Apostila2

2 . Tratamento Térmico

Tratar termicamente um aço significa aquecê-lo em velocidade adequada, mantê-lo em temperatura por um tempo suficiente para que ocorram as transformações e resfriá-lo em um meio adequado de modo a adquirir as propriedades desejadas. Os tratamentos térmicos são divididos em duas classificações: Tratamentos térmicos calóricos - envolvem o aquecimento de peças somente com calor, sem adição de elementos químicos na superfície do aço. Tratamentos termoquímicos - além de envolver calor, existe a adição de elementos químicos na superfície do aço.

REVENIMENTO (ALÍVIO DE TENSÕES) Tratamento térmico feito para reduzir o nível de tensões residuais, principalmente após usinagem de grande retirada de massa e soldagem. Aplicado nos aços temperados, IMEDIATAMENTE APÓS A TÊMPERA, a temperaturas inferiores a crítica (570 a 670 Cº),. A alteração estrutural que se verifica no aço temperado conseqüência do revenido melhora a DUCTLIDADE, reduzindo os valores de dureza e resistência a tração, ao mesmo tempo em que as tensões internas são aliviadas ou eliminadas. AUSTÊMPERA Tratamento térmico onde o aço austenitizado é resfriado num banho de transformação isotérmica, obtendo-se assim uma microestrutura bainítica. NORMALIZAÇÃO Tratamento térmico, através do qual determinados aços, após a austenitização, são resfriados ao ar. RECOZIMENTO Tratamento térmico que consiste no aquecimento à temperatura crítica, permanência durante tempo pré-determinado e resfriamento controlado. •

Recozimento para recristalização: Tratamento térmico, através do qual o material recristaliza-se, resultando uma estrutura com novos grãos, o tamanho de grão dessa estrutura pode ser maior ou menor que o original em função do ciclo térmico e do grau de encruamento.

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Recozimento pleno: Tratamento térmico no qual os aços após austenitização e homogeneização química, são resfriados lentamente, normalmente dentro do forno, a microestrutra obtida está prevista no diagrama FeC.

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Recozimento para alívio de tensões: Este tratamento tem o objetivo de eliminar concentrações de tensões oriundas de processos de usinagem, conformação, solda ou outros processos onde existam acúmulo de tensões.

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Recozimento para esfeirodização: Busca transformar a cementita lamelar ou sua rede em perlita esfeirodizada.

TÊMPERA E REVENIDO O processo é relativamente simples. O aço é aquecido em um forno a uma temperatura acima da zona crítica. No caso do aço-carbono, a temperatura varia de 750°C a 900°C. A peça precisa permanecer nessa temperatura até se

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transformar em austenita. Após ser aquecida, a peça é retirada do forno e mergulhada em água, ocasionando um processo brusco de resfriamento, já que a temperatura cai de 850°C para 20°C.

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Têmpera por chama: Aquecimento provém de chama direcionada à peça, através de maçarico ou outro instrumento, podendo assim ser parcialmente temperada. Têmpera por indução: O aquecimento é obtido por indução elétrica, seguida de um resfriamento brusco, normalmente em água. Têmpera superficial: Aquecimento somente da superfície através de indução ou chama até a austenitização, seguida de um resfriamento rápido. Têmpera total: Aquecimento total da peça até temperatura de austenitização seguida de resfriamento, em meio pré-determinado.

NITRETAÇÃO Tratamento termoquímico de endurecimento superficial, baseado na introdução de nitrogênio em sua superfície. O processo se realiza, expondo a peça em uma atmosfera do forno rica em nitrogênio. CARBONITRETAÇÃO Tratamento termoquímico, em que se promove o enriquecimento superficial simultâneo com carbono e nitrogênio. CEMENTAÇÃO Tratamento termoquímico de endurecimento superficial, baseado na introdução de carbono na superfície. O processo é realizado com a exposição do aço em uma atmosfera rica em carbono livre. • • •

Cementação Gasosa: O processo é realizado em fornos com atmosfera controlada, onde o potencial de carbono está acima de 0,5%. Cementação Líquida: O processo é realizado em banhos líquidos, com sais fundidos (Banho de Sal). Cementação Sólida (Em Caixa): O processo é realizado em peças cobertas com material sólido, rico em carbono.

3. Conformação Mecânica – Processos e Aplicações CARACTERÍSTICAS:Os processos de conformação mecânica alteram a geometria do material através de forças aplicadas por ferramentas adequadas que podem variar desde pequenas matrizes até grandes cilindros, como os empregados na laminação. Em função da temperatura e do material utilizado a conformação mecânica pode ser classificada como trabalho a frio, a morno e a quente. Cada um destes trabalhos fornecerá características especiais ao material e à peça obtida. Estas características serão função da matéria prima utilizada como composição química e estrutura metalúrgica (natureza, tamanho, forma e distribuição das fases presentes) e das 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. PRINCIPAIS 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, com base em critérios tais como: o tipo de esforço que provoca a deformação do material, a variação relativa da espessura da peça, o regime da operação de conformação, o propósito da deformação. Basicamente, os processos de conformação mecânica podem ser classificados em: - FORJAMENTO: conformação por esforços compressivos tendendo a fazer o material assumir o contorno da ferramenta conformadora, chamada matriz ou estampo. Ferramentas: Na maioria das operações de forjamento emprega-se um ferramental constituído por um par de ferramentas

