou punção) cujo contorno é igual ao que se deseja

imprimir à peça.

Obs . Neste caso somente a aba (flange) da peça fica submetida a tal tipo de esforço.

c) Processos de Tração:

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O esforço conformante primariamente aplicado é de natureza trativa. Ex. : o

estiramento por tração de um retalho de chapa, preso por sua periferia, em torno de um

estampo ou molde de forma adequada. A peça tem a sua área superficial aumentada às

custas da sua espessura.

d) Processos de dobramento

Envolvem a aplicação de momentos fletores a uma chapa, barra ou tubo, de modo a

dobrar a peça em torno de uma ferramenta apropriada.

e) Processos de Cisalhamento:

Envolvem a aplicação de forças cisalhantes suficientemente intensas para

romper o metal no plano de cisalhamento; abrangem diferentes operaçoes de corte de

chapas , barras e tubos.

3



Figura 1 –

2.2 - CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO PROPOSITO DA DEFORMAÇÃO

Se o processo visa destruir a estrutura fundida de uma peça bruta através de passes

sucessivos de deformação, e o produto semifabricado resultante se destina a ulterior

conformação, é chamado de PROCESSO PRIMÁRIO ou OPERAÇÃO DE PROCESSAMENTO. Nesta

categoria se incluem sobretudo operações a quente de laminação ou de forjamento.

Os chamados PROCESSOS SECUNDÁRIOS, ou OPERAÇÕES DE FABRICAÇÃO

propriamente ditas, partem dos produtos de algum processo primário e transformam-nos em

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peças acabadas. Esta categoria abrange variantes específicas dos processos de deformação

maciça e todos os processos de conformacão de chapas.

3 – ASPECTOS CRISTALOGRÁFICOS

3.1 - MECANISMOS DE DEFORMAÇÃO PLÁSTICA

Quando, na solicitação mecânica de um corpo metálico, atinge-se a tensão limite

de escoamento, o corpo inicia um processo de deformação permanente ou deformação

plástica. Dois mecanismos estruturais básicos podem estar presentes no cristal durante o

processo de deformação plástica: escorregamento e maclação.

No escorregamento uma parte do cristal move-se em relação a outra parte, segundo

determinados planos e direções cristalográficas, conhecidos como planos e direções de

escorregamento.

Na maclação uma parte do cristal inclina-se em relação a outra parte a partir de um

plano limite das duas partes, denominado plano de maclação.

Figura 2 –

5



O principal mecanismo de deformação plástica, contudo, é o de escorregamento

provocado pela movimentação de discordâncias.

3.2 – DISCORDÂNCIA

A geometria de uma discordância não é simples de ser discutida. Pode-se, contudo,

analisar isoladamente os dois tipos fundamentais de discordâncias que compõem a

discordância real de um cristal: discordância em linha ou de cunha e discordância em espiral

ou de hélice.

Figura 3 –

3.3 – CONTORNO DE GRÃO

O contorno do cristal, ou do grão do agregado policristalino, se apresenta

irregular, caracterizando uma região de elevada imperfeição cristalina, com átomos fora

de suas posições regulares e de equilíbrio no reticulado cristalino

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Devido a esse fato, o movimento de discordâncias é dificultado, o que exige

maior nível de solicitação mecânica para dar continuidade à deformação plástica. Além

disso, a passagem de uma discordância – em seu movimento – de um cristal para outro

adjacente também é dificultada pelo fato desse segundo cristal apresentar, muito

provavelmente, uma orientação diferente.

Figura 4 -

4 - ASPECTOS GERAIS DA CONFORMAÇÃO MECÂNICA

4.1 - ESQUEMA GERAL DO PROCESSO DE CONFORMAÇÃO

Para se ter uma noção das variáveis mais importantes num processo de

conformação, é interessante visualizá-lo como um sistema total.

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Figura 5 -

Primariamente o processo impõe uma determinada mudança de forma ao

material, a qual tem lugar num espaço determinado entre as ferramentas (zona de

deformação) e do modo imposto pela geometria destas, e a uma velocidade (taxa)

também imposta pelo processo e que pode, ser constante ou variável durante o mesmo.

O grau, o modo e a velocidade (taxa) da deformação influem no esforço necessário ao

processo (carga mecânica) e, portanto, na energia consumida. Um cálculo teórico

preciso deste esforço necessitaria uma análise detalhada da distribuição das

deformações locais, velocidades e tensões na zona de deformação.

O material na zona de deformação oferece naturalmente uma resistência à

mudança de forma, que do ponto de vista mecânico é visualizada como uma tensão de

escoamento. Esta é função, por um lado, de características do material como a

composição química e a estrutura metalúrgica (natureza, tamanho, forma e distribuição

das fases presentes) , e por outro lado de condições impostas pelo processo tais como o

tipo e o grau de deformação, a velocidade de deformação, e a temperatura em que o

material é deformado.

Especialmente em condições de alta temperatura e/ou grande velocidade de

deformação, podem se tornar importantes fenômenos metalúrgicos tais como recristalização ,

transformações de fases , precipitação e fratura. Visto que o material tende sempre a se

deslocar ao longo da superfície das ferramentas o atrito ao longo desta interface é

normalmente um fator, inevitável, mantendo relação com a eficiência do sistema de

lubrificação, e influindo na taxa de desgaste das ferramentas e no acabamento superficial do

produto.

Finalmente, a transferência de calor da peça para as ferramentas é importante nos

muitos casos em que a peça é trabalhada em temperatura muito superior à ambiente.

4.2 - EFEITO DO TAMANHO DE GRÃO

As fronteiras de grão podem ser fontes de discordâncias mas também representam

barreiras para o movimento delas. Assim, encontra-se em geral que, em temperaturas

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inferiores a 50% do ponto de fusão do materia1 em graus absolutos, a resistência de um metal

cresce com tamanho de grão decrescente de acordo com a chamada relação de Hall-petch.

O controle do tamanho de grão durante a fabricação é um meio poderoso de melhorar

as propriedades tanto de fabricação como de serviço dos materiais.

4.3 - EFEITO DA TEMPERATURA NA CONFORMAÇÃO

4.3.1 - Classificação dos processos quanto a temperatura:

Para um metal puro que não sofre transformação de fase no estado sólido, os

pontos de referência em termos de temperatura são o zero absoluto e o ponto de fusão,

que quando tomados em graus Kelvin fornecem os pontos extremos da chamada escala

homóloga de temperaturas, a qual permite a normalização do comportamento do metal.

Figura 6 -

Na temperatura acima de 0,5 Tf a intensa vibração térmica facilita muito a difusão de

átomos e a mobilidade e aniquilação das discordâncias, dando lugar a processos de

restauração da ductilidade e amolecimento do material, acompanhados comumente da

formação de novos cristais livres de encruamento (recrista1ização), se o metal sofre ou sofreu

uma deformação plástica.

Em termos de conformação mecânica chama-se de trabalho a quente (TQ) aquele que

é executado sob condições de temperatura e velocidade de deformação tais que ocorrem

processos de restauração da ductilidade simultaneamente com a deformação; e trabalho a frio

(TF) aquele que é executado sob condições em que os processos de recuperação não são

efetivos.

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TF TQ

TM

0 0,5 Tf



Usa-se por vezes definir também um trabalho a morno (TM), executado na faixa

compreendida (grosseiramente) entre 0,3 e 0,5 Tf, na qual ocorre uma recuperação parcial da

ductilidade durante a deformação, mas não se formam novos grãos (não há recristalização).

A distinção básica entre TQ e TF é portanto função da temperatura em que se dá a

recristalização efetiva do material, e não de uma temperatura arbitrária de trabalho. Assim,

embora para muitas ligas comerciais a temperatura do TQ seja realmente elevada em relação

a ambiente, para metais como Pb e Sn que se recristalizam rapidamente à temperatura

ambiente após grandes deformações, a conformação à temperatura ambiente é TQ. Por outro

lado a conformação a 1.100°C é Tf para o tungstênio cuja temperatura de recristalização é

superior a esta, embora seja Tq para o aço.

Figura 7 -

4.3.2 - Trabalho a frio

O trabalho a frio é acompanhado do encruamento do metal, que se deve à

interação das discordâncias entre si e com outras barreiras - tais como fronteiras de grão

- que impedem o seu movimento através da rede. A deformação plástica produz também

um aumento no número das discordâncias, as quais em virtude de sua interação,

resultam num elevado estado de tensão interna na rede cristalina. Um metal recozido

contém em média 106 a 108 discordâncias por cm2, enquanto que um metal severamente

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encruado apresenta cerca de 1012 discordâncias por cm2. A estrutura característica do

estado encruado, quando examinado num microscópio eletrônico apresenta dentro de

cada grão, regiões pobres em discordâncias cercadas por um emaranhado altamente

denso de discordâncias, formando uma subestrutura celular (sub-grãos) com uma

pequena defasagem de orientação cristalográfica entre as células.

Tudo isto resulta macroscopicamente num aumento da resistência e da dureza e num

decréscimo da ductilidade do material. Num ensaio de tração, isso se traduz no aumento da

tensão de cedimento, Y, e do limite de resistência, S r , bem como no decréscimo da elongação

total (alongamento na fratura), ef.

A figura 8 ilustra que a resistência ao cedimento 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, tornando-se os cristais alongados na direção de maior deformação, e podendo

o material como um todo desenvolver propriedades direcionais (anisotropia textural).

O TF é empregado - especialmente com aqueles materiais que retêm um nível útil de

ductilidade mesmo no estado encruado - para produzir peças de alta resistência e dureza. Nos

casos em que a ducti1idade do material se esgota - levando à fratura -.antes de ser atingida a

forma desejada, é preciso intercalar-se uma ou mais operações de recozimento entre estágios

de TF, a fim de amolecer o metal encruado e restaurar-lhe a ductilidade. A sequência de passes

de TF e recozimento intercalados é chamada de ciclo de trabalho a frio – recozimento.

Figura 8 -

11



4.3.3 - Processos de restauração

O efeito do TF pode ser mitigado ou mesmo eliminado ao manter-se o material a

uma temperatura suficientemente elevada para que a vibração térmica intensificada dos

átomos permita maior mobilidade das discordâncias. Na temperatura de cerca de 0,3 -

0,5 TF, as discordâncias são bastante móveis para formar arranjos regulares e mesmo se

aniquilarem entre si sobre os mesmos planos de deslizamento, dando lugar à chamada

RECUPERAÇÃO. É um processo que depende do tempo e, embora não mude a

microestrutura, restaura parcialmente a maciez (menor resistência e maior ductilidade)

original.

A maciez original é inteiramente restaurada pelo aquecimento acima de T > 0,5

TF, quando se formam novos grãos com baixa densidade de discordâncias (nucleação),

os quais crescem continuamente até que a estrutura toda esteja RECRISTALIZADA. A

microestrutura resultante é normalmente equiaxiada, muito embora passa ser retida ou

mesmo desenvolvida uma textura cristalográfica (textura de recozimento). Ta1 processo

de recozimento envolve difusão e é, portanto, grandemente dependente da temperatura e

do tempo.

4.3.4 – Geração de calor na conformação

Da energia empregada na deformação plástica de um metal, apenas 5 a 10% ficam

acumulados na rede cristalina, sob a forma de energia interna, sendo os restantes 90 a 95%

convertidos em calor. Parte deste calor é dissipado (transmitido às ferramentas ou perdido

para a atmosfera), mas o restante permanece na peça, elevando-lhe a temperatura.

4.3.5 - Trabalho a quente

Se a deformação plástica é executada a temperaturas entre 0,5 Tf e a temperatura

solidus - tipicamente na faixa de 0,7 a 0,8 TF - a intensificada difusão atômica

possibilita a escalagem e mesmo o desaparecimento de muitas discorâncias, e

verifica-se que atuam processos de restauração simultaneamente com os processos de

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deslizamento cristalográfico. O material resultante possuirá uma densidade muito menor

de discordâncias do que se fosse deformado a frio, e conseqüentemente será muito

menos duro.

O mecanismo que mantêm baixa, neste caso, a densidade de discordâncias, tanto

pode ser uma recuperação dinâmica (simultânea) como uma recristalização dinâmica da

estrutura durante o trabalho. O material posteriormente resfriado até a temperatura

ambiente via de regra exibe uma estrutura recristalizada; esta, contudo, pode resultar de

uma recristalização estática em seguida à deformação. O que distingue propriamente o

Tq não é, portanto, uma estrutura recristalizada, mas a ocorrência simultânea da

propagação de discordâncias e de processos de restauração, com ou sem recristalização

simultânea.

4.3.6 - Faixa de temperaturas de trabalho permissíveis

O limite inferior de temperatura para o Tq é a menor temperatura na qual a taxa de

recristalização é rápida o bastante para eliminar o encruamento durante o tempo em que o

metal permanece nela; será tanto menor quanto maior o grau de deformação, maior o tempo

de resfriamento, e menor a taxa de deformação.

A maioria das operações de Tq é executada em múltiplos passes ou estágios: em

geral, nos passes intermediários a temperatura é mantida bem acima do limite inferior

para se tirar vantagem da conseqüente redução na TF, embora com o risco de um

crescimento de grão. Como, porém deseja-se usualmente um produto com tamanho de

grão pequeno, a temperatura do último passe (temperatura de acabamento) é bem

próxima ao limite inferior, e a quantidade de deformação concomitante é relativamente

grande.

O limite superior de temperatura para o Tq é determinado pelo ponto onde ocorre ou

a fusão, ou uma oxidação excessiva (queima). Geralmente emprega-se Tmax ~ Tf – 55°C (ou Tf

– 100°F) para levar em conta a possibilidade de regiões segregadas com menor ponto de fusão.

Basta uma pequena quantidade de um filme de constituinte com baixo ponto de fusão nos

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contornos de grão para fazer um material desagregar-se quando deformado: é o fenômeno

conhecido como FRAGILIDADE A QUENTE.

Para uma dada pressão e temperatura de trabalho haverá uma quantidade

máxima de deformação que pode ser fornecida à peça (1imitação esta baseada na

resistência ao escoamento, e não na ductilidade).

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, obviamente será sempre inferior a linha solidus.

A fragilização a quente limita a temperatura de trabalho a valores inferiores a

temperatura solidus.

É visto que com taxas de deformação altas ficará retido mais calor na peça, a

temperatura da mesma deverá ser menor para evitar que ela atinja a faixa de fragilidade a

quente.

4.3.7 - Outros aspectos práticos do trabalho a quente

De um ponto de vista prático o TQ - que é o estágio inicial da conformação da maioria

dos metais e ligas - apresenta um certo número de vantagens mas também de problemas

como listado em seguida.

VANTAGENS:

menor energia requerida para deformar o metal, já que a tensão de escoamento

decresce com o aumento da temperatura;

aumento da capacidade do material para escoar sem se romper (ductilidade);

homogeneização química das estruturas brutas de fusão (e. g. eliminação de

segregações) em virtude da rápida difusão atômica interna;

eliminação de bolhas e poros por caldeamento;

desmanche e refino da granulação grosseira e colunar do fundido, proporcionando

grãos menores, recrista1izados e equiaxiados;

aumento da ductilidade do material trabalhado em relação ao fundido bruto.

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DESVANTAGENS

necessidade de equipamentos especiais (fornos, manipuladores, etc.) e gasto de

energia para o aquecimento das peças;

reações do metal com a atmosfera do forno levando a perdas de material por oxidação

e outros problemas relacionados (no caso dos aços ocorre também descarbonetação

superficial; metais reativos como o titânio ficam severamente fragilizados pelo

oxigênio e tem de ser retrabalhados em atmosfera inerte ou protegidos do ar por uma

barreira adequada);

formação de incrustações de óxidos, prejudiciais para o acabamento superficial;

o desgaste das ferramentas é maior e a lubrificação é dificil;

necessidade de grandes tolerâncias dimensionais por causa da expansão e contração

térmicas;

estrutura e propriedades do produto resultam menos uniforme do que em caso de TF

seguido de recozimento, pois a deformação sempre maior nas camadas superficiais

produz nas mesmas uma granulação recristalizada. mais fina, enquanto que as

camadas centrais, menos deformada e sujeitas a um resfriamento mais lento,

apresentam crescimento de grão.

5 - ALGUNS EFEITOS METALURGICOS IMPORTANTES

5.1 - FIBRAMENTO MECÂNICO (TEXTURA METALOGRÁFICA)

Como resultado do trabalho mecânico, as partículas de segunda fase, inclusões, vazios,

segregações, etc., tendem a assumir um formato e distribuição que correspondem

grosseiramente à deformação da peça como um todo. Se as partículas e inclusões são dúcteis e

mais moles do que a matriz, assumem forma alongada, elipsoidal; se são frágeis, quebram-se

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em fragmentos que se orientam paralelamente à direção principal de trabalho; se são mais

duras e mais resistentes do que a matriz, permanecem essencialmente não deformadas. Tal

alinhamento de partículas de segunda fase, inclusões, segregação, cavidades, etc., durante o

trabalho a frio ou a quente, bem como a distorção preferencial da forma dos grãos no trabalho

a frio, são responsáveis pela estrutura fibrosa típica dos produtos conformados, observável em

macrografias.

Tal fibramento mecânico - que não deve ser confundido com a textura cristalográfica -

produz na peça um tipo de anisotropia que afeta principalmente as propriedades de

ductilidade, tenacidade à fratura e resistência à fadiga do material, praticamente não influindo

na resistência ao escoamento plástico. Em geral, a ductilidade à tração, as propriedades de

fadiga e a tenacidade a fratura (medida, por ex., com ensaios de impacto) serão menores nas

direções transversais (normais às fibras) do que na direção longitudinal; daí ser importante a

obtenção de uma orientação adequada das fibras quando da fabricação das peças, sobretudo

por forjamento.

5.2 - ACELERAÇÃO DE TRANSFORMAÇÕES METALÚRGICAS NO TQ

Em virtude dos mecanismos cristalográficos de deformação que favorecem a

mobilidade atômica, verifica-se sobretudo durante o trabalho a quente uma grande aceleração

dos processos que envolvem difusão de átomos na rede cristalina do metal. Assim,

heterogeneidades na composição química, tais como as segregações, podem ser eliminadas; e

pode ocorrer um rápido crescimento de partículas de segunda fase quando existe alguma

tendência a isto (por ex. a esferoidização de um aço perlítico fica extraordinariamente

favorecida pela deformação a 700°C).

5.3 - CONTROLE DO TAMANHO DE GRÃO

Como se sabe, um tamanho de grão pequeno favorece a resistência e a tenacidade do

material . Para se obter um Produto de granulação fina, o fator principal é a temperatura do

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último passo de TQ ou do último recozimento de um material trabalhado a frio. Em ambos os

casos convém, em princípio, usar a temperatura menos elevada e o resfriamento mais rápido

que sejam possíveis. Tabela 1:

MATERIAL Temperatura de Recristalização

Cobre eletrolítico (99,999%) 121

CU - 5% Z11 315

CU - 5% AI 288

Cu. - 2% Be 371

Alumínio eletrolitico (99,999%) 279

Alumínio (99,0%) 288

Ligas de alumínio 315

Níquel (99,99%) 371

Monel (Ni - Cu) 593

Ligas de magnésio 252

Forro eletrolítico 398

Aço de baixo carbono 538

Zinco 10

Chumbo -4

Estanho -44

Em resumo, os fatores da recristalização são os seguintes:

uma quantidade mínima de deformação prévia: se o trabalho a frio prévio é zero, não

há energia de ativação para a recristalização e ficam mantidos os grãos originais;

quanto maior essa deformação prévia, menor a temperatura necessária para iniciar a

recristalização;

quanto menor a temperatura, maior o tempo necessário à recristalização;

o tamanho de grão resultante será tanto menor quanto maior a deformação prévia

(pois será maior o número de núcleos a partir dos quais crescerão os novos grãos) e

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menor a temperatura de recristalização (pois os grãos formados terão menor

oportunidade de crescer uns a custa dos outros).

OBS. Uma estrutura de grãos grosseiros apresenta propriedades mecânicas pobres, ao passo

que um tamanho de grão fino fornece ao material alta resistência sem diminuir-lhe muito a

ductilidade.

adições de elementos de liga tendem a aumentar a temperatura de recristalização

(pois retardam a formação de núcleos).

Os efeitos do TF Prévio e da temperatura de recozimento sobre o t.g. do material

recozido, para um tempo de recozimento constante, estão esquematizadoszados na fig.

Embora os recozimentos aumentem o custo do processo (sobretudo com metais

reativos, que têm de ser recozidos em atmosferas inertes ou em vácuo), fornecem

também grande versatilidade, pois ajustando-se adequadamente o ciclo TF -

recozimento, pode-se obter qualquer grau desejado de encruamento no produto final:

se este é para ser mais resistente do que o material integralmente recozido, então a

operação final é um passe de TF com o grau de deformação necessário para dar a

resistência desejada, seguindo-se-lhe geralmente um aquecimento de recuperação

(abaixo da temperatura de recristalização) apenas para aliviar as tensões residuais;

OBS.: este procedimento é mais adequado que tentar amolecer uma peça

inteiramente encruada por recozimento, porque o processo de recristalização avança

rapidamente e é muito sensivel a pequenas flutuações de temperatura no forno.

se o que se quer é o material inteiramente amolecido, então o recozimento é a

operação final.

