Curso Online de Fatores Metalúrgicos na Conformação Mecânica dos Metais

Fatores Metalúrgicos na Conformação Mecânica dos Metais

Problemas Metalúrgicos comuns a vários processos de conformação mecânica:
1.Teoria da deformação plástica dos metais:
encuramento
2. Conformabilidade dos metais
3. Taxa de deformação
4. Influência da velocidade de conformação
5. Transferência de Calor
6. Influência da temperatura na conformação

Introdução

Na conformação plástica dos metais, não basta somente considerar os efeitos mecânicos das forças atuantes, os efeitos metalúrgicos dos materiais sendo conformados também constitui importante condição a ser levada em consideração. Os materiais metálicos podem responder diferentemente a uma mesma solicitação mecânica (tensor de tensões) de acordo com:

o histórico de carregamento mecânico sofrido pelo metal;
a temperatura onde esta solicitação ocorre;
a velocidade na qual este carregamento é imposto;
as condições de contato entre o metal e os moldes ou atuadores de carga;
a capacidade de dissipação de calor presente no meio.

Variáveis metalúrgicas

Não é objetivo nesta disciplina descrever os mecanismos de deformação plástica dos metais e sim as principais implicações práticas dos mecanismos existentes com respeito à resposta destes materiais aos esforços de conformação plástica.
Os metais não são materiais perfeitos e homogêneos: na estrutura cristalina dos mesmos apresenta diversos defeitos que dão certas características físicas e mecânicas para os metais.

Teoria da deformação plástica dos metais: encruamento

Figura 1 – Representação dos possíveis defeitos presentes na estrutura cristalina dos materiais metálicos, Engel and Klingele, 1981.

Os defeitos existentes, representados na figura 1, podem ser classificados como sendo defeitos pontuais (átomos de solução sólida substitucional ou intersticial), planares (contornos de grão) ou lineares (discordâncias).
As discordâncias são as arestas de superfícies onde existe um deslocamento relativo dos planos atômicos do metal, conforme ilustrado pela figura 2. A discordância normalmente é representada por meio da linha de sua aresta.
Pode-se provar, por meio de cálculos matemáticos ou mesmo através de analogia, que a movimentação das discordâncias é feita a um nível de energia muito menor do que àquela necessária à ruptura dos metais.
Além disso, cada discordância que se move, produz uma pequena deformação irreversível no metal (deformação plástica conforme mostrado na figura 3. Com a intensa movimentação de discordâncias, maior a deformação plástica experimentada pelo metal.
A capacidade de um metal se deformar plasticamente depende diretamente da mobilidade das suas discordâncias.

Figura 2 – Representação simples de uma discordância, Callister (1997)

Figura 3 – (a) Esquema mostrando a origem da deformação plástica através do movimento de uma discordância sob tensão de cisalhamento, Dieter (1988). (b) Esquema mostrando com o somatório das pequenas deformações produzidas pela movimentação das discordâncias pode produzir grandes valores de deformação plástica, Dieter (1988).

Metais puros, que apresentam tamanhos de grão grandes e que contenham apenas algumas discordâncias deverão possuir um limite elástico muito baixo. Nestes casos, as discordâncias presentes movimentam-se facilmente pelo material, pois não encontram obstáculos em seu percurso, dotando o material de grande capacidade de deformação plástica.
Nos materiais estruturais, deseja-se que a mobilidade das discordâncias seja restringida de modo a se evitar a deformação plástica, ou seja, aumentar-se o limite de escoamento.

Tabela 2.1 – Comparação entre as propriedades mecânicas* de um aço para conformabilidade (NBR 5906 EPA) e outro para resistência mecânica (NBR 6656 LNE 50).

Durante a movimentação das discordâncias no interior de um material metálico, dois eventos ocorrem de modo a atrapalhar cada vez mais a movimentação das discordâncias à medida que mais deformação plástica é imposta ao metal:

1. intersecção das discordâncias com obstáculos (outras discordâncias, contornos de grão, precipitados, etc.);
2. multiplicação do número de discordâncias.

A medida que a deformação plástica progride, as discordâncias em movimento encontram obstáculos a sua movimentação, que será dificultada, e mais endurecido torna-se o metal.
Ao fenômeno do aumento do limite de escoamento do metal, ou o seu endurecimento,com a deformação plástica imposta dá-se o nome de encruamento.