É habitual produzir-se artigos trabalhados a frio (copio tiras, chapas e fios) com

diferentes classificações, dependendo do grau de encruamento: estado recozido; estados 1/8

duro, 1/4 duro, meio-duro, 3/4 duro, inteiramente (ou 100% duro), extraduro, com dureza de

mola. Cada estado (ing=”temper") indica uma diferente percentagem de trabalho a frio

seguindo o ultimo recozimento.

A classificação varia conforme o metal , sendo em geral baseada em valores

comparativos do limite de resistência à tração, e não em valores de dureza por penetração.

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Também nem todas as ligas admitem os graus de encruamento correspondentes às classes

mais e1evadas.

Nas aplicações industriais, o grau de encruamento é expresso, frequentemente, como

uma medida convencional da deformação: a redução percentual em área transversal da peça r.

Para uma peça trefilada, sendo Ao e Af as áreas da seção transversal respectivamente antes e

após a trefilação, tem-se que r = .

A temperatura de 0,5 TF não é senão uma referência aproximada, pois mesmo

pequenos teores de elementos de liga podem retardar substancialmente a formação de

novos grãos e portanto elevar a temperatura de recristalização.

Na prática, a temperatura de recristalização é convencionalmente definida como

aquela em que o metal severamente encruado recristaliza totalmente em uma hora.

A tabela anterior apresenta as temperaturas de recristalização para alguns metais e

ligas de uso comum.

Em alguns metais os processos de restauração aumentam a ductilidade mais do

que diminuem a resistência, sendo então possível controlar as propriedades finais do

produto deformado por meio de um severo trabalho a frio seguido de um recozimento

de recuperação que restaura grande parte da ductilidade sem reduzir muito a resistência.

Para uma chapa lamínada a frio da espessura inicial ho para a espessura final hf, dado

que a sua largura praticamente não varia durante a laminação, r = .

Para chapas de aço laminadas a frio, por exemplo, é comum a classificação comercial

apresentada abaixo (incluindo a tabela comercia1 Brown & Sharp).

6 - TENSÕES RESIDUAIS EM PRODUTOS CONFORMADOS

Tensões residuais são o sistema de tensões que pode existir em um corpo quando ele

está livre de forças externas. São produzidas sempre que um corpo é submetido a deformação

plástica não-uniforme, sendo portanto freqüentes em produtos conformados.

Considere-se por exemplo uma chapa metálica grossa sendo laminada sob

condições tais que só ocorre escoamento plástico próximo às superfícies da chapa. Os

grãos da superfície da chapa são deformados e tendem a se alongar, enquanto que os

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grãos do centro permanecem inalterados. Mas dado que a chapa tem de permanecer um

todo contínuo, as regiões central e superficiais têm de se acomodar em termos de

deformação: as fibras centrais tendem a restringir o alongamento dos fibras superficiais,

enquanto que estas procuram esticar as centrais. O resultado é um padrão de tensões

residuais na chapa, consistindo de altas tensões compressivas na superfície e uma tensão

residual trativa no centro da chapa. Em geral, o sinal da tensão residual produzida por

deformação não-homogênea é oposto ao sinal da deformação plástica que a produziu;

no caso da chapa laminada as fibras que foram alongadas na direção longitudinal pela

laminação são deixadas num estado de tensão residual compressiva quando a carga

externa é removida.

O sistema de tensões residuais existente em um corpo tem de estar em equilíbrio

estático. Assim, a força total que atua em qualquer plano através do corpo e o momento

total das forças em qualquer plano têm de ser nulos. Para o padrão de tensões

longitudianis da figura 8 a área sob a curva sujeita a tensões compressivas tem de ser

numericamente igual à área sujeita a tensões trativas. Por outro lado, não se pode

descartar a possibilidade de tensões residuais nas outras duas direções principais, ou

seja, de se ter um estado triaxial de tensões residuais.

As tensões residuais são elásticas, não podendo portanto ser maiores do que o limite

de escoamento do material.

A eliminação ou a redução em intensidade das tensões residuais conhecida como alívio

de tensões, pode ser efetuada tanto por aquecimento como por deformação plástica a frio. O

alívio de tensões por aquecimento ocorre primeiramente a partir da temperatura em que o

limite ao escoamento do material se torna inferior à tensão residual; a tensão residual em

excesso deste limite é imediatamente eliminada por escoamento plástico. O restante vai

diminuindo gradativamente através de mecanismos internos de relaxação dependentes do

tempo. O resfriamento a partir da temperatura de tratamento deve ser suficientemente lento

para não reintroduzir tensões residuais devidas à contração térmica não-uniforme da peça.

A deformação plástica a frio pode também reduzir substancialmente os gradientes de

deformação responsáveis pelas tensões residuais. Por exemplo, produtos tais como chapas,

placas e extrudados são frequentemente tracionados bem acima do limite de escoamento a

fim de aliviar gradientes de deformação por meio de deformação plástica. As tensões residuais

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em chapas, barras de secção circular e tubos trabalhados a frio podem também ser aliviadas

através de flexão alternada, de modo a ultrapassar o limite de escoamento das fibras mais

externas nas chamadas desempenadeiras ou endireitadoras de rolos.

FORJAMENTO

1.0. Introdução

Forjamento é o nome genérico para 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.

Com esta definição ampla, o forjamento constitui a mais antiga das artes de conformar

metais, tendo suas origens no trabalho dos primitivos ferreiros de muitos séculos antes de

Cristo. O desenvolvimento de máquinas para substituir o braço do ferreiro ocorreu já nas

primeiras etapas da revolução industrial. Atualmente existe uma grande variação no

maquinário de forjamento, capaz de produzir peças dos mais diversos feitios e tamanhos,

desde alfinetes, pregos, parafusos e porcas até motores de turbinas e asas de avião.

Na maioria das operações de forjamento emprega-se um ferramental constituído por

um par de utensílios de superfície plana ou côncava, denominados matrizes ou estampas.

Também a maioria das operações de forjamento é realizada a quente; contudo, uma grande

maioria de pequenas peças, tais como parafusos, pinos, porcas, engrenagens, pinhões, etc.,

são produzidas por forjamento a frio.

21



Existem duas categorias amplas de forjamento:

(a) Forjamento livre ou forjamento em matriz aberta, em que o material é conformado

entre matrizes planas ou de formato simples, que normalmente não se tocam (Fig 1.1a).

Ë usado geralmente para fabricar peças grandes, com forma relativamente simples (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.

(b) Forjamento em matriz fechada ou simplesmente forjamento em matriz, em que o

material é conformado entre duas metades de matriz que possuem, gravadas em baixo

relevo, impressões com o formato que se deseja imprimir na peça (Fig1.1b e c). A

deformação ocorre sob alta pressão em uma cavidade fechada ou semi-fechada,

permitindo assim obter-se peças com tolerâncias dimensionais mais estreitas do que no

forjamento livre. Nos casos em que a deformação se dá dentro de uma cavidade

totalmente fechada, sem zona de escape, é evidentemente fundamental a precisão na

quantidade de material fornecida: 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 se fornecer sempre a quantidade exata de material, o mais comum

é empregar-se um pequeno excesso, senso as matrizes providas de uma zona oca

especial para recolher o material que sobra ao ser totalmente preenchida a cavidade

principal. Este material que sobra forma uma caixa estreita (rebarba) em torno da peça

forjada, necessitando uma operação adicional de corte (a rebarbação) para ser removido.

22



Figura 1.1.

Os equipamentos comumente empregados incluem duas classes principais:

(a) Martelos de forja, que deformam o material através de rápidos golpes de impacto na

superfície do mesmo; e

(b) Prensas, que deformam o material 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.

De um modo geral, todos os materiais conformáveis podem ser forjados. Os

mais utilizados para produção de peças forjadas são os aços (comuns e ligados, aços

23



estruturais, aços para cementação e para beneficiamento, aços inoxidáveis ferríticos e

austeníticos, aços ferramenta), ligas de alumínio, de cobre (especialmente os latões), de

magnésio, de níquel (inclusive as superligas, como waspaloy, astraloy, inconel, etc.,

empregadas principalmente na indústria aeroespacial) e de titânio.

O material de partida vem geralmente na condição fundida ou, mais comumente,

laminada – condição esta que é preferível, por apresentar uma microestrutura mais

homogênea. Peças forjadas em matriz, com peso não superior a dois e três quilos, são

normalmente produzidas a partir de barras laminadas; as de maior peso são forjadas a

partir de tarugos ou palanquilhas, quase sempre também laminados, e cortados

previamente no tamanho adequado. Peças delgadas, como chaves de boca, alicates,

tesouras, tenazes, facas, instrumentos cirúrgicos, etc., podem ser forjadas a partir de

recortes de chapas laminadas.

1.2. Forjamento Livre

1.2.1. Operações Unitárias de Forjamento

São operações relativamente simples de conformação por forjamento,

empregando matrizes abertas ou ferramentas especiais, com a finalidade seja de

produzir peças acabadas de feitio simples, seja de redistribuir a massa de uma peça

bruta a fim de facilitar a posterior obtenção de um feitio complexo por forjamento em

matriz.

As operações unitárias de forjamento mais usadas são:

(a) Recalque ou recalcamento – É a compressão direta do material entre um par de

ferramentas de face plana ou côncava, visando primariamente reduzir a altura da peça e

aumentar a sua seção transversal (Fig 1.2)

24



Figura 1.2.

(b) Estiramento – Operação que visa aumentar o comprimento de uma peça às custas da

sua espessura (Fig 1.3)

Figura 1.3.

(c) Encalcamento – Variedade de estiramento em que reduz a secção de uma porção

intermediária da peça, por meio de uma ferramenta ou impressão adequada (Fig 1.4)

Figura 1.4.

25



(d) Rolamento – Operação de distribuição de massa ao longo do comprimento da peça,

mantendo-se a seção transversal redonda enquanto a peça é girada em torno de seu

próprio eixo (Fig 1.5).

Figura 1.5.

(e) Alargamento – Operação que aumenta a largura de uma peça às custas de sua

espessura (Fig 1.6).

Figura 1.6.

(f) Furação – Operação de abertura de um furo em uma peça, geralmente por meio de

um punção de formato apropriado (Fig 1.7).

(g) Extrusão – Operação em que o material é forçado a passar através de um orifício de

seção transversal menor que a da peça (Fig 1.8).

26



Figura 1.8.

(h) Laminação de forja – Processo para reduzir e modificar a seção 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 (Fig 1.9).

Figura 1.9.

(i) Cunhagem – Operação, geralmente a frio e empregando matriz fechada ou aberta,

que visa produzir uma impressão bem definida na superfície da peça, sendo usada para

fabricar moedas, medalhas (Fig 1.10), talheres e outras peças pequenas, bem como para

gravar detalhes de diversos tipos empeças maiores.

27



Figura 1.10.

(k) Fendilhamento – Operação que consiste em separar o metal, geralmente aquecido,

por meio de um mandril de furação provido de gume (Fig 1.11); depois que a

ferramenta foi introduzida até a metade da peça, esta é virada para ser fendilhada do

lado oposto.

Figura 1.11.

(l) Expansão – Operação que visa alargar uma fenda ou furo, fazendo passar através do

mesmo uma ferramenta de maiores dimensões (Fig 1.12), geralmente se segue ao

fendilhamento.

Como etapas do forjamento podem ser ainda executadas operações de corte,

dobramento, curvamento, torção, entalhamento, etc.

1.2.2. Recalque de Peças Cilíndricas

28



Considere-se a compressão uniaxial de um tarugo cilíndrico entre matrizes de

faces planas e paralelas. Na ausência de atrito, a deformação seria homogênea e a peça,

embora diminuindo de altura e aumentando de diâmetro para preservar o volume

constante, permaneceria cilíndrica (Fig 1.13a). O valor da pressão para recalcar seria

constante em todos os pontos da interface metal-ferramenta, e igual à tensão de

escoamento em compressão uniaxial para o grau e a taxa de deformação aplicados, ecs.

Se altura da peça decresce de h0 para h1, a deformação real é dada por:

= ln h1/ho = ln ho/h1

e a taxa de deformação, sendo v a velocidade da ferramenta, é dada por:

= v/h1

Na prática contudo, sempre existe um certo atrito entre as matrizes e a peça, o

qual retarda o deslocamento das faces do cilíndro sobre as matrizes e gera assim uma

elevação da pressão local na interface, que cresce simetricamente desde as bordas do

cilíndro até o centro da interface (Fig 1.14b).

29



Figura 1.13 a e b.

Quanto mais intenso o atrito ( expresso, como um coeficiente de atrito ), mais

elevada será esta colina de atrito e maior será a pressão média na interface, que é o valor

que mais interessa para o cálculo da carga de forjamento. A Fig 1.14 ilustra também

que, para o mesmo coeficiente de atrito, um cilíndro da mesma altura mas de maior

diâmetro da origem a uma colina de atrito mais elevada e consequentemente a pressão

interfacial média é mais alta.

Figura 1.14.

30



Em virtude do atrito, surgem regiões de escoamento restringido na peça, com

forma aproximadamente cônica, logo abaixo da interface com a matriz (Fig 1.15).

Figura 1.15.

Fora destas regiões o material o material tem mais liberdade de escoar

lateralmente e, em consequência, o cilíndro forma um bojo, tendendo a assumir a forma

de barril (Fig 1.16 ).

Figura 1.16.

Cilindros altos (a relação limite h/d no caso de aços forjados a quente fica entre

1,4 e 1,6), tendem a formar dois bojos, um junto a cada base (Fig 1.17). Trata-se de

deformação heterogênea induzida pelo atrito.

31



Figura 1.17.

A pressão média na interface metal-matriz representa a tensão a tensão de

conformação e é convenientemente expressa como um múltiplo de tensão de

escoamento uniaxial ecs , que agora prevalece apenas nas bordas da interface. O fator

multiplicativo Qacs , ou fator de atrito (o subscrito “acs” significa atrito em compressão

simples) leva em conta tanto o coeficiente de atrito como a geometria da peça

(caracterizada pela relação d/h) e, quando as condições de atrito na interface são do tipo

coulombiano, pode ser calculado aproximadamente pela expressão:

Equação

Para valores do produto D/h <1, esta expressão pode ser aproximada por

Qacs = 1 + D/(3h)

Quando se tem condições de aderência na interface (por exemplo, num recalque

com ferramentas ásperas e/ou a quente, sem lubrificação), Qacs é dado por:

Qacs = 1 + D/3(3)1/2 h

32



A Figura 1.18 mostra a variação de Qacs com (D/h), para diversos valores do

coeficiente de atrito.

Figura 1.18.

Um outro efeito importante do padrão de deformações introduzido pelo atrito

num cilindro recalcado, em virtude da deformação não-homogênea do material, é o

surgimento de tensões secundárias na peça (Fig 1.19), das quais as mais importantes

atuam nos bojos formados. O material localizado nos bojos não é diretamente

comprimido pelas ferramentas, mas é forçado a se expandir em função do aumento do

diâmetro do material adjacente situado dentro do campo de ação direta das ferramentas.

Surgem assim nos bojos tensões tensões secundárias trativas, tanto circunferenciais (não

mostradas na Fig 1.19) como axiais, as quais, se suficientemente intensas, podem gerar

fissuras e trincas na superfície barrilada, geralmente inclinadas de 00 a 450 com a direção

axial, dependendo da magnitude relativa das componentes de tensão (Fig 1.20b).

33



Figura 1.19 a e b.

Figura 1.20 a e b.

34



Por esta razão, embora possa ser reduzido pela lubrificação na interface peça-

ferramenta, o barrilamento normalmente coloca um limite máximo para a redução da

altura que pode ser obtida sem risco de trincamento em uma dada etapa de recalque.

Também podem se tornar importantes as tensões secundárias que surgem na

região central de cilindros altos, especialmente as trativas radiais (Fig 1.19b), de vez que

podem ai levar a abertura de trincas. Um princípio semelhante é utilizado para criar uma

fissura central ao longo do núcleo de tarugos quando da fabricação de tubos sem costura

pelo processo Mannesmann.

Um outro problema que pode limitar o recalque é a flambagem das peças (Fig

1.21), tanto mais provável quanto maior for a altura inicial em relação ao diâmetro. Por

isto é conveniente limitar a razão h0/D0 a 2 (Fig 1.22a). Ademais, quando o atrito sobre

as matrizes é muito baixo, qualquer impressão na forma da peça pode fazer com que ela

se deforme de modo enviesado (distorção); portanto, em tais casos convém limitar a

relação h0/D0 a 1,5.

Figura 1.21 a e b.

Muito frequentemente o recalque faz parte de uma operação de encabeçamento,

em que se recalca apenas a extremidade de uma barra cilíndrica. A parte da peça que

não será recalcada fica firmemente retida entre as metades de uma matriz bipartida

(morsa), o que fornece maior resistência à flambagem e permita que seja recalcado um

comprimento livre maior do que no caso de uma peça simplesmente apoiada (h0/D0 3)

(Fig 1.22b). Um comprimento ainda maior pode ser recalcado progressivamente, em

35



dois ou mais estágios com formas intermediárias tronco-cônicas (Fig 1.22c). Utiliza-se

também um arranjo, típico das chamadas encabeçadoras (ou recalcadoras) a frio, em que

o comprimento da barra ou arame a recalcar fica contido no furo de uma matriz

intermediária e a operação é efetuada por um estampo que empurra o material para a

cavidade de forma apropriada existente nesta matriz (Fig 1.22d). Visto que neste caso a

peça é guiada em suas duas extremidades, evita-se a flambagem e podem-se conformar

cabeças maiores.

Figura 1.22.

1.2.3. Recalque de Peças Prismáticas

Uma peça prismática de seção retangular ou quadrada, recalcada entre matrizes

planas (Fig 1.23), cria condições diferentes daquelas encontradas ao se recalcar um

cilindro.

36



Figura 1.23.

Por causa do atrito, durante o recalque as seções transversais (perpendiculares a

direção de forjamento) inicialmente quadradas, retangulares ou poligonais tendem a se

tornar arredondadas, em virtude do padrão de escoamento que se estabelece nestas

seções, em que o material se move em direção a superfície livre mais próxima,

afastando-se de superfícies imaginárias no interior da peça, idealmente planas e

paralelas à direção de compressão, chamadas divisores de fluxo (Fig 1.24)

1.24

37



Uma consequência prática interessante, nos processos de forjamento em que se

predominam condições de recalque (ex. forjamento em matriz), é a possibilidade de se

utilizar, como forma inicial, barras de seção quadrada (que são mais baratas), mesmo

quando a peça a ser produzida tem seção circular.

A Figura 1.24b ilustra que as seções retangulares tendem a aumentar menos em

sua dimensão maior. Em seções longas é impraticável a obtenção de aumentos

significativos de comprimento, embora a dimensão menor possa aumentar de duas a três

vezes, com uma operação de recalque. Considera-se que, para seções transversais de

comprimento (w) da ordem de 10 ou mais vezes a largura (b), durante o recalque o

aumento relativo de w é praticamente insignificante comparado com o de b, tendo-se

assim, aproximadamente, uma situação de deformação plana.

Portanto, o recalque não é a operação indicada para aumentar o comprimento de

uma peça. Caso haja a necessidade de uma distribuição de material (ou seja,

predominantemente em uma direção normal à direção de forjamento), esta deverá ser

efetuada por meio de outras operações que não o recalque.

Considerando a Figura 1.23, a mesma causa que impede o fluxo de material na

direção de w eleva a pressão interfacial mínima, necessária para manter o escoamento

plástico, de cerca de 15,5% sobre a tensão de escoamento em compressão uniaxial

(compressão simples), mesmo nas bordas das interfaces peça-matriz. Na presença de

atrito, sugerida pela “colina” na distribuição de pressão local, a pressão de recalque será

igual ao valor médio desta distribuição de pressão, dado por

Pr = ecp . Qacp

Onde ecp ( 1,155. ecs) é a tensão de escoamento em compressão plana e Qacp é o fator

de atrito em compressão plana. Sob condições de atrito coulombiano ,

Qacp = (h / b) . exp(b / h) – 1

Para valores do produto b / h não superiores a 0,6 a expressão.... pode ser

aproximadamente calculada por

38



Qacp = 1 + b / (2h)

Se porém, as condições forem de aderência na interface,

Qacp = b / (4.h) + 1

A Figura 1.25 mostra a variação de Qacp com a relação b/h para diferentes condições de

atrito. A carga de forjamento será.

Pr = pr . b . w

Onde w é suposto constante e b é um valor médio calculado a partir da constância do

volume da peça e da altura para a qual a carga á calculada. Um exemplo frequente deste

tipo de recalque é o achatamento da extremidade de uma barra ou pino.

Figura 1.25.

1.2.4. Estiramento à Forja

39



O estiramento visa aumentar o comprimento de uma peça a custa da redução de

sua seção paralela à direção de forjamento. É executado normalmente em matrizes

abertas, por meio de mordidas sucessivas que vão reduzindo gradualmente a espessura

da peça (Fig. 1.26). É uma das operações mais frequentes no forjamento livre e,

diferentemente do recalque, abrange apenas uma parte do volume da peça de cada vez.

Figura 1.26.

A Figura 1.27 ilustra o estiramento parcial de uma barra prismática (a), realizado

através de sucessivas mordidas com matrizes em forma de placa estreita com superfície

de trabalho arredondada, senso a barra avançada da distância adequada entre cada

mordida e a seguinte assumido finalmente a forma mostrada em (b). Para se manter a

seção quadrada a peça é girada de 900 e submetida a nova série de mordidas sucessivas

(c); por fim as superfícies forjadas são alisadas por meio de compressão com matrizes

de maior espessura e face chata, obtendo-se a forma final mostrada em (d).

Figura 1.27.

A Figura 1.28 mostra ferramentas empregadas para o estiramento de peças de

porte relativamente pequeno, em marteletes pneumáticos. Geralmente nestes casos o

forjador gira a peça de 900 após cada martelada, a fim de rebater o alargamento

transversal.

40



Figura 1.28.

Peças pesadas são estiradas em prensas hidráulicas (Fig. 1.29) e não permitem

ser continuamente viradas, sendo forjadas completamente em uma direção, para só

então ser viradas.

Figura 1.29.

Ao rebater o alargamento de peças de seção retangular, o forjador deve atentar

para que a relação entre a altura (paralela a direção de compressão) e a largura da seção

inicial não ultrapasse cerca de 3,5:1 a fim de evitar o risco de flambagem (Fig. 1.30)

41



Figura 1.30.

No estiramento de barras de seção circular (rolamento), dá-se após cada golpe

uma pequena rotação, de modo a fazer incidir helicoidalmente as pancadas. Para

grandes seções, porém adota-se comumente o estiramento sobre selim (Figura 1.31), em

que, por ficar a peça apoiada sobre dois pontos, no chamado selim, se reduz o

alongamento transversal e, com isto, o trabalho de rebatimento.

Figura 1.31.

III.2.6 – Aspectos Tecnológicos do Forjamento Livre

O forjamento livre, também conhecido como forjamento em matriz aberta, é

normalmente executado a quente, para aproveitar a menor resistência do material e a

possibilidade de refino da estrutura. É um processo caro e lento, geralmente de

aplicação limitada à produção de peças simples em quantidade reduzida, quando não se

42



justifique economicamente a confecção de matrizes especiais, e constitui tarefa para

operários especializados. Tipicamente é empregado nas seguintes situações: (a) a peça é

demasiadamente grande para ser produzida em matrizes fechadas; (b) o forjamento livre

pode conferir ao metal propriedades mecânicas que não podem ser obtidas por usinagem

de uma barra ou bloco; (c) a quantidade necessária de peças é pequena demais para

justificar o custo de matrizes fechadas; ou (d) a data para entrega do produto esta

demasiadamente próxima para permitir a confecção do ferramental para forjamento em

matriz fechada.

O tamanho dos forjados que podem ser fabricados em matrizes abertas é

limitado apenas pela capacidade do equipamento disponível para aquecimento,

manuseio e forjamento. Artigos como eixos para hélices de navio, que podem ter

diâmetro da ordem de um metro de diâmetro e comprimento de mais de vinte metros,

são forjados em matrizes abertas. Por outro lado, também se forjam em matrizes abertas

peças com não mais do que poucas centímetros de dimensão maior. O peso das peças

forjadas em matrizes abertas pode variar de poucos quilos até 300 toneladas, mas

estima-se que cerca de 80% de todos os produtos pesem entre 10 e 500Kg.

As máquinas mais comuns para forjamento livre são martelos mecânicos

(acionados a ar comprimido ou a vapor), para forjados de até 5 toneladas, e prensas

hidráulicas, para forjados maiores.

O ferramental mais utilizado é um par de matrizes chatas, mas usam-se também

estampas de perfil semi-circular ou em V (Figura 1.32), além de uma grande variedade

de ferramentas auxiliares, tais como mandris, cavaletes, blocos espaçadores, anéis

suportes e diversas outras para a produção de formas especiais.

43



Figura 1.32.

O método de manuseio das peças submetidas a este processo depende da forma e

do peso das mesmas. Por exemplo, para facilitar o manuseio de uma peça após o

recalque, pode-se produzir durante o mesmo uma saliência em uma das bases da peça,

que serve de pega para as tenazes, utilizando para isto uma ferramenta em forma de anel

entre a matriz superior e a peça; a saliência é produzida pela extrusão do material para

dentro do furo do anel. Na prática, forjados pesando até cerca de 40Kg são manuseados

com auxílio de tenazes, diretamente pelos operadores ou mediante pequenos

manipuladores sobre rodas com pneu. Forjados de médio peso usualmente requerem

manipuladores deste tipo, e os mais pesados podem exigir grandes manipuladores sobre

trilhos, ou barras portadoras especiais em conjunto com guindastes ou pontes rolantes.

O material de partida é usualmente preparado por serramento a frio (bitolas de

até 300mm); ou cisalhamento (bitolas de até 150mm), a frio, ou em temperaturas na

faixa de 300 a 4000C para materiais mais duros, ou ainda, no caso de bitolas muito

grandes, por meio de quebra de blocos previamente entalhados, ou por oxicorte. Para o

44



aquecimento existem diversos tipos de fornos, intermitentes ou contínuos. O óxido que

comumente se forma na superfície das peças (carepa) deve ser removido antes do

forjamento (usualmente por quebra e remoção com ar comprimido), para evitar

problemas como incrustações na superfície das peças e desgaste das matrizes.

III.3 – Forjamento em Matriz

III.3.1 – 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 ser produzida. Tais matrizes são caras, exigindo alta

produção para justificar o seu custo, na maioria das vezes.

A obtenção de um formato complexo normalmente não é possível com uma só

etapa de trabalho, exigindo uma ou mais etapas de pré-forjamento. Estas podem ser

operações unitárias efetuadas com auxílio de superfçies usinadas no próprio bloco das

matrizes (Figura 1.33), ou em equipamento separado, ou mesmo por meio de outros

processos tais como laminação. Seu objetivo é redistribuir o metal para posições mais

adequadas ao forjamento subsequente.

Figura 1.33.

45



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 não ainda 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 (Figura 1.34).

Figura 1.34.

Na etapa de acabamento o excesso de material também forma rebarba, que tem

que ser fina para assegurar o preenchimento total da matriz e tolerâncias rigorosas. Isto

porque uma rebarba fina é análoga, ao se formar, a uma situação de indentação com alto

valor de b/h, e portanto, em presença de atrito, gera-se alta pressão de conformação.

Para evitar um aumento excessivo desta pressão, as matrizes são geralmente projetadas

de tal forma que a rebarba fica reduzida à sua espessura mínima somente em uma

largura pequena sendo permitido ao restante escoar livremente dentro da calha ou bacia.

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

III.3.2 – Métodos do Forjamento em Matriz

46



As operações de obtenção de formas intermediárias de uma peça constituem a

conformação intermediária, que se compõe normalmente de três fases: (i) distribuição

das massas; (ii) dobramento (se for o caso); (iii) formação da seção transversal.

Na etapa de distribuição de masssas se procede à expulsão de material nas

porções em que a seção transversal deva ser reduzida, e à acumulação do mesmo nas

posições onde a seção deva ser aumentada (Figura 1.35). As operações mais

empregadas são o estiramento, o encalcamento, o alargamento, a laminação, a extrusão

e o rolamento, sendo o recalque usado para aumentar a seção transversal.

1.35.

O dobramento pode ser executado durante o forjamento, sem um estágio

especial, quando é paralelo ao movimento da ferramenta. Em caso contrário, é efetuado

em uma etapa específica durante (Figura 1.36), ou mesmo após o forjamento da peça.

Figura 1.36.

A formação da seção transversal, ou esboçamento, é o último estágio da

conformação intermediária, no qual as seções transversais são aproximadas das seções

definitivas da peça, de modo que as ferramentas acabadoras dêem, com um consumo

47



mínimo de energia, a forma e dimensões exatas da peça. Esta etapa envolve uma

distribuição de massa perpendicularmente ao eixo longitudinal da peça (Figura 1.37).

Figura 1.37.

Por vezes é necessário mais de um estágio de esboço, quando uma única

ferramenta não é capaz de estabelecer o fluxo adequado de metal ou exige um consumo

de energia além da capacidade do equipamento disponível.

Na etapa de conformação final, ao iniciar-se a formação da rebarba, em virtude

da presença do estrangulamento ou garganta da rebarba entre as duas matrizes elevam-

se consideravelmente e causam o preenchimento de todos os recessos dessa cavidade.

As funções da rebarba portanto são duas:

(i) Atuar como válvula de segurança para o execesso de metal na cavidade das matrizes;

e

(ii) Regular o escapamento do metal, aumentando a resistência ao escoamento do

sistema de modo que a pressão cresce até valores elevados, assegurando que o metal

preencherá todos os recessos da cavidade.

No projeto desta etapa procura-se dimensionar a rebarba de modo que a extrusão

do metal através da garganta seja mais difícil do que o preenchimento do mais intricado

detalhe das matrizes; mas isto não deve ser feito em excesso de modo a criar cargas de

forjamento intensas demais, com os consequentes problemas de desgaste ou quebra das

48



matrizes. O ideal é projetar a relação de rebarba (b/h) mínima necessária para o total

preenchimento das matrizes.

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 de altura inicial com escoamento de metal perpendicularmente à

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 à do movimento das

matrizes. Quando o sentido de movimento do material é contrário ao do trabalho, tem-se

extrusão inversa ou ascensão, que geralmente aumenta a altura da peça e envolve um

grande deslocamento do material ao atrito; neste caso são requeridas tensões elevadas

na garganta da rebarba, para possibilitar a ascensão completa do material na matriz.

Valores recomendados para a espessura da garganta, obtidos a partir dos

resultados experimentais do estudo de grande número de peças forjadas, podem ser

calculados pela expressão:

h = 0,015 (Ape)1/2

Onde Ape é a área da peça forjada, projetada num plano perpendicular a direção

de forjamento, sem incluir a rebarba. Quando esta área projetada for circular, pode-se

usar:

h = 0,015 Dpe

Onde Dpe é o diâmetro da área projetada, sem rebarba.

As pré-formas constituem a fase mais difícil e mais crítica do projeto do

forjamento. Um projeto adequado garante um escoamento sem defeitos, o

preenchimento total da matriz e a mínima perda de material por rebarba.

III.3.3. Características Tecnológicas das Peças Forjadas em Matriz

49



Para que o forjamento em matriz seja econômico e forneça resultados

satisfatórios, devem ser tomadas as seguintes providências:

(i) Minimizar a carga de forjamento – O que minimiza o desgaste das matrizes;

(ii) Minimizar o tempo de forjamento – O que evita a necessidade de reaquecimento da

peça e também reduz o desgaste das matrizes;

(iii) Minimizar o número de etapas e acessórios permitindo economia em matrizes e

ferramentas;

(iv) Simplificar a fabricação de matrizes e demais ferramentas;

(v) Garantir a sanidade das peças obtidas.

Para satisfazer tais condições, o projeto das peças deverá levar em conta as

seguintes regras:

(01) As paredes laterais das peças devem ter, sempre que possível, a forma de barril.

Motivo: Dado que o atrito entre o metal e as ferramentas leva as peças recalcadas a

assumir naturalmente uma forma bojuda (barrilada), a colocação de obstáculos a esse

bojamento eleva a pressão para forjar.

(02) As seções transversais perpendiculares à direção de forjamento devem ser

arredondadas ou pelo menos ter cantos arredondados.

Motivo: O recalque tende naturalmente a produzir seções transversais arredondadas, em

virtude dos divisores de fluxo – Recalque de peças prismáticas; assim; a obtenção de

seções não arredondadas ou cantos vivos requer maior pressão de forjamento.

(03) Devem ser evitados cantos vivos.

Motivo: Além do fator mencionado na Regra 2, ocorre que o material ao escoar em

torno de um canto vivo saliente da matriz, em geral não preenche inteiramente o espaço

disponível, podendo formar dobras quando do recalque subsequente (Figura 1.38),

enquanto que se a transição é cuidadosamente arredondada o material escoa

uniformemente e não apresenta tal problema.

50



Figura 1.38.

Além disso estes cantos vivos salientes rapidamente se desgastam e ficam

sujeitos, no caso de matrizes de aço sujeitas a tratamento térmico, a trincamento e

descarbonetação. Já os cantos vivos reentrantes diminuem a resistência da matriz, por

efeito de entalhe.

Se forem imprescindíveis cantos vivos na peça, eles serão de preferência obtidos

por usinagem após o forjamento. Também variações bruscas da seção na direção do

fluxo do material durante forjamento podem dar origem a dobras e devem por isto ser

evitadas (Figura 1.39).

Figura 1.39.

51



EXTRUSÃO

1 – Conceitos Iniciais da Extrusão

A extrusão é um processo de conformação mecânica em que um bloco de metal

é forçado a passar através de um orifício de uma matriz sob alta pressão, de modo a ter

sua seção transversal reduzida (Figura 1). Por este processo se produzem, geralmente,

barras cilíndricas ou tubos. Em alguns metais de mais fácil conformabilidade, como o

alumínio, pode-se conseguir formas de seção transversal mais irregulares. Inicialmente,

o processo foi aplicado à fabricação de canos de chumbo e, mais tarde, para o

revestimento de cabos elétricos com chumbo (Figura 2).

Figura 1. Processo de extrusão

52



Figura 2. Revestimento de cabo elétrico com chumbo.

Normalmente, a extrusão é realizada a quente, devido ao grande esforço necessário

para a deformação. Neste caso, a passagem do tarugo pela ferramenta, com furo de seção

menor que a do tarugo, provoca a deformação plástica mas sem grande efeito de

encruamento, devido ao processo ser realizado acima da temperatura de recristalização do

material. Com isto a estrutura metálica do produto da extrusão se encontrará na condição

recristalizada (ductilidade restaurada), sendo possível aplicar ao metal extrudado intensos

trabalhos de deformação a frio adicionais como os de trefilação, por exemplo.

Muitos metais admitem a extrusão a frio. A partir de barras e perfis são fabricadas

peças pequenas para máquinas como pinos, eixos, cilíndros ocos, etc. Estes produtos se

caracterizam por uma boa precisão dimensional e acabamento superficial. O encruamento

intenso durante processo permite obter boas propriedades mecânicas com o uso de materiais

relativamente baratos, com baixo teor de elementos de liga. Processos de extrusão a frio tem

53



sido aplicados em um volume cada vez maior, como será visto no prosseguimento desta

apostila.

De um modo geral, tanto os processos a quente como a frio, a extrusão é um processo

que visa obter perfis metálicos com propriedades mecânicas controladas e de comprimento

limitado pelo volume do lingote inicial.

2 – Processos de Extrusão

A extrusão é um processo de conformação mecânica classificado como de

compressão indireta, ou seja, grande parte da deformação ocorre pelo esforço de reação

oferecido por uma matriz de conformação a medida que o material passa por ela. A

reação do tarugo com o recipiente (container) durante o processo resulta em uma alta

tensão compressiva, que reduz a probabilidade de trincamento do material. Esta é a

principal razão pelo crescente o emprego da extrusão a frio, bem como do trabalho com

materiais de relativamente baixa dutilidade, como nos aços inoxidáveis. Ou seja, a forte

compressão presente sobre o material inibe o seu trincamento. Existem dois tipos

básicos de extrusão, representados nas Figuras a seguir:

Na extrusão direta (Figura 3), o bloco metálico é colocado numa câmara e forçado

através do orifício da matriz pelo êmbolo. Neste processo, o material começa a escoar através

da matriz quando a pressão de extrusão atinge um valor máximo, denominado pressão de

rompimento. A medida que o tarugo vai senso extrudado, a pressão necessária para manter o

processo vai diminuindo, pois o comprimento do tarugo ainda no interior do container esta

decrescendo. Deste modo, se a pressão de extrusão for mantida constante, a velocidade de

extrusão tende a aumentar. Como há um grande atrito do material com as paredes do

container, a pressão aplicada representa a tensão de escoamento do material, juntamente

com a parcela necessária para vencer o atrito.

54



Figura 3. Extrusão direta.

Na extrusão indireta (Figura 4), o êmbolo é oco e a ele esta presa a matriz. A

extremidade oposta da câmara é fechada com uma placa. O atrito neste caso, é menor que na

extrusão direta, pois não existe movimento relativo entre as paredes da câmara e o bloco

metálico. Em conseqüência, o esforço necessário a deformação é menor. Neste tipo de

extrusão, a pressão de extrusão é aproximadamente constante com o curso do êmbolo e

representa somente a tensão necessária para deformar o metal através da matriz.

No entanto, a necessidade do uso do êmbolo oco cria limitações para o tamanho do

produto e para as pressões que podem ser aplicadas (êmbolo menos resistente a flambagem),

razão por que a maioria dos produtos são fabricados pelo processo direto.

55



Figura 4. Extrusão indireta.

Em ambos os tipos de extrusão, ao final do curso, a pressão começa a crescer

rapidamente e é comum parar-se então o êmbolo de modo a deixar no container um pequeno

refugo, o qual contém frequentemente defeitos indesejáveis para o produto. Para produção

de peças vazadas, são utilizados processos mais específicos de extrusão:

a) Na extrusão de tubos, parte de um tarugo oco, ou de um tarugo maciço, que é inicialmente

perfurado antes da extrusão propriamente dita. Com modernos equipamentos, podem ser

obtidos tubos com tolerâncias próximas às obtidas por trefilação a frio. A produção de tubos

por extrusão se dá com a adaptação de um mandril no extremo do êmbolo (Figura 5). O

mandril se estende até a entrada da matriz de extrusão e o espaçamento entre o material e as

paredes da matriz determina a espessura do tubo extrudado. Para se produzir tubos

concêntricos, o êmbolo e o mandril devem mover-se num alinhamento axial com o container e

a matriz.

b) A extrusão por impacto é um processo menos usado, mas útil na produção de

pequenos comprimentos de formatos ocos, tais como tubos flexíveis para creme dental.

Sua aplicação se restringe a metais de boa conformabilidade como o Chumbo (Pb),

Estanho (Sn), Alumínio (Al) e Cobre (Cu). Os processos podem ser de extrusão direta

ou indireta e são normalmente realizados a frio, embora a deformação rápida resulte em

considerável aquecimento. O equipamento usado é normalmente uma prensa mecânica

56



de alta velocidade e a conformação se dá por causa de alta energia cinética acumulada

pelo pistão, que pode se deslocar acima dos 100Km/h.

Figura 5. Extrusão de tubos.

3 – Equipamentos para Extrusão

Para a execução da extrusão, são utilizadas na maioria dos casos, prensas hidráulicas,

constituindo-se basicamente de um conjunto cilindro/pistão hidráulico, em que o cilíndro

necessita de constante alimentação de fluido sob pressão para fazer movimentar o pistão.

Estas prensas são classificadas como horizontais e verticais, diferenciadas pela direção deste

pistão.

Prensas Verticais – São equipamentos com capacidade de 300 a 2000 toneladas que se

caracterizam por:

- Possuírem um melhor alinhamento entre o êmbolo da prensa e as ferramentas;

- Maior taxa de produção;

- Requer um menor espaço de instalação;

57



- O esfriamento do tarugo no container é uniforme, assim a defromação é simetricamente

uniforme – Esta é a razão pela qual este tipo de prensa é a mais utilizada para tubos de

paredes finas, onde se requer espessura de parede e concentricidade uniformes.

No entanto, este tipo de prensa requer maior altura livre do solo, exigindo em alguns

casos um poço no solo, para extrudados de grande comprimento. São equipamentos mais

caros do que as prensas horizontais.

Prensas Horizontais – São prensas com capacidade de 1500 a 5000 toneladas

excepcionalmente até 1400 toneladas, utilizada na maioria das extrusões comerciais de barras,

perfis e tubos. Apresentam como principal desvantagem o fato de o fundo do tarugo ficar em

contato com o container e se resfriar mais rapidamente que a superfície superior. Isto pode

ocasionar barras empenadas ou tubos com espessura de parede não uniforme – pode-se evitar

isto aquecendo-se inicialmente o container.

Na Figura 6, pode ser observada uma prensa de extrusão horizontal. Além do conjunto

pistão/cilindro hidráulico, e do sistema acoplado de alimentação do fluido sob pressão existem

ainda outras partes componentes da máquina de extrusão: pistão de extrusão, recipiente,

suporte da ferramenta (fieira) e estrutura.

Figura 6. Prensa horizontal.

- O pistão de extrusão, solidário ao pistão do cilíndro hidráulico, é o componente em que se

concentra todo o esforço da máquina de extrusão, devendo portanto ser fabricado em aço liga

58



resistente ao calor. Este tipo de pistão pode ser trocado por outros de dimensões diferentes

(mais particularmente de diâmetros diferentes), em função das dimensões dos tarugos e das

peças extrudadas.

- O recipiente recebe o tarugo aquecido que deve ser extrudado sob a ação do pistão de

extrusão. A parte interna do recipiente (camisa) sofre a ação dos esforços de compressão e de

atrito em temperaturas elevadas senso, por isso, submetida a uma ação de desgaste

constante. Costuma-se usar entre o êmbolo e o tarugo uma almofada (disco) para proteger o

êmbolo do calor do tarugo. Esta almofada, e o revestimento interno do container, sofrem

desgaste devido a ciclagem térmica e tem que ser substituídos periodicamente.

- O conjunto suporte da fieira é constituído de diversos componentes com a finalidade de

aumentar a resistência mecânica, posicionar e facilitar a troca da fieira. Como estes

componentes não entram em contato direto com o material aquecido, podem ser fabricados

em aço-liga de menor custo que os aços liga resistentes ao calor.

- A estrutura da máquina é constituída, nesta prensa horizontal, de uma base para suporte de

todos os componentes. Numa extremidade dessa base se apoia o conjunto do cilindro

hidráulico e o pistão de extrusão; na outra extremidade se encontra o recipiente solidário ao

conjunto suporte da fieira e a placa de apoio terminal, esta última acoplada ao conjunto do

cilindro hidráulico por dois tirantes superiores para aumentar a rigidez da máquina.

As ferramentas para extrudar (matrizes ou fieiras) podem apresentar diversos tipos de

perfis. A escolha deste perfil depende do tipo de metal a ser trabalhado e da experiência

acumulada em cada condição de trabalho, e influencia grandemente a qualidade do produto

extrudado. Podem ser utilizados matrizes de faces planas ou matrizes cônicas (Figura 7). As

seguintes condições devem ser observadas no estabelecimento do ângulo da matriz.

- Propriedade do material a ser extrudado;

- Tolerâncias de distorção no extrudado;

- Níveis das tensões aplicadas;

- Escoamento uniforme e equilibrado do metal pela matriz.

59



O material da matriz deve ser de um aço ligado com a característica de mater elevada

dureza (44 a 45HRc, obtida no tratamento térmico de têmpera e revenido), em temperaturas

de trabalho que podem atingir níveis de 6000C ou mais. O metal duro é usado como material

da ferramenta quando as quantidades de material extrudar são suficientemente elevadas,

para justificar o custo maior das ferramentas, e também para produzir perfis especiais e de

dimensões não muito elevadas. No entanto, por causa de sua fragilidade, o metal duro precisa

ser embutido em um suporte de aço. A usinagem das matrizes é comumente realizada pelo

processo de eletroerosão.

Figura 7. Perfis de matrizes para extrusão.

4 – Etapas do Processo de Extrusão

De um modo geral, tanto na extrusão direta como indireta, os processos de extrusão

seguem uma sequência semelhante, visualizada na Figura 8.

a) Alimentação da prensa: O tarugo é inicialmente aquecido no forno e rapidamente

transportado para o recipiente, restringindo ao máximo o contato com o meio ambiente de

modo a evitar oxidação excessiva. O tarugo é colocado num apoio diante do recipiente e o

pistão é acionado de encontro ao tarugo, instalando-o dentro do recipiente. Como já citado,

entre o pistão e o tarugo coloca-se um disco metálico para evitar a soldagem do pistão no

tarugo em virtude das temperaturas e pressões elevadas. A presença do disco, de diâmetro

próximo ou inferior ao da camisa, cria um motivo a mais para se deixar um resto de tarugo

sem extrudar que é o de evitar que o disco atinja a ferramenta de extrudar.

60



b) Avanço do pistão: Após instalado dentro do recipiente, a pressão sobre o material crescerá

até provocar o escoamento de quase todo o comprimento do tarugo pelo orifício da matriz. A

sobra de material dentro do recipiente se dá pelas razões já expostas. A velocidade do pistão

dependerá principalmente do tipo de material.

c) Expulsão do material extrudado: Após o pistão ter completado o curso de extrusão, o

recipiente se afasta para a retirada do disco e do resto do tarugo, que será cortado do

extrudado, e o pistão por sua vez será recuado. Antes da colocação de um novo tarugo para

extrusão, procede-se a remoção dos resíduos de óxidos na camisa com auxílio de outro disco

raspador acionado pelo pistão. Mesmo para prensas relativamente grandes (cerca de 2000

toneladas) o ciclo completo de extrusão ocorre em um período pequeno (cerca de 60

segundos).

Figura 8. Etapas de um processo de extrusão.

61



c) Expulsão do material extrudado: Após o pistão ter completado o curso de extrusão, o

recipiente se afasta para a retirada do disco e do resto do tarugo, que será cortado do

extrudado, e o pistão por sua vez será recuado. Antes da colocação de um novo tarugo para

extrusão, procede-se a remoção dos resíduos de óxidos na camisa com auxílio de outro disco

raspador acionado pelo pistão. Mesmo para prensas relativamente grandes (cerca de 2000

toneladas) o ciclo completo de extrusão ocorre em um período pequeno (cerca de 60

segundos).

5 – Variáveis Influentes nos Esforços de Extrusão

Existem diversas variáveis no processo de extrusão que interferem de forma direta nos

esforços empregados no processo. A análise desta influência é complexa, em função dos

efeitos de interação entre estes fatores, da dificuldade em se fazer uma análise teórica precisa,

bem como de difícil análise experimental devido às condições de alta temperatura e pressão

presentes no processo. Os principais fatores influentes na força necessária para extrudar um

determinado material são:

- Tipo de extrusão: direta ou indireta

- Razão de extrusão

- Temperatura de trabalho

- Velocidade de deformação do material

- Condições de atrito na matriz e na parede do container

1) Tipo de Extrusão

A Figura 9 ilustra o comportamento da pressão da pressão de extrusão com o curso do

êmbolo para ambos os tipos fundamentais de extrusão. Pode-se observar o que foi citado

anteriormente, ou seja, a grande variação da pressão de extrusão com o curso do êmbolo na

extrusão direta, devido a quantidade de material que decresce progressivamente no interior

do container. Nota-se também que a pressão de extrusão se mantém aproximadamente

constante durante o curso do êmbolo, na extrusão indireta. Por fim, é claramente

demonstrado no gráfico, que a extrusão direta requer uma pressão de extrusão indireta, por

causa do maior atrito material-recipiente.

62



Figura 9. Pressão de extrusão x Curso do êmbolo.

2) Razão de Extrusão

A razão de extrusão esta diretamente relacionada com a redução de área pelo tarugo a

ser extrudado, sendo definida por:

Re = A0/Af, onde

A0 = Área inicial do tarugo

Af = Área final do produto extrudado

Logicamente, quanto maior a razão de extrusão, maiores os esforços de extrusão.

Quanto mais maleável o material, maior a razão de extrusão possível de aplicar. Para o aço são

63



empregadas razões de extrusão de até 40:1, enquanto este valor pode chegar a 400:1 na

extrusão do alumínio.

3) Temperatura de Extrusão

A maioria das operações deextrusão é realizada a quente, em função dos menores

esforços necessários para o processo, bem como pelo menor encruamento do material

extrudado. Em compensação a isto podem ocorrer problemas como:

- Oxidação do tarugo e das ferramentas;

- Amolecimento das ferramentas;

- Dificuldade de lubrificação.

Por isto, prefere-se trabalhar na mínima temperatura que confere ao material a

plasticidade adequada. O limite superior de temperatura de trabalho é dado normalmente

pela temperatura de fusão do material senso extrudado, mas com uma boa margem de

segurança para baixo, já que a intensa deformação da própria extrusão causa considerável

aquecimento, tanto maior quanto for a velocidade do processo.

4) Velocidade do êmbolo

A relação entre velocidade do êmbolo e os esforços de extrusão pode ser entendida do

seguinte modo:

- Se a velocidade do êmbolo (Vc) cresce, a pressão de extrusão (Pe) também aumenta, ou seja,

Aumento de vc implica em aumento de Pe;

- Se a velocidade do êmbolo é baixa (Vc), o tarugo se resfria mais (e tanto mais quanto maior

for sua temperatura), de modo que o material fica menos maleável e a pressão de extrusão

(Pe) pode até crescer ao longo do curso do êmbolo. Esta é a razão pela qual se aplicam altas

(Ve) para a extrusão de ligas de alta resistência, que necessitam de temperaturas elevadas

3) Temperatura de Extrusão

64



A maioria das operações de extrusão é realizada a quente, em função dos menores

esforços necessários para o processo, bem como pelo menor encruamento do material

extrudado. Em compensação a isto, podem ocorrer problemas como:

- Oxidação de tarugos e das ferramentas;

- Amolecimento das ferramentas;

- Dificuldade de lubrificação.

Por isto, prefere-se trabalhar na mínima temperatura que confere ao material a

plasticidade adequada. O limite superior de temperatura de trabalho é dado normalmente

pela temperatura de fusão do material sendo extrudado, mas como uma boa margem de

segurança para baixo, já que a intensa deformação da própria extrusão causa considerável

aquecimento, tanto maior quanto for a velocidade do processo.

4) Velocidade do Êmbolo

A relação entre a velocidade do êmbolo e os esforços de extrusão pode ser entendida

do seguinte modo:

- Se a velocidade do êmbolo (Vc) cresce, a pressão de extrusão (Pe) também aumenta, ou seja

Vc Pc;

- Se a velocidade do êmbolo é baixa (Vc), o tarugo se resfria mais (e tanto mais quanto maior

for sua temperatura), de modo que o material fica menos maleável e a pressão de extrusão

(Pe) pode crescer ao longo do curso do êmbolo. Esta é a razão pela qual se aplicam altas Vc

para extrusão de ligas de alta resistência, que necessitam de elevada temperatura.

- Por outro lado, existe limitação para a velocidade do êmbolo (Vc), devida ao aquecimento

causado pela deformação, que pode levar o material à fusão. A seleção da velocidade e

temperatura do êmbolo é melhor feita por experimentação para cada liga e tamanho de

tarugo.

5) Condições de atrito na matriz e na parede do container

65



O atrito existente entre o material e o equipamento de extrusão determina não só um

maior esforço de corte, bem como influencia diretamente no comportamento de deformação

do material (como será visto a seguir) e na ocorrência de defeitos no produto extrudado. A

redução no atrito no atrito do material com o container, pode ser obtida com o uso de

lubrificantes resistentes a alta temperatura, já a redução do atrito com a matriz se obtém,

além de lubrificando-se, com a utilização de matrizes cônicas.

6 – Mecanismo de deformação na extrusão

As propriedades e a qualidade do produto extrudado, inclusive a presença de defeitos,

depende da forma como o metal escoa e da intensidade e distribuição das deformações, ou

seja, depende do modo de escoamento. O escoamento nem sempre se dá de maneira

homogênea ao longo de sua seção transversal. A principal causa da deformação homogênea

no material são, sem dúvida, o atrito deste com as paredes do recipiente e a falta de

uniformidade do material ao longo de sua seção. A partir de certos estudos e experimentos, foi

possível estabelecer alguns princípios acerca disto:

- Quando a pressão de extrusão ultrapassa o valor da pressão de rompimento, o tarugo no

interior do recipiente terá sofrido uma tensão suficiente para escoar pelo orifício da matriz.

Devido ao atrito entre este material e o container, a parte externa do material tenderá a

deformar-se bem menos que o interior do tarugo, que esta livre de atrito externo. Com isto,

começ a se formar uma região na periferia do tarugo onde a deformação do material ocorre

numa escala menor, em relação ao centro deste, causando um cisalhamento interno. Isto

levará ao material a se distorcer severamente junto aos cantos da matriz, formando uma zona

morta (Figura 10), que se caracteriza por seu uma região onde há pouca deformação. Quanto

maior o atrito entre o container e o tarugo, maior a ocorrência desta zona morta.

- O material no centro do tarugo sofre, essencialmente alongamento puro ao atravessar a

matriz, mas aqueles próximos aos lados sofrem intensa deformação de cisalhamento, o qual

consome energia não relacionada à mudança à mudança de dimensões externas do material e,

por isso é chamado de trabalho redundante. Quanto maior o atrito, maior a energia gasta para

efetuar a extrusão.

66



Figura 10. Modelos de deformação na extrusão.

- O formato da matriz de extrusão também tem grande influência na homogeneidade da

deformação do extrudado. Com a utilização de matrizes com a face plana, o metal que entra

na matriz forma uma zona morta e cisalha internamente com maior facilidade devido a maior

dificuldade para seu escoamento. A medida que utiliza-se matrizes cônicas, a lubrificação

torna-se melhor e o escoamento do material torna-se mais fácil, aumentando a

homogeneidade na deformação e diminuindo a formação de zona morta. Porém, a partir de

certa conicidade, o atrito aumenta muito sobre a matriz, levando a um desgaste mais rápido.

- A obtenção de extrudados com deformação homogênea é possível com um tarugo bem

lubrificado e um container de baixo atrito. Um lubrificante para extrusão a quente tem de ter

baixa resistência ao cisalhamento e ainda ser estável o bastante para não falhar em alta

temperatura. O filme de lubrificante tem de ser completo e contínuo pois falhas no mesmo

dão origem a zonas de cisalhamento que podem se desenvolver em trincas superficiais, além

de acarretar lubrificante ou partículas de óxidos para dentro do material, formando estrias e

inclusões. Como lubrificante, são usados óleos com grafite ou somente grafite (resistentes a

67



alta temperatura), que são aplicados ao recipiente e as matrizes. Para aços e ligas é usado

ainda o vidro fundido.

7 – Defeitos em produtos extrudados

Os defeitos nos produtos podem aparecer em função dos diversos fatores de

influência referentes ao material e, principalmente, às condições de operação. Podem-se listar:

- Inclusão de óxidos e impurezas superficiais, causadas pela deformação heterogênea em que

o centro do tarugo move-se mais rápido que a periferia. Depois que aproximadamente 2/3 do

tarugo foi extrudado, a superfície externa do tarugo move-se em direção ao centro e é

extrudada através da matriz, fazendo com que os óxidos e impurezas superfíciais formem

estrias internas na barra extrudada. A tendência a formação deste defeito é tanto maior

quanto maior o atrito ou o resfriamento superficial localizado do tarugo.

- Inclusão de lubrificante no material extrudado. Ocorre quando existe falha no sistema de

lubrificação. Uma camada de lubrificante é levada para dentro do extrudado ao longo de

bandas de cisalhamento, aparecendo como inclusões laminares do produto.

- Formação de funil. Quando o comprimento do tarugo que resta no container é

aproximadamente ¼ do comprimento, o rápido fluxo radial para dentro da matriz resulta na

criação de um buraco axial, ou funil, no extremo final do extrudado. A extensão da peça na

qual ocorre o funil tem que ser descartada.

- Variações na estrutura, propriedades e resposta ao tratamento térmico ao longo do produto

extrudado em diferentes pontos de sua seção. São defeitos devidos à deformação

heterogênea, que também podem causar trincamentos internos e externos.

- Escamas superficiais. São defeitos ocasionados pela aderência de partículas de material duro

e resíduos óxidos na superfície das ferramentas que fica com um acabamento superficial

irregular.

Além destes defeitos, pode-se ainda mencionar aqueles provenientes da falta de

homogeneidade estrutural do material a ser extrudado, como granulação mais grosseira na

superfície, ou segregações, provocadas pelos processos de preparação do lingote por fundição

(ou tarugo por laminação) ou pela falta de uniformidade de temperatura através da seção

transversal durante a extrusão.

68



8 – Extrusão a frio

Como citado anteriormente, os processos de extrusão a frio produzem peças com

precisão dimensional, acabamento superficial e propriedades mecânicas melhores do que os

processos a quente e, com estas vantagens, tem progredido continuamente. Alguns processos

de extrusão a frio podem ser vistas na Figura 11.

Os aços carbono, de teor até 0,20%, são muito fáceis de extrudar a frio, e alguns

exemplos de peças obtidas incluem entre outros, invólucro de velas de ignição, capas de

mancal, capas de juntas esféricas, pinos de pistões, porcas de velas, retentores de molas de

válvulas, etc.

Figura 11. Processos de extrusão a frio.

A medida que o teor de carbono cresce, a extrusão a frio torna-se mais difícil. Estes

aços exigem um tratamento térmico de esferoidização, para conferir ao metal uma estrutura

69



mais adequada à extrusão. Com este material, produzem-se por extrusão a frio, apoios de

suspensão dianteira, porcas, eixos de motores e geradores, forquilhas de junta universal, etc.

Finalmente os aços liga, empregados quando se deseja tratar termicamente ou

cementar, são ainda mais difíceis de extrudar a frio e a extrusão prévia é quase sempre

necessária. Com estes aços são produzidos buchas, pistões, eixos, parafusos, pinos, porcas,

roletes, etc.

Além de peças de aço, inclusive inoxidável, são extrudadas a frio ligas de alumínio,

cobre, chumbo e magnésio (extrusão a frio por impacto). Para a extrusão a frio são usadas

geralmente prensas verticais mecânicas, senso usadas também prensas hidráulicas para peças

maiores.

9 – Extrusão hidrostática

O processo de extrusão hidrostática tem experimentado um crescimento bastante

progressivo em dias recentes. Sua principal característica que o diferencia de outros processos

de extrusão, consiste no uso de um fluido sob alta pressão para forçar o material através da

matriz. O processo pode ser visualizado na Figura 12, e possui as seguintes características

operacionais:

Figura 12. Extrusão hidrostática.

70



- Vantagens:

Não existe atrito entre o tarugo e o recipiente e, com isso, tarugos longos podem ser

extrudados sem aumento correspondente na pressão de extrusão.

O atrito baixo entre a matriz e o tarugo é baixo, podem-se utilizar matrizes com maior

conicidade, reduzindo a formação de zona morta e a pressão de extrusão.

O cisalhamento do material ao longo da matriz é reduzido, diminuindo a possibilidade

de fratura em relação à extrusão convencional. Isto possibilita a extrusão de materiais de alta

reisitência.

Obtem-se boa precisão dimensional e bom acabamento superficial do produto, devido

ao baixo atrito.

A resistência do produto é frequentemente mais alta que a obtida por extrusão

convencional, devido a ausência de vazios e poros na extrusão sob grandes tensões

compressivas.

- Desvantagens:

Para gerar pressões suficientemente elevadas, ocorre compressão considerável do

fluido (tipicamente de até 1/3 do volume). Isto leva a uma grande quantidade de energia

aermazenada, o que reduz a eficiência e é perigoso.

A ponta do tarugo deve ser cônica e pressionada contra a matriz para produzir a

vedação inicial.

Uma vez iniciada a extrusão do tarugo, é difícil controlar a velocidade de operação.

Como conseqüência, a velocidade de extrusão é frequentemente muito alta, podendo ocorrer

um aquecimento e amaciamento indesejáveis no produto. Neste caso, o produto e o fluido

podem ser ejetados violentamente do recipiente, a não ser que haja algum tipo de controle.

O processo não admite extrusão a quente.

A pressão do fluido deve ser limitada na prática (< 175 Kgf/mm), por causa da

resistência do container e para que o fluido não se solidifique.

71



Durante a produção, a vedação do fluido exige equipamentos auxiliares no caso do uso

de máquina horizontal. Um número elevado de ciclos repetidos de operação pode exigir trocas

frequentes do selo entre o pistão móvel e o recipiente fixo, ou então, exigir dispositivos

especiais de vedação.

TREFILAÇÃO DE ARAMES E BARRAS

A – Introdução

A menor bitola do arame que se pode obter, em termos econômicos, por laminação a

quente, é da ordem de 5mm. O resfriamento excessivamente rápido e o efeito fortemente

abrasivo da camada de carepa fazem com que a conformação por esse processo se torne

inadequado para bitolas maiores. Além disso, é difícil a obtenção de arames de secção

perfeitamente redonda, por laminação a quente.

72



Por estas razões, são os arames, a partir dessa bitola, submetidos a uma eficiente

remoção de carepa, lubrificados e processados por um novo processo, realizado à temperatura

ambiente, denominado Trefilação.

Sendo a trefilação um processo de conformação a frio é, muitas vezes, utilizado

também para a produção de arames de maior calibre, quando se pretender requisitos que

inabilitem os processos a quente, como sejam, superfícies lisas, polidas e isentas de defeitos

de superfície. O processo de trefilação, também se impõe sabre o de laminação quando a

precisão dimensional é um requisito. Por fim, é possível influenciar, dentro de uma faixa

bastante ampla, as propriedades mecânicas dos produtos trefilados, adaptando-as a cada

finalidade que se pretenda.

Esta última característica é utilizada também para a obtenção de barras de secção não

circular (sextavadas, quadradas, tubulares) e determinados prefilados. Outrossim utiliza-se,

por vezes, a trefilação a quente, sempre que o objetivo primeiro for a grande redução de

secção, e o elevado esforço exigido assim a determinar.

B – Evolução Histórica

Arames de ouro e prata para colares e pingentes eram já conhecidos desde muitos

séculos antes de Cristo. Arames de ferro, ao que se sabe, passaram a ser produzidos na Idade

Média, para uso na confecção das cotas de malha dos cavaleiros medievais. Para tanto,

utilizado o ferro pudlado, forjado a quente, tanto quanto possível. Após um escovamento da

carepa, procedia-se a trefilação, tracionando o material manualmente através de fieiras de

madeira dura ou de pedra. Quando necessário, interpunham-se etapas de recozimento, em

fornos comuns a carvão, para manter o arame suficientemente mole para poder prosseguir a

trefilação. A carepa formada nesse recozimento era removida, antes de prosseguir a

conformação, por escovamento com pedras e areia.

A dificuldade e o incômodo da trefilação de arames mais encorpados fez com que,

desde o início, se procurasse facilitar o processo pela utilização de auxílios mecânicos

elementares. Uma das soluções, foi o uso de um balanço, sobre o qual se sentava o trefilador,

procurando utilizar o efeito da inércia para reduzir seu esforço físico ou obter maior produção.

O arame assim produzido resultava com inúmeros e inevitáveis sinais da mordida da

tenaz utilizada para a trefilação.

73



Para arames mais finos utilizaram-se, até os séculos XII a XIII, bobinas montadas com o

eixo vertical, sobre uma mesa, e com a fieira interposta entre ambas. A partir do século XIV,

passou-se a utilizar rodas d’água para obter a força motriz requerida à trefilação, que se dava

descontinuamente, assim como no balanço.

Somente com a invenção do motor elétrico, porém, o processo passou a evoluir de

forma mais acentuada, quer pelo desenvolvimento de máquinas mais adequadas à trefilação,

quer pela progressiva utilização de materiais produzidos por novos processos que asseguravam

melhor qualidade à matéria prima, quer, ainda, pelo surgimento de materiais mais adequados

para as fieiras, e quer, finalmente, pelo desenvolvimento de tratamentos térmicos que

permitiriam ajustar a matéria prima a requisitos específicos. Sobre esses assuntos, tornaremos

a falar mais adiante.

C – Materiais Usados

Os materiais usualmente utilizados em trefilação são, antes de tudo, o aço doce, para a

fabricação de arames comuns e telas metálicas, os aços de alto C, para a fabricação de molas e

ponteiras, os aços ligados, para pequenos eixos e molas especiais. Mas igualmente se trefilam

o cobre, o bronze e o alumínio. Os filamentos de lâmpadas elétricas são fabricados de

tungstênio trefilado.

O material a trefilar deve apresentar-se isento de defeitos, tanto químicos (teor

excessivo de S, P, O e N), quanto físicos (inclusões, heterogeneidades devida à segregação,

dobras, fissuras, rebarbas, etc).

D – Preparo do Material

O produto oriundo da laminação a quente apresenta uma carepa dura e frágil, cuja

ação abrasiva sobre a superfície da fieira torná-la-ia imprestável em pouco tempo. Por esta

razão, o material a trefilar deve apresentar uma superfície metálica limpa, o que demanda

uma série de operações de preparação do mesmo, anteriores à trefilação. Tais são essas

operações:

D.1 – Remoção da Carepa

74



A remoção da carepa é conseguida por meio de uma operação de descascamento, que

pode ser feito por via mecânica ou química.

O descascamento por via mecânica não permite uma remoção eficiente da carepa

que se forma na superfície do arame. Via de regra, é utilizado para a remoção do grosso

da carepa, sendo posteriormente complementado por uma decapagem. O

descascamento mecânico é geralmente tracionado o arame através de uma série de rolos

cujos eixos se cortam a 90 gruaus, semelhante aos usados para o desentortamento do

arame. Os múltiplos dobramentos produzidos fazem com que parte da carepa se solte.

Últimamente tem-se utilizado para o descascamento mecanico uma máquina (fig. 1) em

que a operação se processa em duas etapas. Inicialmente o arame percorre dois roletes

dispostos, perpendicularmente entre si. Sofre, assim, dobramento em dois planos, com

que a maior parte da carepa quebradiça racha e cai. Sobre o arame permanecem apenas

pequenas partículas finamente aderidas, que são removidas na segunda etapa, por meio

de escovas metálicas.

FIGURA 1

Fig. 1 – Instalação para o descascamento mecânico do arame, colocada a frente

da máquina de trefilação.

As escovas tem a forma circular e são dispostas em oposição . Giram em sentidos

contrários, ao redor de seus eixos. Além disso, giram juntamente com o quadro em que estão

montadas, ao redor do arame em processamento.

Esta máquina não tem acionamento próprio e é instalada à frente das máquinas de

trefilar.

A remoção da carga, porém, mais comumente realizada por decapagem , ou seja, por

via química, tratando-se o arame com soluções de ácidos metálicos diluídos. Em geral se usa,

para tanto, o ácido sulfúrico ou clorídrico, mas também outros são, por vezes, utilizados; as

vezes utilizam-se misturas de ácidos.

O ácido não ataca diretamente a carepa, mas penetra pelas fendas da mesma, até a

superfície metálica, com a qual reage, formando fosfato de ferro, um sal neutro solúvel, e

liberando uma mistura de gases, em que predomina o hidrogênio. Esta ação provoca o

75



desprendimento da carepa, que se deposita no fundo da cuba, de onde deve ser removida a

intervalos relativamente frequentes. A solucão ácida tende a ficar saturada de sulfato de ferro

e deve, por isso, ser periodicamente renovada.

D. 2 – Lavagem

Após a decapagem é necessária que as bobinas de arame sejam

convenientemente levadas. São por isso, depositadas num tanque de água fresca

corrente, e submetidas a jatos de água pressurizadas, que removem quaisquer resíduos

ácidos ainda remanescentes na superfície do arame.

D. 3 – Recobrimento

Depois da lavagem há necessidade de aplicar uma camada protetora sobre o arame. Esta

tem tripla finalidade, prevenir nova oxidacão da superfície do arame, antes da trefilação;

neutralizar eventuais resíduos ácidos que porventura ainda se encontrem sobre a superfície do

arame, e servir de suporte para o lubrificante a ser usado na trefilação.

O material que mais se consagrou par a consecução desses objetivos é a cal. É barata e

de fácil aplicação, basta imergir as bobinas num tanque com leite de cal, aquecido a uns 100

graus., durante o tempo suficiente para que adquiram a temperatura do banho. Em seguida,

retiram-se as bobinas e deixam-se a secar.

Modernamente, nos E.U.A. , vem a cal sendo substiuída, nessa operação, pelo bórax,

que embora senda mais caro, apresenta algumas vantagens: é de secagem mais rápida,

absorve menos umidade e não forma pó que contamina o ambiente.

D. 4 – Secagem

Após a limpeza o recobrimento do arame, deve o mesmo ser convenientemente

secado, antes de trefilação. Esta secagem pode ser feita em fornos especiais (em poucos

76



minutos), ou apenas colocando as bobinas próximo a um forno de tratamento térmico

em operação, ali as deixando durante duas a tres horas.

Essa secagem tem uma finalidade adicional importante. Quando da decapagem, o

hidrogênio liberado parcialmente absorvido pelo aço, que fica, então, fragilizado. Durante o

processo de secagem, este hidrogênio é novamente removido, devolvendo ao arame suas

características originais. Esse é então, apontado e trefilado.

E – Trefilação Seca e Trefilação Úmida

Há dois processos para a trefilação de arame: a trefilação a seco e a trefilação úmida.

Os processos são idênticos do ponto de vista puramente mecânico. A diferença está nos

revestimentos aplicados e nos lubrificantes usados. Todo arame trefilado a úmido sofre,

previamente, um ou mais passes a seco. É, então, lavado, enxaguado e imerso numa solução

diluída de sulfato de cobre ou de estanho, ou numa mistura desses dois sais. Tem lugar uma

reação química, que resulta na deposição de uma fina camada da solução usada sobre a

superfície do arame. Após a deposição, o arame é usualmente mantido imerso em água para

protegê-lo da influência da atmosfera.

Na trefilação úmida que se segue, a bobina alimentadora, que contém o arame, é

posta numa tina com água, a que se adiciona um sabão especial, que atua como lubrificante.

Nos últimos anos, tem se desenvolvido soluções revestidoras especiais que se aplicam sobre o

arame após o tratamento com a solução de sulfato. Estes revestimentos protegem a superfície

do arame da atmosfera, sendo, também de secagem rápida, de forma que se torna possível

armazenar o arame sem mantê-lo imerso em água, e trefilá-lo a partir de uma bobina seca. Na

trefilação, a solução de sulfato de cobre ou estanho confere uma cor metálica característica ao

arame, que é conhecido então, comercialmente, como arame cobreado, estanho ou latonado.

Este último termo refere-se ao acabamento obtido por um revestimento com cobre e estanho,

e nada tem a ver, senão no aspecto do arame, com latão.

A trefilação úmida é utilizada com fins decorativos ou para conferir uma cobertura que

proteja o material da base do arame.

F – A Fieira

77



A matriz de trefilação – denominada fieira – é uma das ferramentas mais importantes

que se utilizam na indústria. Não tem pontos móveis e não remove material, apenas reduz

uniformemente a área da secção transversal do material, melhorando o acabamento e as

propriedades mecânicas.

Muitos materiais têm sido usados para a confecção das fieiras ao longo do tempo:

ferro coquilhado, chapas de aço, aços ligados e outros. Todos, porém, foram deslocados, a

partir de 1920, pelo carboneto de tungstênio – ou metal duro – com exceção, exclusivamente,

do diamante. Fieiras de diamante são, ainda, usadas para bitolas pequenas, em arame de alto

carbono ou de aços ligados, embora mesmo esses possam ser trefilados com fileiras do metal

duro.

O carboneto de tungstênio é um material muito duro, com grande resistência ao

desgaste, mas pequena resistência ao impacto. Deve ser reforçado externamente, para ser

utilizado em trefilação (Fig. 2). Isto se consegue comprimindo um núcleo de metal duro num

estojo de um aço de médio carbono.

FIGURA 2Fig. 2 – Núcleo de metal duro (1) embutido em um estojo de aço (2), para trefilação de

arame.

Utilizam-se fieiras de diamante, freqüentemente, quando se requer precisão e

uniformidade para bitolas de arame mais reduzidas mormente na trefilação úmida contínua.

Na construção de fieiras de diâmetro, fixa-se convenientemente um pequeno cristal chato de

diâmetro num orifício de um pequeno estojo metálico e pratica-se no mesmo, um furo com o

diâmetro pretendido, utilizando brocas especiais e pó de diamante. O diamante é uma das

substâncias mais duras que se conhece, e tem grande resistência ao desgaste. Grandes

comprimentos de arame podem, por conseqüência, ser trefilados através destas fieiras, com

pequena ou nenhuma variação de secção transversal devido ao desgaste da fieira.

O uso demonstra que um adequado dimensionamento é fundamental para o bom

desempenho da fieira, ou seja, para que seu desgaste seja mínimo.

Uma fieira corretamente executada deve apresentar quatro zonas distintas, como se

observa na figura 3. A primeira zona, no lado de alimentação da fieira, tem diâmetro algo

maior do que o da barra ou arame a trefilar, sua finalidade é a de prover espaço para o

78



lubrificante, que adere à barra ou ao arame a trefilar através do furo, esta região é definida

pelo ângulo ou raio de boca ou de entrada, que conduzem gradualmente à segunda zona. Esta

é caracterizada pelo ângulo de aproximação, 2, e corresponde à região em que se processa

propriamente a conformação do material. A zona seguinte é a guia de calibragem geralmente

cilíndrica, mas que pode, por vezes, ter um leve ângulo de inclinação. Esta região tem a

finalidade de conferir a exata dimensão ao produto trefilado. Finalmente, vem a zona da saída

de alívio ou de incidência, na qual se dá um alargamento do furo da fieira, com a finalidade de

reforçar a aresta circular da mesma contra ruptura.

F.1 – Grau de Trefilação

O núcleo de metal duro, a partir do qual se fará a fieira para um determinado trabalho

de trefilação, será selecionado de acordo com o material a trefilar, o tipo de trabalho

(trefilação seca ou úmida) e o grau de trefilação.

Este é expresso pela redução percentual de área da seção transversal do produto

trefilado:

GT = S1 – S2 x 100 (1)

S1

E no caso do arame redondo será expresso por:

GT = D12 – D 2

2 x 100 (2)

D12

O grau de trefilação depende do material trefilado, de sua bitola e das condições do

serviço. Deve ser menor para materiais mais duros, para bitolas menores e para trefilação

úmida. Os valores usualmente recomendados são:

Aços e Carbono = 45 Kg/mm2..................................................................20 a 30%

Aços, Carbono e Ligados = 45 Kg/mm2...................................................15 a 25%

Aços inoxidáveis.......................................................................................12 a 18%

Cobre.........................................................................................................25 a 35%

Alumínio...................................................................................................30 a 40%

79



O valor escolhido, porém, dependerá igualmente de outros fatores: dureza do arame

após a trefilação, tratamentos térmicos intermediários, máquina usada, número de passes

contínuos, etc...

F.2 – Seleção da Fieira

Selecionar uma fieira consiste em dimensionar as várias grandezas que comparecem

na fig. 3. Para tanto, convém, entretanto, dar algumas explicações e referências a cerca das

mesmas:

FIGURA 3Fig. 3 – Geometria de uma fieira para trefilação de arame.

a) A altura total – A, do núcleo de metal duro depende do serviço a que o mesmo

será sujeito. Núcleos que trabalhem condições severas devem ter uma altura maior do

que os que trabalham em serviços leves, realizando pequenas reduções ou atuando sobre

materiais de pouca dureza e tenacidade. Uma altura maior do núcleo permite, em geral,

um melhor aproveitamento do mesmo, podendo-se trabalhar com parede do núcleo

menos espessa do que no caso de uma altura menor. Um núcleo mais alto permite,

também, melhor dimensionamento da forma interna, dando melhores possibilidades

para uma conformação adequada de cone de entrada ou de aproximação, facilitando a

lubrificação durante o serviço e, portanto, permitindo melhorara o acabamento do arame

ou barra.

b) O diâmetro do núcleo – D, deve ser escolhido de forma a permitir-lhe o maior

aproveitamento possível. Iniciando o uso do núcleo com um furo reduzido, podem-se

fazer várias reafiações para furos maiores. O número de reafiações irá depender do

desgaste do núcleo, admitido entre cada retificação, e, também, da espessura de parede

do núcleo. O furo não pode ser maior do que aquele que assegure uma espessura de

parede suficiente para os ângulos de aproximação e de saída, e o raio necessário para a

zona de entrada. A parede necessita, também, de uma certa espessura para resistir aos

esforços da trefilação sem rachar.

80



c) O diâmetro do furo – D2, também influencia a escolha do diâmetro externo, de

tal forma que se possa utilizar o núcleo para um número adequado de furos nominais.

As tabelas I e II dão os tamanhos comerciais de núcleo de metal duro e apresentam,

também, os limites máximos e mínimos recomendável de D2, para os vários diâmetros

externos. Aqui se torna necessário atentar, também, para classe de metal duro escolhida.

d) A altura da guia de calibração – C, é a responsável pela dimensão final do

material trefilado, bem como pelo acabamento da superfície. É por isso da maior

importância, que essa guia seja extremamente bem polida, completamente lisa, e sem

ranhuras nem porosidades. A altura da guia de calibragem depende da dureza do

material trefilado, bem como da secção e do lubrificante utilizado. Com uma altura

maior, aumenta-se a resistência da fieira ao desgaste e, com isso, a útil da mesma. Ao

mesmo tempo, entretanto, precisa-se maior força de trefilação, força esta que,

ultrapassando certos limites, pode ocasionar a ruptura do material trefilado ou

diminuição do diâmetro do arame ou, ainda, modificação na secção do trefilado.

Ocasiona, ainda, maior atrito, com aumento anormal da temperatura, prejudicando a

lubrificação. É, assim, da maior importância, a escolha da altura de guia de calibragem

tomando em conta o material a ser trefilado, a potência da máquina e a lubrificação

utilizada.

e) A altura do cone de entrada – E, corresponde, normalmente, a um quarto da

altura total do núcleo. É importante que o cone de entrada tenha uma forma que permita

o perfeito abastecimento de lubrificante no decorrer da trefilação, o que significa que o

arco de raio R deve ter uma concordância suave com o cone.

f) O raio do cone de entrada – R, acima mencionado, deve ser normalmente

maior do que a altura do cone de entrada E. Como regra, toma-se o de três a quatro

vezes o diâmetro do furo do D2.

g) O comprimento da zona de aproximação – F, depende do grau de trefilação

desejado, do material trefilado, bem como, ainda do ângulo de aproximação, 2, da altura

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da guia de calibragem e da altura do cone de entrada. É no cone de aproximação que se

processa a redução do material trefilado e sua superfície deve, por isso, ter acabamento

esmerado, completamente liso e sem ranhuras ou porosidades.

h) O ângulo do cone de aproximação – 2, é variável, e depende de vários fatores,

como sejam: grau de trefilação, material trefilado, diâmetro do arame produzido e

lubrificante usado. Como regra, toma-se valores menores no caso de graus de trefilação

mais reduzidos, de materiais mais duros, de arames mais finos e de trefilação a seco. A

tabela IV dá algumas recomendações para o ângulo de aproximação para diversos

materiais comuns e para diferentes graus de trefilação.

i) A altura do cone de saída – C1, é variável, mas normalmente tomado em torno

de 0,15 vezes a altura total do núcleo. Para serviços pesados deve-se aumentar um

pouco esta altura, diminuindo, também, o ângulo do cone de saída, 2, o qual,

normalmente é tomado igual a 30º. A escolha do cone de saída adequado é muito

importante para a longa vida de um núcleo de metal duro.

Como conclusão, convém advertir, mais uma vez, que as indicações aqui dadas

são meramente aproximativas e que, variações bastantes grandes poderão ocorrer,

dependendo de fatores tais como o material trefilado, a máquina de trefilação

disponível, a redução desejada, os tratamentos térmicos intermediários, etc. Nestes

casos, somente uma série de experiências poderá dar uma idéia sobre os valores

adequados.

F.3 – Seleção do Estojo para o Núcleo

A tabela V oferece, à guisa de sugestão, os tamanhos dos estojos encontrados no

mercado, ajustados aos tamanhos comerciais dos núcleos de metal duro. O encaixe dos

núcleos nos estojos de aço pode ser feita de várias maneiras, e não constituem do

presente trabalho.

G – Máquinas de Trefilação

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G.1 – Generalidades

Uma máquina de trefilar, em sua forma mais geral, se compõe dos seguintes

órgãos essenciais:

a) Carretel Alimentador: sobre o qual é depositada a bobina do arame a trefilar.

b) Porta Fieira: que deve resistir aos esforços de tração do arame, decorrentes

da conformação.

c) Mordaça: para puxar uma primeira porção do arame à saída da fieira.

d) Tambor: sobre o qual se enrolará o fio.

e) Sistema de Acionamento: para promover a rotação do tambor e, com isso, a

tração do fio, compreendendo, via de regra, certo número de engrenagem

para permitir a posta em marcha ou o travamento do tambor, sem que haja

necessidade do desligamento do motor elétrico de acionamento

Como operação prévia a todo trabalho de trefilação, impõe-se a preparação da

extremidade da barra ou arame a trefilar, conferindo-lhe uma ponta que permita sua

introdução através do furo da fieira, para ser agarrada, do outro lado, pela mordaça da

máquina de trefilar.

Essa operação de apontar pode ser realizada por lima, por martelamento, por

dissolução química ou por laminação. As primeiras duas soluções encontram-se em

franco desuso, devido a sua morosidade. O apontamento por dissolução química, apesar

de ser igualmente lento e de produzir a fragilização do arame, em vista do ataque ácido,

encontra aplicações em casos especiais, de materiais de alta resistência ao frio. O

apontamento por laminação é, entretanto, o único que possui significação em termos

industriais, dada a sua rapidez e eficiência. Pode ser realizado em pequenas máquinas

manuais, acionadas por manivela, ou em máquinas providas de motor elétrico. A

primeira solução se limita às pequenas bitolas de arame (máximo 7mm); consta de dois

cilindros de caneluras de secção variável, entre os quais se faz passar o arame, estirando

sua extremidade. Esses cilindros recebem um movimento alternativo a partir deuma

manivela movida à mão. Já os cilindros movidos a motor elétrico possuem movimento

contínuo.

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Tabela V

Tamanho Dimensões do Núcleo

Diâmetro x Altura (mm)

Dimensões do Estojo

Diâmetro x Altura (mm)

1 8 x 16 28 x 13

2 10 x 8 28 x 15

3 13 x 10 28 x 20

4 17 x 13 43 x 25

5 20 x 18 43 x 31

6 25 x 20 53 x 38

7 30 x 24 70 x 45

8 37 x 25 100 x 45

9 47 x 25 100 x 45

10 58 x 25 125 x 50

11 65 x 35 135 x 60

12 75 x 35 160 x 65

13 90 x 35 170 x 65

14 105 x 35 200 x 70

15 125 x 40 215 x 75

G.2 – Máquinas de trefilação

As máquinas de trefilação podem ser classificadas de acordo o seguinte quadro;

Para arames...

GROSSOS – Máquinas Simples Tambor Horizontal (0 25 até 12mm) Tambor Vertical (0 12 até 5mm)

MÉDIOS Duplas E - Máquinas ContínuasFINOS Múltiplas Acumulativas Não acumulativas

EXTRA-FINOS – Máquinas Contínuas e Múltiplas Tandem Tandem circular Cone escalonado

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PARA BARRAS E TUBOS – Banco de Trefilação

Para efeitos dessa classificação, entende-se por arames grossos os que tiverem

diâmetros superiores a 5mm; médios são arames com diâmetros compreendidos entre

1.6 e 5mm; arames finos, possuem diâmetros entre 1.6 e 0.7mm; extra-finos são arames

com diâmetro inferior a 0.7mm.

Máquinas Simples, são acionadas por motor individual, de velocidade variável.

São robustas e destinam-se há trefilação dos arames mais encorpados. O acoplamento

do tambor é feito em modelos mais antigos, por garras. Modelos mais recentes são

providos de um acoplamento de fricção, que permite um acionamento do tambor sem

choques, com o que se elimina o risco de ruptura do arame, ao início da trefilação. O

motor elétrico aciona a caixa de redução através de um acoplamento elástico. Para

arames mais encorpados, prefere-se a construção com eixo horizontal que torna mais

simples e seguro o manuseio das bobinas de arame trefilado.

As Máquinas Simples são, às vezes, dispostas em série, de tal forma que se possa

acioná-las com um motor único. Cada máquina porém, possui uma embreagem que

torna sua utilização completamente independente das demais.

As máquinas para arames médio e as máquinas para arames finos não se

distinguem do ponto de vista construtivo, mas apenas no porte. São máquinas contínuas

e múltiplas, isto é, providas de diversos pares de fieiras e tambor, realizando diversos

passes simultaneamente. O arame passa por uma sucessão de fieiras, para só então ser

rebobinado. Os tempos secundários caem sensivelmente, já que não há necessidade de

remover a bobina do tambor, ao fim de cada passe, para transportá-la ao carretel

seguinte. Tais máquinas eram originalmente construídas para trefilação úmida apenas,

mas hoje são intensamente usadas, também, na trefilação a seco.

Como redução da secção do arame é acompanhada de um aumento de seu

comprimento, é necessário, numa máquina contínua, que cada tambor gire, tracionando

o arame com velocidade proporcional ao comprimento trefilado. Isso pode ser

conseguido de diversas maneiras, como seja, utilizando tambores de diâmetros

diferentes, ou acionando individualmente cada tambor. A solução mecânica, de acelerar

os tambores por meio de engrenagens, limita o número de passes aplicáveis na prática e

não o é, por isso, mais utilizada.

85



Nas Máquinas Múltiplas, isto é, que realizam mais de dois passes, o problema é

resolvido de outra maneira e, dependendo da solução usada, fala-se, então em máquinas

acumulativas e não acumulativas.

Nas Máquinas Acumulativas, o arame é enrolado e trefilado em um tambor

convencional, encimado por pinos e um chapéu de chapa. Permite-se que o arame

enrole sobre os tambores e, também sobre os pinos, em seguida, passa através de um

anel, na periferia da cúpula ou chapéu e, descendo, passa através do eixo, que é oco. A

seguir passa por roldanas, sendo encaminhado a uma nova fieira e a um tambor, e assim

por diante. Ao final da máquina, existe um tambor provido de carcaça removível, na

qual se processa o rebobinamento do arame. Nesse tipo de máquina, o acionamento dos

tambores se faz por engrenagens, de tal forma que a velocidade de cada um aumente de

acordo com a redução do arame. Em uso, é hábito regular o processo de tal forma que

cada tambor trefile um pouco menos material na unidade de tempo, do que o anterior.

Daí resulta uma gradual deposição de material de cada tambor. Quando os tambores

estão cheios, a máquina é desligada e todos os tambores, exceto o último, são

desembreados. Posta a máquina novamente em marcha, o último tambor remove o

excesso de material do penúltimo. O anel giratório, na parte superior deste, mantém

uniforme o suprimento de arame.

Quando este tambor está quase vazio, desliga-se a máquina e se embreia

também, o processo é repetido até que o excesso seja removido de todos os tambores.

Na Máquina Não acumulativa, o arame passa através da fieira e é enrolado

convencionalmente ao redor de um tambor. Este tambor tem de quinze a vinte

centímetros de altura apenas, já que não haverá grande acúmulo de material sobre o

mesmo.

Quando o arame atinge o topo do tambor, passa por uma roldana, daí segue para

uma nova roldana e desta para uma fieira seguinte. Cada tambor é acionado por um

motor de velocidade variável em função da tensão no fio, como captada pela primeira

roldana que segue no tambor, que se encontra montada sobre um braço. Dependendo da

tensão, o braço se movimenta, atuando sobre um reostato e acelerando ou desacelerando

o tambor, conforme for o caso. Por este meio, a produção de cada tambor é mantida em

balanço com a dos demais, não se formando excedentes em quaisquer deles. Cada

86



tambor aloja apenas o número de espiras para permitir atrito suficiente para a força de

trefilação requerida.

Máquinas para Arames Extra- Finos: bitolas inferiores a 0.7 mm são

normalmente trefiladas pelo sistema úmido em máquinas especiais. Há muitos tipos

destas máquinas, e a representação que damos é apenas esquemática. O tipo Tandem

possui eixos horizontais, sendo que o arame passa pela primeira fieira, dá algumas

voltas sobre o primeiro tambor, passa à fieira seguinte, diretamente, e assim por diante.

O tipo Cone Escalonado usa diversos eixos horizontais, sobre os quais são montados

vários tambores de diâmetros diferentes, dando ao conjunto o aspecto de um cone. O

arame mais grosso é trefilado no tambor menor, e passa por uma roldana louca, pela

fieira seguinte, e para o tambor maior que se segue. Os diâmetros são projetados de

forma a compensar o alongamento do arame. Outro tipo é Tandem circular, em que os

tambores são dispostos sobre uma circunferência, com uma fieira entre cada par de

tambores. Cada um é acionado por engrenagens, de forma a girar suficientemente mais

rápido que o anterior e, compensando o alongamento do arame produzido. O tambor

final normalmente tem 20 cm de diâmetro, mas muitas vezes estas máquinas são

equipadas de modo a recolher o arame trefilado diretamente em carretéis. Na trefilação

úmida, o lubrificante é uma solução de sabão em água. Esta solução é bombeada de um

tanque da própria máquina, ou de um tanque central, que esparge o lubrificante à

entrada da fieira. Dá-se um excesso conveniente, de modo que o tambor também seja

lubrificado. O excesso de lubrificante cai no fundo da máquina e escorre para o tanque

ou para um filtro, para recirculação.

Banco de Trefilação é um mecanismo usado para efetuar uma só concentração

em material pesado, que é, em seguida, normalmente desempenado e cortado em

pedaços de comprimento determinado. Permite o trabalho com as maiores secções que

se trefilam usualmente. Adapta-se especialmente para a trefilação de perfilados, barras

para parafusos e pequenos eixos. A máquina consiste em uma estrutura porticada

horizontal, com quinze a trinta metros de comprimento, ao longo da qual se desloca uma

pesada corrente, acionada por rodas dentadas reforçadas. A fieira, através da qual é

puxado o material, fica situado num cabeçote, na extremidade da estrutura oposta ao

comando. Um carro sobre rodas, e que se desloca sobre a superfície superior da

87



estrutura ou banco, tem tenazes apropriadas para agarrar o material e puxá-lo através da

fieira e, também, um gancho que permite a conexão com a corrente. Este equipamento é

similar ao usado na trefilação de tubos sem costura, que estudaremos mais adiante.

H – Encruamento do Material

Os resultados obtidos com o processo de trefilação podem ser resumidos no que

se segue:

a) O metal pode ser alongado e reduzido em secção numa ordem de grandeza

não obtenível por qualquer outro processo;

b) Obtém-se uma precisão maior quanto à dimensão e forma de secção

transversal do que por outros processos, exceto laminação a frio que não é aplicável às

bitolas comuns de arame;

c) Produz-se uma superfície uniformemente limpa e altamente polida;

d) O processo serve como teste para a detecção de falhas do material. O fato de

arame ter suportado bem a operação de trefilação pode ser considerado como uma

indicação de que estava originalmente bom e isento de defeitos que pudessem provocar

falhas em serviço. Isto não que dizer que o arame esteja isento de falhas ou defeitos,

pois certos defeitos podem surgir de uma trefilação imprópria;

e)Finalmente, o processo afeta as propriedades mecânicas do material, o que

permite, pelo emprego deste processo em conjugação com tratamentos térmicos,

produzir arames do mesmo aço, com propriedades mecânicas diferentes.

A dutilidade, expressa pelo alongamento e estricção, diminui

correspondentemente. A extensão destas alterações das propriedades mecânicas não é

sempre diretamente proporcional ao acréscimo de trefilação ou trabalho a frio executado

sobre o material, pois é afetada por vários fatores, como o grau de trefilação total, o

número de passes, a maneira como o grau de trefilação se distribui entre esses passes, o

tipo de material e outros. Contudo, para cada conjunto de condições foi determinada a

variação das propriedades mecânicas e pode-se regular de acordo com o processamento,

para produzir um determinado tipo de arame. A tabela VI mostra resultados colhidos

experimentalmente na trefilação, em condições suaves e intensas, de aço doce

88



normalizado. Pelos resultados pode-se observar que uma seqüência de muitos passes

suaves fornece um produto final, isto é, não encrua tanto o material.

Tabela VI – Influência da repartição dos passes sobre as propriedades mecânicas de um

doce normalizado e trefilado.

Trefilação Suave Trefilação Intensa

Fio trefilado

5 a 3.5 mm

5 passes

Fio trefilado

5 a 1.5 mm

16 passes

Fio trefilado

5 a 3.5 mm

2 passes

Fio trefilado

5 a 1.5 mm

6 passes

Resistência (Kg/mm2)

Estricção (%)

Dobramentos

59

62

22

r = 10

83

37

25

r = 5

63

56

20

r = 10

92

29

24

r = 5

Estas variações das características do metal, motivadas pelo trabalho a fio,

devem ser atribuídas às alterações na estrutura dos grãos produzidos por esses

processos. Numa barra laminada a quente ou num arame recozido, os grãos apresentam

forma poligonal. É possível de observar que, na trefilação, os grãos se alongam, da

mesma forma que o material, ficando correspondentemente mais estreitos na direção

perpendicular ao alongamento. Devido ao esticamento do arame e ao efeito do

esmagamento durante a pressão exercida pela fieira em todas as direções radiais, a

estrutura fica tão alterada que, para grandes graus de trefilação, se torna difícil, senão

impossível, localizar a delimitação de cada grão.

I – Tratamentos Térmicos

O aço pode ser trefilado diversas vezes. Quando, porém, é trefilado

demasiadamente, perde sua dutilidade a tal ponto que se torna impossível dar novo

passe e, sendo submetido a nova redução de secção, romper-se-á. Torna-se necessário,

então, restaurar previamente os grãos `a forma e arranjo característicos do material não

trabalhado. Este retrocesso à granulação original, não distorcida, restaura, igualmente,

89



as propriedades do arame, antes de ser submetido à trefilação. Os processos empregados

para restaurar os grãos à forma não distorcida são o recozimento e o patenteamento.

I.1 – Recozimento

O recozimento é o tratamento térmico mais comumente empregado, sendo

praticamente o único tratamento térmico dado aos arames de aço de baixo carbono, que

constituem o grosso da produção de arame. Em geral, o processo é aplicado na indústria

para obter um dos seguintes objetivos: refinar, aliviar tensões ou tornar uniforme a

estrutura do arame ou barra, previamente à trefilação; obter uma determinada estrutura e

com isso, conferir certas propriedades ao produto acabado ou em processamento; aliviar

tensões após o trabalho a frio.

Para amolecer o material em processamento emprega-se mormente o

recozimento em temperaturas sub-críticas, que visam, principalmente, restaurar a

dutilidade do material encruado, de modo a permitir o prosseguimento da trefilação.

Entretanto, também se emprega o recozimento para ajustar as propriedades mecânicas

do material trefilado às especificações exigidas pela aplicação a que se destine.

Para obter estes resultados, basta aquecer o arame abaixo de sua temperatura

crítica, pois uma temperatura de 550 a 6500 C, suficiente para amolecer o aço a tal

ponto, que o mesmo se torna quase tão dútil quanto antes de ser trefilado.

Convém lembrar que a temperatura de recristalização é tanto menor quanto

maior a deformação plástica sofrida pelo material, sendo que o tamanho do grão cresce

com o aumento da temperatura de recozimento e o tempo em que o material é mantido a

essa temperatura. O tamanho do grão obtido, quando se mantém o material por longo

tempo à temperatura de recozimento e cristalização de 6500 C, é similar ao da estrutura

original, embora ainda permaneçam remanescentes da estrutura trefilada e certas

propriedades direcionais residuais.

Nada, porém, foi dito a respeito da influência do tamanho de grão sobre as

propriedades mecânicas. Essa influência, porém, é considerável tanto no recozimento

quanto em qualquer outro tratamento térmico. Grãos grandes reduzem a resistência à

tração e grãos pequenos aumentam-na e também a tenacidade. As razões para tanto,

90



bem como os efeitos do trabalho a frio, se explicam pela própria estrutura dos grãos.

Cada grão é, na realidade, uma pequeno cristal em que os átomos de que é composto se

dispõem em camadas regulares. Devido ao movimento de partes adjacentes, os cristais

se deformam segundo planos definidos, chamados planos de escorregamento, cuja

orientação e localização no cristal são determinadas pelas disposições dos átomos no

reticulado. O que quer que interfira com esse movimento, torna o metal mais resistente à

deformação. Os grãos pequenos oferecem maior interferência ao escorregamento, pois

os planos de escorregamento em distintos grãos tem orientações diferentes e, em cada

grão, o escorregamento não pode progredir sem ser freado pelo grão seguinte. Cada

grão oferece uma resistência considerável à força que causa o movimento, pois a

direção do escorregamento possível pode diferir grandemente da direção da força

aplicada.

Numa secção pequena, como nos arames, em que a relação entre o diâmetro do

arame e o dos cristais é relativamente pequena, o efeito dos grãos grandes sobre a

redução da resistência à tração pode ser muito grande.

I.2 – Patenteamento

É um tratamento térmico usual em fios de aço de alto carbono, também

empregado nos de médio carbono. Visa a obtenção de uma estrutura (perlita fina e

bainita) que combine alta resistência à tração e dutilidade de modo a permitir que os fios

sofram satisfatoriamente as severas operações de trefilação a apresentem as

características mecânicas finais desejadas, ou seja, alta resistência à tração e elevada

tenacidade.

O patenteamento consiste em se aquecer o aço a uma temperatura

consideravelmente superior a da linha A3, seguindo-se um resfriamento ao ar ou em

banho de chumbo mantido entre 450 e 5500 C. A estrutura resultante é extremamente

tenaz e apresenta as melhores características de resistência à tração em materiais

trefilados. A resistência à tração de um material patenteado ao ar ou em chumbo é,

consideravelmente mais alta do que a do mesmo material recozido. O patenteamento em

chumbo é o processo requerido na produção de alta resistência e tenacidade, como as

cordas musicais. A figura 28 mostra as características mecânicas de um arame de aço

91



com 0,82%C (corda de piano). O material laminado, com 5,5mm de diâmetro é

reduzido ao diâmetro de 4,76mm num único passe. Em seguida, é patenteado e reduzido

a 3,6mm em dois passes. Dá-se então um segundo patenteamento, que fornece uma

resistência à tração de 120 kg/mm2. Num total de treze passes, faz-se então uma redução

de área de, no total, 95%, ou seja, faz-se um aumento de 17 vezes no comprimento do

arame. A resistência à ruptura atingida alcança os 235 Kg/mm2. Apesar dessa alta

resistência, o arame ainda pode ser enrolado sobre si próprio ou achatado sob martelo,

até a metade do seu diâmetro, sem se romper ou fissurar. Suporta ainda, doze

dobramentos sobre um raio de 2,5 mm.

J – Precisão

Embora a trefilação seja um processo de conformação considerado de elevada

precisão, esta é difícil de ser mantida em condições comerciais. As variações

dimensionais e de forma, que ocorrem na prática, podem ser devidas à dureza variável

do material, ao desgaste da fieira ou, no caso da trefilação úmida, ao uso de

revestimentos impróprios. Tem-se, assim, necessidade de especificar certas tolerâncias

dimensionais ao produto e, é interessante, do ponto de vista econômico, que essas

tolerâncias sejam tão amplas quanto possível. As indústrias de fabricação de arames

costumam classificar os arames segundo quatro categorias de tolerância: normais, semi-

especiais, especiais e extra-especiais. Cada um desses grupos de tolerância tem

variações permissíveis ajustadas à bitola do arame e obedecem, via de regra, às

recomendações da AISI.

Tais tolerâncias impõem outras tolerâncias ainda menores às fieiras que serão

usadas em sua produção e, por isso mesmo, exigem um severo controle dimensional

dessas fieiras. Além dos aparelhos de medida de precisão usuais, lança-se mão de

aparelhos especialmente desenvolvidos para o controle dimensional de fieiras de

trefilação. Destes, avulta por sua importância e simplicidade, o “Alphameter”, aparelho

idealizado para medir o ângulo de aproximação das fieiras, mas que se revelou muito

mais útil, ao permitir a obtenção de uma série de interpretações de caráter qualitativo à

cerca do estado da fieira.

92



K – Defeitos dos Trefiladores

Um eficiente sistema de inspeção deve funcionar durante a trefilação e posterior

acabamento do arame, submetendo-o a todos os testes que se fizerem necessários para

determinar sua adequação ao serviço a que se destina. Todo material, que se supõe

defeituoso ou inadequado, deve ser rejeitado. As principais causas de rejeição são as

seguintes: dimensões fora de forma ou de tolerância; defeitos internos ou superficiais e

propriedades mecânicas impróprias.

Como defeitos internos entendem-se vazios ou outros defeitos que o material

original possua e que não tenham sido detectados antes ou durante a trefilação. Também

a segregação pode dar origem a defeitos, quais sejam, têmpera desigual ou ruptura do

arame em forma de cone, que se atribui, muitas vezes, a uma trefilação imprópria. Tais

defeitos são difíceis de serem detectados e, via de regra, só se acusam durante o uso do

trefilado.

Os defeitos superficiais dizem respeito ao acabamento do arame e podem ir

deste à coloração inadequada, no caso de arames recobertos. A superfície do arame

pode apresentar também dobras exteriorizadas, farpas e arranhões. Tais defeitos podem

ser devidos a alterações nos laminados usados como matéria prima, à remoção

incompleta da carepa, a defeitos da fieira ou a presença de partículas abrasivas no

lubrificante.

Uma judiciosa programação de passes e tratamentos térmicos permite a obtenção

de um arame com propriedades ajustadas a determinada finalidade.

L – Trefilação de Tubos

Quando um tubo deve satisfazer as condições especiais de precisão, ter melhores

propriedades mecânicas, melhor acabamento, paredes mais finas, diâmetros menores ou

comprimentos maiores do que se pode obter nos processos a quente, via de regra

realiza-se a trefilação de um tubo, previamente obtido por laminação a quente.

Entretanto, além dos objetivos anteriormente mencionados, lança-se mão do processo de

trefilação de tubos quando se visa produzir tubos de formas não redondas, tubos com

diâmetros ou espessuras de parede variáveis ou pequenos lotes em bitolas não

comerciais, que não justifiquem uma corrida do laminador.

93



O menor diâmetro de tubo que se pode obter por laminação a quente é da ordem

de 33 mm, e a menor espessura de parede, só possível nas bitolas menores, é de 2,1 mm.

Pela trefilação a frio tem-se produzido, comercialmente, tubos com diâmetro de 12,5

mm e 0,8 mm de espessura de parede; ou tubos com 270 mm de diâmetro e 50 mm de

espessura de parede. O fato das agulhas hipodérmicas serem de aço, sem costura,

trefiladas a frio a partir de tubos laminados a quente, em instalações especiais dá uma

idéia do limite que se pode atingir na dimensão dos tubos sem costura, pela trefilação a

frio.

A trefilação de tubos, a exemplo dos perfilados mais pesados, é efetuada em

bancos de trefilação, com apenas duas importantes restrições: o diâmetro interno precisa

ser “guiado” na passagem pela fieira, para obter a redução da espessura de parede e

controlar a dimensão do furo e os comprimentos trefilados são comparativamente

menores.

O processo consiste em puxar um tubo através de uma fieira, cujo furo é menor

que o diâmetro externo do tubo, ao mesmo tempo em que se suporta o seu interior por

um mandril ancorado na extremidade de uma barra, de tal forma que permaneça no

plano da fieira durante a operação. O mandril pode ser omitido quando não houver

necessidade de reduzir a espessura da parede, ou se o diâmetro e o acabamento interno

não são importantes.

Uma modificação desse método consiste em trefilar sobre uma barra (mandril

flutuante), que passa pela fieira juntamente com o tubo, devendo ser posteriormente

removida.

O grau de trefilação admissível na produção de tubos é levemente menor do que

no caso da trefilação de secções cheias, já que o risco de ruptura é mais grave. Na

trefilação sobre mandril estacionário, o grau de trefilação total não pode ultrapassar

40%, enquanto que na trefilação sobre barra, pode ir a 50%.

Os bancos de trefilação utilizados na trefilação de tubos com mandril

estacionário, além dos elementos já mencionados, são providos de um cilindro e êmbolo

pneumático, cuja função é levar o mandril à posição de operação, após a inserção da

extremidade apontada do tubo da fieira. Bancos de trefilação para tubos de pequeno

diâmetro são equipados com dois mandris, de modo que se possa montar um tubo em

94



um mandril, enquanto que outro tubo seja trefilado em outro. Um mecanismo acionado

por motor dá o alimento do mandril com a fieira e as garras, antes de se iniciar a

trefilação. Outro mecanismo faz o carregamento automático dos tubos nos mandris.

Todos os controles são agrupados próximos ao cabeçote porta-fieira, de modo que o

operador não necessite se deslocar durante o serviço.

O comprimento total de um banco é de 25 a 35 mm e as capacidades variam

entre 20 e 150 t de tração. A velocidade da corrente pode variar de 5 a 45/min e é

controlada automaticamente, de modo que a trefilação inicie lentamente, logo

acelerando a uma velocidade pré-determinada.

As matrizes tem uma superfície exterior cônica, que se ajusta no suporte

montado cabeçote. Até 75 mm de diâmetro, as matrizes são constituídas de insertos de

metal duro sobre um suporte de aço. Matrizes maiores são feitas de aço-ferramenta

cementado e submetido a uma cromagem dura na superfície de desgaste. Os mandris

são de aço ferramenta cementado e também recebem uma cromagem dura, podendo

consistir de uma barra cilíndrica com a extremidade recalcada ou, no caso de maiores

diâmetros, de um disco fixado a uma barra, através de um furo central. No método de

trefilação com barras, usam-se barras com diâmetros correspondentes ao furo do tubo,

cementadas, algo mais longas do que o tubo a produzir. Como a remoção da barra é

morosa, utilizam-se conjuntos de barras, o que permite trefilar um tubo enquanto se

procede à extração de uma barra de um tubo anteriormente trefilado, e a inserção de

outra, no próximo tubo a trefilar.

M – Força de trefilação

A força necessária à trefilação de um arame se compõe de três parcelas:

P = Pt + Ps + Pp

Onde:

P é a força necessária à trefilação;

Pt é a força teoricamente requerida, puramente para a conformação;

Ps é a componente que supera os efeitos do atrito na superfície do cone de

aproximação e da guia de calibragem;

95



Pp é a componente que considera as perdas internas, oriundas da reorientação das

fibras à entrada e saída da fieira.

1 - CONCEITOS INICIAIS DA LAMINAÇÃO

A laminação é um processo de conformação que essencialmente consiste na

passagem de um corpo sólido (peça) entre dois cilindros (ferramentas) que giram à

mesma velocidade periférica, mas em sentidos contrários (figura 1). Desta forma, tendo

o corpo da peça inicial uma dimensão maior do que a distância entre as superfícies

laterais dos cilindros, ele sofre uma deformação plástica na passagem entre os cilindros

que resulta na redução de sua secção transversal e no aumento do seu comprimento e

largura. Para se obter, então, uma determinada dimensão (espessura) do corpo, deve-se

submeter a peça a sucessivos passes através dos cilindros, com as distâncias entre si

decrescentes.

96



Figura 1 - Ilustração do processo de laminação.

A passagem da peça pelos cilindros ocorre através da ação da força de atrito que atua

na superfície de contato entre as peças e os cilindros. Essa força é proporcional ao coeficiente

de atrito entre peça e cilindro e à força normal na superfície de contato. A força normal

dividida pela área da superfície de contato é a pressão exercida pelos cilindros que, por sua

vez, resulta da resistência à deformação plástica do material da peça nas condições de

processamento (temperatura e velocidade de trabalho).

O processo de laminação pode ser conduzido a frio ou a quente, dependendo das

dimensões e da estrutura do material da peça especificada para o início e final do

processamento.

a) laminação a quente - a peça inicial é comumente um lingote fundido obtido de

lingotamento convencional, ou uma placa ou tarugo processado previamente em

lingotamento contínuo; a peça intermediária e final assume, após diversos passes pelos

cilindros laminadores, as formas de perfis diversos (produtos não planos) ou de placas e

chapas (produtos planos). A temperatura de trabalho se situa acima da temperatura de

recristalização do metal da peça, a fim de reduzir a resistência à deformação plástica em cada

passagem e permitir a recuperação da estrutura do metal, evitando o encruamento para os

passes subseqüentes. A laminação a quente, portanto, comumente se aplica em operações

iniciais (operações de desbaste), onde são necessárias grandes reduções de seções

transversais.

b) laminação a frio - a peça inicial para o processamento, nesse caso, é um produto

semi-acabado (chapa), previamente laminado a quente. Como a temperatura de trabalho

(temperatura ambiente) situa-se abaixo da temperatura de recristalização, o material da peça

97



apresenta uma maior resistência à deformação e um aumento dessa resistência com a

deformação (encruamento), não permitindo, dessa forma, intensidades elevadas de redução

de secção transversal. Um tratamento térmico de recozimento, entre uma e outra seqüência

de passes, pode se tornar necessário em função do programa de redução estabelecido e das

propriedades exigidas do produto final. A laminação a frio é aplicada, portanto, para as

operações finais (operações de acabamento), quando as especificações do produto indicam a

necessidade de acabamento superficial superior (obtido com cilindros mais lisos e na ausência

de aquecimento, o que evita a formação de cascas de óxidos) e de estrutura do metal

encruada com ou sem recozimento final.

As temperaturas de laminação e as de recozimento têm seus limites, superior e

inferior, definidos criteriosamente em função do tipo de material a ser processado e das

condições de cada processamento em particular.

Na laminação a quente é utilizado um conjunto de dois cilindros para as primeiras

etapas de redução, de tal modo que a peça é conduzida diversas vezes para o passe entre

esses cilindros. Nas etapas finais da laminação a frio e na maioria das etapas de laminação a

frio, o trabalho é efetuado em diversos conjuntos (gaiolas) de cilindros dispostos em seqüência

(trem de laminação).

A seqüência e o número de etapas de laminação depende das condições iniciais da

peça (forma e natureza) e das condições finais especificadas (dimensões, formas, acabamento

superficial, propriedades mecânicas e metalúrgicas).

2 - MECÂNICA DA LAMINAÇÃO

A laminação pode ser classificada como um processo de compressão direta pelo fato

dos cilindros atuarem, em esforço de compressão, diretamente sobre a peça.

Na laminação, a intensidade de deformação plástica na direção da largura da peça

depende de sua forma inicial e da intensidade da deformação da seção transversal. Por

exemplo, nas etapas iniciais de redução de uma barra - em que a largura e a espessura (altura)

na secção transversal são próximas - a intensidade de deformação (a quente) é elevada e,

conseqüentemente, o espalhamento do material nas direções lateral e longitudinal é grande.

Caso diverso ocorre na laminação de uma placa, pois, sendo a espessura muito menor do que

98



a largura, predomina a deformação plástica na direção longitudinal e a deformação na direção

lateral pode ser desprezada.

Essa mecânica da deformação indica que a peça entra no espaço entre os cilindros

com uma velocidade menor do que a velocidade com que sai, pois pode-se admitir a hipótese

da constância do volume na deformação plástica. Como a velocidade periférica dos cilindros é

constante, existe uma linha na superfície de contato, ou um ponto no arco de contato - se for

considerada a projeção em perfil - onde a velocidade da peça se iguala à velocidade do cilindro

(e no qual a tensão de laminação, ou seja, a pressão aplicada pelos cilindros à peça, é máxima).

Esse ponto é denominado ponto neutro. O ângulo formado pelo arco de contato, tendo como

vértice a projeção do eixo do cilindro, é o chamado ângulo de laminação, ou ângulo de

contato, ou ainda ângulo de ataque. Esse ângulo tem um valor mínimo, denominado ângulo de

mordida, abaixo do qual os cilindros não conseguem mais arrastar a peça sob ação das forças

de atrito atuantes na superfície de contato. A tangente desse ângulo deve ser menor ou igual

ao coeficiente de atrito na interface peça-cilindro para que possa ocorrer a laminação.

As forças de atrito atuam tangencialmente ao arco de contato, e no sentido de

movimentação da peça até o ponto neutro, pois o cilindro gira a uma velocidade periférica

menor do que a peça. A partir desse ponto, a situação de velocidade relativa se inverte e as

forças de atrito passam a atuar no sentido contrário.

A carga da laminação, ou força normal à superfície de contato, aumenta até o ponto

neutro e, a partir daí, diminui. Essa força decorre da resistência à deformação oferecida pelo

material da peça nas condições mecânicas de processamento (temperatura, velocidade e

estado de tensão). A reação às forças atuantes na superfície da peça são as forças exercidas

sobre os cilindros com a denominação de forças de separação. A carga de laminação dividida

pela área de contato define a pressão sobre os cilindros, ou seja, a tensão de laminação.

Os cilindros de menor diâmetro requerem carga de deformação, e portanto de

separação, menores do que as exigidas pelos cilindros grandes, para uma mesma intensidade

de redução de secção da peça. Isso é devido a dois fatos:

1º) a área da superfície de contato de um cilindro de diâmetro menor é também menor em

relação à de um cilindro de diâmetro maior, sendo que uma área de aplicação menor, para

uma dada tensão de laminação necessária para vencer a resistência à deformação do material,

corresponde uma força também menor;

99



2º) a área menor da superfície de contato de um cilindro de diâmetro menor corresponde a

forças de atrito de menores intensidades e, conseqüentemente, a pressões médias menores.

Os cilindros de diâmetros menores, para uma mesma força de separação, sofrem

contudo deformações elásticas maiores pela ação dos esforços de flexão. Essas deformações

elásticas, mais acentuadas na parte central dos cilindros, introduzem alterações dimensionais

na peça laminada. Para aumentar então a rigidez do par de cilindros de diâmetros menores,

justapõem-se cilindros, aos pares, de diâmetros maiores; os primeiros são denominados

cilindros de trabalho e os segundos, cilindros de apoio ou de encosto (figura 2). Contudo, além

dessa deformação elástica central nos cilindros, eles sofrem um achatamento na região de

contato, também elástico, que conduz a um aumento de seus raios de curvatura.

Figura 2 - Ilustração de um laminador quádruo.

Os cilindros de diâmetros maiores, para uma mesma condição de atrito, podem

laminar peças de espessuras maiores. Considerando uma mesma espessura de peça e um

mesmo ângulo de contato, o cilindro de diâmetro maior tem uma área de contato maior.

Em função do número e da disposição dos cilindros nas gaiolas, os laminadores (ou

seja, as máquinas de laminação) podem ser classificados em diversos tipos (figura 3).

100



Figura 3 – Tipos de laminadores segundo o arranjo e número de cilindros.

3 - LAMINADORES

Os laminadores são classificados de acordo com o número e arranjo de cilindros (figura

3), e os três principais tipos são os laminadores duo, trio e quádruo.

O laminador duo possui seus dois cilindros girando somente numa direção, o que

obriga a peça laminada a retornar por cima (ou pelo lado) para ser submetida a uma nova

passagem. E denominado Iaminador de retorno por cima" e sua aplicação atualmente é menos

comum que a do laminador duo reversível. Esse último pode ter o movimento de rotação do

cilindro nos dois sentidos, permitindo a passagem da peça pelos cilindros na direção de ida e

volta (figura 4). Com o laminador duo reversível é possível trabalhar peças pesadas e longas

(blocos, tarugos, placas, chapas grossas, vergalhões, barras e perfis). Como alternativa,

pode-se adotar o lamínador trio, no qual dois de seus cilindros, o superior e o inferior, maiores

do que o intermediário, são acionados por motores, o cilindro intermediário se movimenta

pela ação de atrito e a movimentação da peça se dá com a ajuda de uma mesa de levantar ou

uma mesa inclinada.

101



Figura 4 - Ilustração da seqüência de passes na redução de um lingote

para uma placa em laminador duo reversível.

O laminador quádruo é utilizado para o trabalho a quente e a frio com produtos planos

(chapas grossas e finas). São necessários dois cilindros de encostos maiores do que os cilindros

de trabalho, podendo ser todos acionados por motores. Em geral esses laminadores são

dispostos em série formando linhas de laminação contínuas. Para chapas finas, utiliza-se o

laminador duo com quatro ou mais cilindros de encosto.

A instalação dos laminadores mais simples é aquela que é constituída de uma única

gaiola com um dos seguintes arranjos de cilindros: duo não-reversível, duo reversível, trio e

quádruo. Para a laminação de barras, por exemplo, pode-se dispor de diversos laminadores

duo e trio combinados em diversos tipos:

a) O laminador de guias consiste de diversas gaiolas arranjadas em trem de laminação e possui

guias metálicas que posicionam a peça quando de sua passagem pelas ranhuras do laminador.

b) O laminador de voltear (belga) consiste num conjunto de gaiolas dispostas paralelamente,

ou em linha lateral, de modo a obrigar a barra, ao passar de uma gaiola a outra, a formar uma

volta em arco.

c) O laminador zigue-zague contém um conjunto de gaiolas dispostas de forma a se adaptar à

necessidade de movimentação de uma peça que não permite, pela dimensão de sua secção

transversal, a formação de uma volta em arco.

d) O laminador contínuo é constituído de diversas gaiolas dispostas em série, de forma que os

cilindros das gaiolas subseqüentes giram a velocidades proporcionalmente maiores para evitar

acúmulo de material entre uma e outra gaiola. Este tipo de laminador é comumente

empregado para o trabalho com vergalhões, barras, tiras e chapas.

e) O laminador semi-contínuo é formado também com uma gaiola reversível para laminação

de desbaste, que processa a peça antes dela entrar na instalação de laminação contínua. O

102



laminador misto é aquele no qual a maior parte da redução (inclusive o desbaste) é realizada

num laminador contínuo e a conformação final num laminador de guias ou belga.

f) O laminador universal é formado por um conjunto de cilindros horizontais e outro vertical, e

se destina à produção de placas que necessitam ter também as bordas Iaminadas. Um tipo

particular é o laminador Gray para vigas com perfil H de grande largura.

g) O laminador Morgan contínuo de tarugos consiste de uma série de gaiolas de cilindros

horizontais, colocadas umas após as outras, de forma que a peça passa a ser trabalhada ao

mesmo tempo em diversas gaiolas; os cilindros de cada gaiola subseqüente giram a urna

velocidade maior que da gaiola anterior. O trem de laminação Garret para vergalhões consiste

de um laminador de desbaste (trem de voltear com três gaiolas ou duas ou mais gaiolas em

série) seguido de dois trens, de quatro ou cinco gaiolas cada um, colocados em paralelo ao

primeiro.

h) O laminador planetário a quente Sendzimir

(figura 5) foi desenvolvido para reduzir a quente uma placa em uma tira em bobina numa única

passagem. O laminador a frio Sendzimir (figura 6) consiste de um conjunto de cilindros

dispostos na seqüência 1-2-3-4, ou com outros arranjos. Destina-se à laminação a frio de

chapas com grandes reduções. O trem de laminação Unitemper destina-se à laminação de

acabamento de tiras Iaminadas a frio e é constituído de duas gaiolas de laminador duo.

103



Figura 5 - Representação esquemática do laminador

planetário a quente.

Figura 6 – Arranjo de cilindros num laminador

a frio Sendzimir.

A fabricação de tubos sem costura é realizada em laminador-madrilador de diversos

tipos, com particular destaque para o tipo Mannesmann (figura 7).

Figura 7 – Ilustração simplificada de fabricaçao de tubos sem costura.

A fabricação de tubos com costura se dá a partir de tiras laminadas que são

posteriormente conformadas em rolos e soldadas, como na figura 8.

104



Figura 8 – Fabricação de tubos com costura a partir de tiras.

4 - CILINDROS DE LAMINAÇÃO

Os cilindros de laminação são a principal parte de um laminador, pois

promovem diretamente a conformação da peça atuando como ferramentas de

fabricação.

Analisando um cilindro, pode-se distinguir nele três partes básicas (figura 2):

1) corpo – onde ocorre o processo de laminação da peça;

2) pescoço - onde o peso do cilindro e a carga de laminação devem ser suportados, e

3) trevo - onde ocorre o acoplamento com o eixo motor através de uma manga de

engate.

105



Os cilindros com superfícies cilíndricas (geratriz reta) são utilizados para a laminação

de placas e chapas; os cilindros com ranhuras ou passagens, que são aberturas formadas na

superfície, destinam-se à laminação de perfis e barras.

As seguintes recomendações podem ser feitas para um projeto eficiente de um

cilindro (McGannon, p. 625):

1ª) Quanto menor for o número de passes, menor será o custo de fabricação do cilindro.

2ª) A redução por passe deve se adequar aos diâmetros dos cilindros e à capacidade da

instalação do tratamento térmico, de forma a tornar pequena as fraturas de cilindro e reduzir

a potência necessária do sistema laminador.

3ª) As passagens devem ter suficiente inclinação lateral nas diversas partes para se adaptarem

ao gabarito do perfil da peça (este deve ser elaborado com tolerâncias estreitas e

considerando a contração devido ao resfriamento).

4ª) As secções transversais ao longo da peça devem resultar as mais uniformes possíveis.

5ª) A quantidade de metal laminado por cilindro é um fator de custo importante e o desgaste

dos cilindros deve ser minimizado.

6ª) Tanto as deformações da peça na direção longitudinal como as na direção transversal

devem ser consideradas. Materiais diferentes apresentam espalhamentos laterais diferentes.

7ª) Uma velocidade de laminação elevada restringe o espalhamento lateral e a intensidade de

redução.

8ª) Uma temperatura de trabalho maior permite uma maior intensidade de redução.

9ª) Um diâmetro maior de cilindro permite uma maior intensidade de redução, sem fratura de

cilindro, e uma maior facilidade de entrada da peça com uma área de contato maior. Exige

contudo maior potência motora, provoca maior espalhamento e reduz a deformação na

direção da laminação.

Os cilindros de laminação primária (de blocos e placas) têm como principal requisito a

resistência mecânica, pois são submetidos, na laminação de grandes massas com elevadas

reduções, a pressões elevadas e choques intensos, que se associam à solicitação térmica

transmitida à superfície. Essa solicitação térmica pode provocar a formação de fissuras

superficiais que têm a possibilidade de se espandirem com os choques mecânicos e

provocarem a fratura dos cilindros. Para tais aplicações, os cilindros são comumente

106



constituídos de aço-liga (por exemplo: 0,85% C, 1,00% Mn, 1,00% Cr, 0,25% Mo) e fabricados

por fundição, com tratamentos térmicos posteriores de recozimento, têmpera e revenido.

Da laminação primária à de acabamento, os diâmetros dos cilindros diminuem e as

durezas dos materiais constituintes se elevam. De uma forma geral, as especificações para

cilindros fabricados por fundição indicam:

1) para desbaste - aço-carbono e aço-liga;

2) para trabalhos intermediários - aço-liga e ferro fundido;

3) para acabamento - ferro fundido de diversos tipos.

Os cilindros de aço (por exemplo: 0,25-0,30% C, 0,05% max S, 0,05% max P, 0,25-0,30%

Si, 1,60-2,50% Cr, 0,25% Mo) podem ser forjados a partir de um lingote fundido, normalizados

e usinados até o diâmetro próximo do diâmetro final. Um furo central é mandrilado para

facilitar o tratamento de endurecimento da luva cilíndrica - nesse caso, o cilindro de laminação

fica constituído de duas partes: luva e eixo-mandril. A montagem de cilindros nas gaiolas pode

ser observada na figura 9.

Figura 9 – Montagem de cilindros numa gaiola de laminação.

(Para a especificação mais detalhada dos materiais para os cilindros ver Metals Handbook, vol.

3, 9ª ed., pp. 502-507).

5 - DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE LAMINAÇÃO

107



A seqüência de fabricação numa usina de laminação é complexa e diversificada (figura

10).

A descrição resumida dos processos de laminação será apresentada para alguns dos

produtos típicos em aço:

1) blocos e placas laminados a quente,

2) chapas finas Iaminadas a quente,

3) chapas finas Iaminadas a frio.

108



Figura 10 – Fluxo de fabricação de produtos laminados.

5.1 LAMINAÇÃO A QUENTE DE BLOCOS O PLACAS

Os lingotes aquecidos podem ser laminados, para a obtenção de blocos e placas

e de produtos acabados, em uma instalação de laminação constituída de diversos (até

vinte) conjuntos laminadores (trens de laminação) em operação contínua sem

reaquecimento.

O mais freqüente é o processamento do lingote para a obtenção de blocos e

placas que serão, posteriormente à laminação, resfriados e armazenados. Essa fase do

processo pode ser genericamente denominada de Iaminação primária".

A laminação primária tem dois objetivos básicos que são:

1°) A conversão do lingote fundido em produtos laminados;

2°) A obtenção de produtos laminados na forma de peças, com dimensões e

massas especificadas.

Uma seqüência de operações típicas para a laminação primária, constituída de

tratamentos térmicos e mecânicos e operações auxiliares, é a seguinte:

1) Aquecimento dos lingotes

É realizado para tornar o material suficientemente plástico para a operação de

laminação com reduções grandes de secções. Essa operação é conduzida em forno-poço de

encharcamento a combustível (fomo profundo, para uniformização da temperatura) com

controle da temperatura, do tempo de permanência e das condições de combustão. As

temperaturas usuais ficam na faixa de 1.100 a 1.350°C e os tempos de aquecimento de

lingotes frios são de oito a doze horas. É possível estimar as diferenças de temperatura entre a

superficie e o núcleo dos lingotes em função das relações de tempo-temperatura e de

consumo de combustível obtidas através de leituras em instrumentos de medição.

Dependendo da natureza do material, pode ser considerada conveniente - para evitar o

aparecimento de tensões internas devido a um acentuado gradiente de temperatura - a

execução do aquecimento em diversos patamares crescentes de temperatura. 0 controle da

109



relação combustível-ar permite regular as características da chama que influencia a

distribuição da temperatura no forno e a atmosfera do mesmo (que afeta a formação de

óxidos superficiais na peça). Dois fatores importantes para controlar a produtividade do

equipamento são: produção em toneladas por hora e por área do fomo (da ordem de 30 a 100

t de lingotes de aço por hora para uma área de 90 m2) e o consumo de combustível por

tonelada de material aquecido (da ordem de 400.000 a 2.000.000 Btu por tonelada de aço). As

faixas indicadas são amplas em face dos diferentes tipos e tamanhos de poços (McGannon, pp.

661-667).

2) Laminação a quente dos lingotes

É conduzida para transformar a estrutura cristalina grosseira (bruta de fusão) dos

lingotes em uma estrutura de grãos finos através da deformação plástica intensa e

recristalização subseqüente. Além disso, a laminação a quente provoca o caldeamento dos

vazios internos decorrentes do processo de solidificação do lingote. Na seqüência do

processamento, são retiradas por corte as partes do lingote que apresentam

heterogeneidades físicas e químicas (inadequadas à qualidade exigida dos produtos) e, quando

for o caso, é promovido o resfriamento dos lingotes laminados até a temperatura ambiente

para um posterior reaquecimento e laminação. Atinge-se, com isso, o primeiro objetivo básico

da laminação primária. 0 segundo objetivo é atingido na continuidade do processamento, com

a laminação a quente em cilindros de perfis adaptados à forma dos produtos desejados e ao

corte das peças Iaminadas nas dimensões e pesos especificados.

A operação principal numa instalação de laminação primária é a gradual compressão

do lingote entre dois cilindros laminadores, em diversos passes com distâncias decrescentes

entre os cilindros. A seqüência dos passes é estabelecida em função da natureza do metal e

economia do processo (figura 2.5). 0 projeto da instalação de laminação, por sua vez, é

dependente dos seguintes fatores: força de laminação, peso e tamanho das peças,

movimentação do material, tempo de operação e produção por unidade de tempo. Em

decorrência disso, podem ser encontradas em operação diversas combinações de

equipamentos de laminação e tipos de laminadores.

5.2 LAMINAÇÃO A QUENTE DE CHAPAS FINAS

110



A laminação a quente de chapas é comumente conduzida numa instalação de

laminação contínua, isto é, numa disposição em série de um conjunto de equipamentos de

laminação. Uma seqüência típica de processamento inicia-se com as chapas grossas,

provenientes da laminação a quente das placas, sendo aquecidas em dois ou mais fornos

contínuos de reaquecimento. A seguir, passam pelos equipamentos: laminador quebrador de

carepa (uma gaiola duo), laminador transversal (uma gaiola quadruo), redutor (espremedor)

de chapas grossas, tesoura de corte de chapa a quente, conjunto de laminadores (uma gaiola

duo e duas quadruo) de desbaste, tesoura de corte das extremidades, laminador-quebrador de

carepa, laminador de tiras a quente (seis gaiolas quadruo) de acabamento e bobinadeiras. A

movimentação das chapas do forno de reaquecimento para gaiolas é feita com auxílio de mesa

transportadora de rolos. O laminador transversal é utilizado para alargar a chapa, e permitir,

desse modo, a laminação de chapas de largura maior; antes dessa gaiola, coloca-se uma mesa

transportadora giratória para posicionar a placa a 90'. Um redutor lateral e uma tesoura

conferem à chapa a dimensão necessária às operações seguintes de desbaste. Entre os

laminadores de desbaste e de acabamento se coloca uma mesa de espera. Precedendo o trem

de acabamento, coloca-se uma tesoura para corte das extremidades e um laminador

quebrador de carepa. Após os laminadores desse último tipo, instala-se um jato de água de

alta pressão para remoção da carepa (casca de óxidos). Uma longa mesa de saída situa-se após

a laminação de acabamento e, ao final da mesa, encontra-se uma bobinadeira ou, se for

especificado um produto de menor comprimento, instala-se então uma tesoura volante.

Essa instalação de laminação a quente contínua, com trens de laminação, de

desbaste e de acabamento, apresenta elevada produtividade com uma utilização elevada

da capacidade de laminação associada a um mínimo de perda de energia. No entanto,

falta a esse sistema flexibilidade para adaptação a diferentes tipos de produto, além de

apresentar elevados custos de investimento. Desse modo, outros conjuntos de

equipamentos podem ser concebidos, como por exemplo um laminador de desbaste

reversível associado a um trem de laminação de acabamento contínuo, ou ainda um

laminador de desbaste reversível (ou trem de laminação de desbaste contínuo) associado

a um laminador de acabamento reversível. Essas disposições exigem modificações nos

equipamentos de aquecimento que necessitam, dependendo do caso, de fomos para

reaquecimento ou fomos de aquecimento nas bobinadeiras.

111



A presença de óxidos superficiais na chapa laminada a quente é uma característica do

produto e, quando a Chapa tiver que, sofrer processamentos posteriores, há necessidade de

sua remoção. Exemplos são os casos de estampagem (os óxidos reduzem a vida da ferramenta

e causam defeitos superficiais na peça estampada), os de revestimento superficial (os óxidos

impedem a aderência de revestimentos metálicos ou de tintas) e os de laminação a frio (os

óxidos causam defeitos superficiais). O principal processo de remoção de óxidos superficiais é

a decapagem, que consiste na imersão da peça num banho de solução de ácidos inorgânicos

(clorídrico, sulfúrico) em água durante um determinado tempo - esses banhos podem conter

ainda agentes inibidores e umectantes. As instalações para esse processamento podem ser dos

tipos: decapagem por lotes, decapagem semicontínua e decapagem contínua. Para completar

o tratamento superficial, as chapas são comumente oleadas para efeito de proteção contra a

corrosão até sua utilização.

Outras operações, que dependendo das especificações podem ser aplicadas aos

produtos da laminação a quente, são:

1)Laminação de acabamento e de encruamento superficial, com a finalidade de melhorar a

planicidade da chapa e o acabamento superficial (redução de rugosidade) e alterar as

propriedades mecânicas;

2)Plainamento por rolos ou por estiramento, para elevar substancialmente a planicidade

da chapa;

3) Corte com facas circulares ou cilindros para reduzir a largura da chapa;

4) Tratamento térmico de normalização ou de recozimento contínuos em fornos com

rolos transportadores.

5.3 LAMINAÇÃO A FRIO DE CHAPAS FINAS

Praticamente quase toda a chapa de aço carbono laminada a frio é obtida a partir de

chapas semi-acabadas Iaminadas a quente. O processamento desse produto ocorre em dois

estágios: redução da espessura na dimensão (bitola) especificada e operações de acabamento.

A laminação a frio, além de reduzir a espessura da chapa, cria nesse produto um

acabamento superficial elevado (pequena rugosidade) e confere ao material melhores

propriedades mecânicas. A redução da espessura inicial é de 25 a 90%; o acabamento final é

obtido na operação de laminação de encruamento, precedida do tratamento superficial de

112



limpeza e do tratamento térmico de recozimento ou normalização, em que a redução de

espessura é da ordem de 1 a 2%.

A seqüência típica de operações é a seguir descrita (McGannon, pp. 964-968). Após a

laminação a quente, as chapas semi-acabadas na forma de bobinas são desenroladas,

decapadas em instalação de processamento contínuo, secadas, oleadas e enroladas

novamente. 0 óleo protege as chapas da corrosão e atua como lubrificante na operação de

laminação a frio.

A laminação a frio pode ser conduzida num laminador quádruo reversível simples,

onde o produto é movimentado para frente e para trás, entre os cilindros de trabalho, até que

a espessura especificada é atingida. No processo conduzido num trem de laminação contínuo,

com três a seis gaiolas de laminadores quádruo, cada laminador promove uma determinada

redução de espessura. As velocidades dos cilindros das diversas gaiolas são sincronizadas de

modo a manter a chapa sob tensão desde o carretel da bobina de alimentação, passando pelas

diversas gaiolas, até o carretel de rebobinação.

Na laminação a frio não ocorre a formação de cascas de óxido como na laminação a

quente, as pressões e forças motoras, contudo, são muito maiores para a mesma redução de

espessura. As resultantes das forças de compressão entre os cilindros e das forças de tração

entre as bobinas e as gaiolas devem provocar a deformação- plástica da chapa. Os níveis

dessas forças crescem à medida que a peça passa pelas diversas gaiolas, devido ao

encruamento do material. A programação de redução em cada estágio deve ser estabelecida

de modo que as cargas nos laminadores sejam uniformemente distribuídas e aproveitem a

capacidade de cada estágio, capacidade esta que depende de diversos fatores: projeto do

laminador, potência disponível, largura e redução da chapa, condições de lubrificação,

resistência do material, planicidade da chapa, acabamento das superfícies da chapa e dos

cilindros e diâmetros dos cilindros. Em geral, no último estágio de redução procede-se a uma

pequena deformação plástica para conferir ao produto melhor acabamento, planicidade e

tolerância dimensional na espessura. Num trem de laminação com laminadores quádruos,

comumente promove-se a redução de 25 a 45% em cada estágio inicial e intermediário e cerca

de 10 a 30% no estágio final; a redução total, dependendo do produto, pode variar de 45 a

90%. Essa redução provoca a elevação da temperatura da peça e dos cilindros. Os níveis de

temperatura na peça são da ordem de 65 a 120°C, mas, nos trens de alta velocidade, podem

atingir valores da ordem de 200°C. 0 calor gerado é dissipado com auxilio de um jato de

113



mistura de óleo ou óleo solúvel-água dirigido diretamente às superfícies dos cilindros e das

chapas, para manter as temperaturas nesses níveis máximos indicados.

A disposição mais comum de cilindros na gaiola é aquela do laminador tipo quádruo:

os cilindros de trabalho são de diâmetros menores (para reduzir a pressão de laminação) e os

cilindros de apoio impedem a flexão dos cilindros de trabalho. Esse laminador é usado nas

instalações com uma única unidade ou em trens de laminação. Outros tipos de arranjos de

cilindros, contudo, são encontrados, utilizando mais de dois cilindros de apoio para cada

cilindro de trabalho de diâmetro menor. Os laminadores duos reversíveis ou trens, porém,

também são empregados.

Na produção de chapas de aço Iaminadas a frio as bobinas são em geral aparadas

lateralmente na mesma linha contínua de decapagem antes da laminação a frio e, após a

laminação, elas são conduzidas diretamente à instalação de tratamento térmico de

recozimento para, em seguida, sofrerem a laminação de acabamento com encruamento.

A maior parte dos produtos sai na forma de bobinas. Quando são especificadas peças

na forma de fardo de chapas, procede-se ao corte em linha contínua de tesoura. Para as

bobinas que serão utilizadas nas linhas contínuas de estanhagem ou galvanização, deve-se

aplicar os tratamentos de limpeza superficial para remoção dos resíduos de óleo que sofreram

decomposição no processo de recozimento.

Em geral as chapas Iaminadas são submetidas ao tratamento de recozimento ou

normalização, para recuperar a dutilidade e controlar as propriedades mecânicas de acordo

com as especificações. 0 tratamento pode ser conduzido em dois tipos básicos de instalações:

fornos de tratamento intermitente (de fornadas individuais) e fornos de tratamento contínuo.

No primeiro caso, urna bobina estacionária é envolta pela cobertura do fomo e é submetida ao

ciclo completo de tratamento térmico, com variação de temperatura e tempo de permanência

e com controle da atmosfera do fomo. No segundo caso, a bobina desenrolada passa pelo

forno em velocidade controlada sendo submetida a diversas temperaturas, correspondentes

ao ciclo de tratamento, distribuído ao longo do forno com atmosfera controlada. O

recozimento é, na maioria das vezes, conduzido em fornos intermitentes em caixa. Quando

não é possível obter a qualidade desejada nesse tratamento, realiza-se então a normalização.

Tanto a normalização como o recozimento podem ser conduzidos em fomos contínuos; a

relação do tipo de instalação e do ciclo de tratamento térmico depende da composição, da

114



microestrutura e das propriedades mecânicas do material inicial e da especificação do produto

final.

Para alguns produtos é necessário elevar a resistência, a planicidade e o acabamento

superficial, e isso é obtido na laminação de acabamento com encruamento. 0 processamento

pode se dar para chapas individuais ou para bobinas. Os laminadores são do tipo duo ou

quádruo montados em uma gaiola única, e, no caso de processamento de bobinas para níveis

de resistência mais elevados, utiliza-se um trem de laminação com duas gaiolas com a

disposição de cilindros duo. 0 acabamento superficial dos produtos é controlado pelo

acabamento superficial com que os cilindros são fabricados, podendo variar de superfícies

brilhantes na peça, obtidas com cilindros polidos, a superfícies foscas, que decorrem do uso de

cilindros que sofreram tratamento superficial com jato de areia. A redução é pequena e

depende do grau de dutilidade especificado para a chapa; por exemplo, para o caso de chapas

de aço para estampagem profunda, a redução é da ordem de 0,25 a 1% (que é suficiente para

eliminar as linhas de distensão que podem surgir no produto estampado). Em outras

aplicações, onde a exigência de dutilidade é menor, a redução pode atingir valores de 1 a 1,5%.

Como a maior parte do produto da laminação a frio é comercializado na forma de

bobinas, não se utiliza muito da operação de corte de chapas. Contudo, quando é necessário o

corte transversal, este é conduzido comumente com tesouras volantes dos tipos com

guilhotina ou com facas montadas em cilindros. O corte lateral é freqüentemente realizado no

final da linha de decapagem, e o produto não precisa, após a laminação, ser novamente

aparado lateralmente. Quando isto é necessário, são utilizadas facas circulares, montadas em

árvores, que operam de forma contínua.

5.4 CONTROLE DO PROCESSO DA LAMINAÇÃO

O controle da qualidade se inicia com a atividade de inspeção e análise do metal

fundido antes do lingotamento convencional ou contínuo. Dependendo do tipo de produto

final a composição química do aço é controlada, para estar de acordo com as especificações,

realizando-se análises químicas de amostras de metal líquido retiradas da panela de corrida,

conduzidas por. métodos convencionais ou espectrográficos. Outros ensaios que podem ser

realizados, em corpos-de-prova retirados dos ligotes, são: análise macro e micrográfica, análise

115



de fratura, determinação do- tamanho do grão, determinação da temperabilidade e ensaios

mecânicos.

Após o controle da matéria-prima, na forma de lingote, procede-se ao controle do

processo de aquecimento. Verifica-se inicialmente a temperatura superficial do lingote

(solidificado mas ainda aquecido), antes de colocá-lo no forno-poço, para evitar a possibilidade

de um choque térmico, pela diferença entre essa temperatura e aquela do fomo - a

temperatura do forno e da chama do maçarico são controladas com auxilio de instrumentação.

Na laminação a quente é importante o controle das temperaturas da peça antes e

após o processamento, bem como o controle da programação de passes. Em geral, na

laminação devem ser verificados, com instrumentação específica, os seguintes parâmetros do

processo: posicionamento dos cilindros em função das dimensões do produto laminado em

cada passe, condição das ranhuras dos cilindros, pressão de laminação (com auxilio de células

de carga) e torque de laminação.

As linhas de laminação contínua apresentam comumente um alto grau de automação,

o que permite a operação em elevados níveis de velocidade de trabalho, particularmente no

caso de laminação a frio de chapas de aço. Em face da elevada velocidade, os instrumentos de

medição da espessura da chapa devem operar sem manter contato com a sua superfície da

chapa, o que é obtido com o emprego de aparelhos de ensaios não destrutivos apoiados no

princípio da radiação penetrante (no caso, raios beta ou raios gama de isótopos radioativos).

Dessa forma pode-se controlar automaticamente a posição dos cilindros e a tensão de tração

aplicada às chapas (figura 2.17).

Durante o processo de laminação retira-se comumente amostras para determinar a

qualidade do produto e, em particular, para verificar as condições da superfície ao final do

processo. A qualidade do produto é confrontada com a qualidade especificada, realizando-se

ensaios químicos, metalográficos, mecânicos e dimensionais.

6 - PRODUTOS LAMINADOS

6.1 - CLASSIFICAÇÃO DOS PRODUTOS LAMINADOS

116



A classificação dos produtos laminados é realizada em função de suas formas e

dimensões e de acordo com as normas técnicas tradicionalmente estabelecidas. O

quadro 1 indica o sistema de definição para os laminados de aço.

6.2 - DEFEITOS TÍPICOS DOS PRODUTOS LAMINADOS

1) Defitos em produtos semi-acabados

Os defeitos de forma (figura 2.22) na laminação de blocos mais comuns e as

causas prováveis são as seguintes:

a) blocos losangulares – desalinhamento das ranhuras dos cilindros, aquecimento

desuniforme do lingote, laminação numa passagem maior do que a seção do bloco contido;

b) e c) blocos com colarinhos – desalinhamento de ranhuras e penetração da

peça lateral da ranhura;

d) blocos com nervuras – alteração do programa de desbaste, inclinação insuficiente

dos lados das ranhuras;

e) blocos torcidos – desalinhamento das passagens, cilindros não paralelos, penetração

da peça na lateral, aquecimento desuniforme;

f) blocos cambados – diferença de folgas entre as extremidades laterais da ranhura do

cilindro;

g) blocos bojudos – paredes das ranhuras excessivamente gastas.

Os tarugos podem apresentar defeitos semelhante aos blocos cujas causas também

são aproximadamente as mesmas, ou seja:

h) tarugos com uma nervura lateral – guias de entrada assimétricas em relação ao eixo

vertical da passagem;

i) tarugos com duas nervuras laterais – excesso de metal entrando no espaço entre os

cilindros;

j) tarugos com colarinhos – desalinhamento das ranhuras, rotação insuficiente da peça

antes de entras na passagem;

k) tarugos com cantos incompletos – falta de metal entrando na passagem;

l) tarugos retangulares (ao invés de quadrados) – desalinhamento de ranhuras;

117



m) tarugos bojudos – paredes das ranhuras excessivamentes gastas.

Os defeitos internos e externos mais comuns são:

a) trincas externas formadas no momento do resfriamento ou em alguns dias

posteriores – apresentam-se comumente como linhas intermitentes na direção de laminação e

às vezes podem até mesmo penetrar o centro da peça;

b) trincas internas (escamas) – formam-se no momento do resfriamento e se

apresentam como diversas descontinuidades que se espalham por toda a seção da peça.

Os principais defeitos de forma (figuras 2.23 e 2.24) e suas causas encontrados nos

produtos planos laminados a frio são:

a) encurvamento – surge como resultado de uma condição de assimetria na passagem

que decorre das posições, diâmetros, condições superficiais e velocidades dos cilindros de

trabalho;

b) arco transversal – decorre da presença de tensões internas e pode atingir, total ou

parcialmente, a largura da chapa; a sua origem é atribuída à flexão dos cilindros de trabalhos

de forma difernciada, que cria níveis de deformação plástica diferentes em cada lado da chapa;

c) retorcimento – é consequencia de tensões internas atuando na direção

intermediária entre a direção de laminação e a direção transversal à laminação; a causa

provável é o desalinhamento dos cilindros de trabalho entre si e em relação ao rolo tensor na

saída do laminador;

d) cambamento – é uma curvatura lateral em grande arco e resulta da laminação da

tira com as laterais mais finas num laminador com a distância entre os cilindros constantes, ou

com uma tira de espessura uniforme mas num laminador com essa distância não uniforme;

e) defeitos devido a laminação excessiva causada pelo abaulamento do cilindro no

centro ou nas extremidades (laterais alongadas, centro alongado, espinha de peixe, ondulação

a ¼) que cria tensões internas de tração e compressão ao longo da direção transversal da tira.

Os defeitos de superfície dos produtos planos são de diversos tipos como:

a) cascas – maerial escamoso sobreposto e irregular contendo inclusões não metálicas

ou de óxidos;

118



b) carepas – pequenas descontinuidades que aparecem como numerosas cascas na

direção da laminação;

c) costuras – riscos paralelos à direção de laminação;

d) orificios – descontinuidades pequenas ou grandes atingindo os dois lados da chapa;

e) marcas de cilindros – elevações e depressões de diversas formas;

f) linhas de distenção – riscos paralelos entre si e posicionados a 45° com a direção de

deformação;

g) casca de laranja – rugosidade superficial com a aparência da denominação;

h) ferrugem – resíduos de produtos de cor rosada.

Alguns desses defeitos são provenientes da fundição (como as cascas), da laminção

(como as marcas de cilindros), da composição (como as linhas de distenção), do tratamento

térmico (como a casca de laranja) e do armazenamento (como ferrugens).

119

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