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- LAMINAÇÃO: - é o processo de conformação mecânica que consiste em modificar a seção transversal de um metal na forma de barra, lingote, placa, fio, ou tira, etc., pela passagem entre dois cilindros com geratriz retilínea (laminação de produtos planos) ou contendo canais entalhados de forma mais ou menos complexa (laminação de produtos não planos), sendo que a distância entre os dois cilindros deve ser menor que a espessura inicial da peça metálica. - TREFILAÇÃO: redução da seção 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, com redução da sua seção transversal. A parte ainda não extrudada fica contida num recipiente ou cilindro (container); o produto pode ser uma barra, perfil ou tubo. CONFORMAÇÃO -Embutimento; -Estiramento; -Corte; -Dobramento.

DE

CHAPAS:

Compreende

as

operações

de:

4. Fundição PROCESSO DE FUNDIÇÃO O processo de fundição consiste em vazar (despejar) metal líquido num molde contendo uma cavidade na geometria desejada para a peça final. Os processos podem ser classificados pelo tipo de molde e modelo e/ou pela força ou pressão usada par preencher o molde com o metal líquido. O processo de fundição permite obter, de modo econômico, peças de geometria complexa, sua principal vantagem em relação a outros processos.

O processo de fundição aplica-se a vários tipos de metais, tais como aços, ferros fundidos, aluminio, cobre, zinco, magnesio e respectivas ligas. Porém existem também desvantagens. Os aços fundidos, por exemplo, podem apresentar elevadas tensões residuais, microporosidade, zonamento e variações de tamanho de grão. Tais fatores resultam em menor resistência e ductilidade, quando comparados aos aços obtidos por outros processos de fabricação como conformação a quente. SELEÇÃO DO PROCESSO

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FATORES A CONSIDERAR:O tipo de processo a usar deve ser escolhido adequadamente. 1. Os mais importantes fatores a considerar são: 2. Quantidade de peças a produzir 3. Projeto da fundição 4. Tolerâncias requeridas 5. Grau de complexidade 6. Especificação do metal 7. Acabamento superficial desejado 8. Custo do ferramental 9. Comparativo econômico entre usinagem e fundição 10. Limites financeiros do custo de capital 11. Requisitos de entrega PROCESSOS TÍPICOS CLASSIFICAÇÃO:Existem muitas variantes no processo de fundição (grau de automação, produtividade, precisão dimensional, acabamento superficial) , entretanto destaca-se a influência do tipo de molde nas propriedades físicas do material resultante. A taxa de extração de calor através do molde , determina o tamanho final de grão, e portanto a característica de resistência mecânica da peça Por este motivo os processos de fundição são muitas vezes classificados de acordo com o tipo de molde utilizado.Os processos típicos podem ser classificados em quatro grupos básicos: a) Areia (molde é descartável) Molde em areia verde: Consiste na elaboração do molde com areia úmida modelada pelo formato do modelo da peça a ser fundida. É o método mais empregado na atualidade, serve para todos os metais. É especialmente apropriado para peças de tamanho pequeno e médio. Não é adequado para peças grandes, de geometria complexas, nem para acabamentos finos, pois ficam as marcas de corrugamento da areia, e sua tolerância dimensional é reduzida. Molde em areia seca: Este tipo de molde se consolida em altas temperaturas (entre 200 e 300° C). Este método utilizado para aumentar a resistência mecânica e a rigidez da forma de fundição. Este processo permite a modelação de peças de grandes dimensões e de geometrias complexas. A precisão dimensional é boa e o acabamento superficial é bom, pois o corrugamento das peças causado pela areia é bem menor.

b) Molde Permanente (molde é metálico, bipartido).

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c) Injeção (molde é metálico, o metal líquido entra sob pressão)

d) Cera Perdida (molde e modelo são descartáveis) Fundição em Shell Molding:O processo basico deste processo é : 1. Criar uma ou duas partes com o desenho desejado ; 2. Cobertura dos moldes com a casca composta com areia e resina até a espessura desejada para resistencia ao material fundido e outras propriedades necessárias ; 3. Cura dos moldes à 300 C e retirada das partes (cascas) em bandas ; 4. As duas partes são unidas firmemente ate o metal ser vazado ; 5. A peça final é removida . Essa tecnica pode ser mais economica que as outras se grande a quantidade de peças a ser produzida . Cuidados especias deverão ser tomados para assegurar a saida dos gases caso seja utilizada areia para melhor acabamento.. O metodo permite a utilização de machos em moldes complexos . Moldes de grafite poderão ser utilizados no caso de materiais que poderão reagir com outros materiais utilizados para moldes.

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Molde coquilha Atualmente, ao invés da conformação em areia usa-se um tipo de molde fixo e maciço chamado "coquilha". Trata-se de um sistema onde o metal fundido ou é derramado por gravidade ou é injetado através de equipamento pneumático ou hidráulico em cavidades mecânicas (negativo) ou formas de metal maciço não aderente à liga fundida. A vantagem é a rapidez de injeção, resfriamento e extração da peça pronta. A desvantagem da coquilha é a geometria limitada das peças a serem fundidas. COMPARAÇÃO ENTRE PROCESSOS Resumo das características dos principais processos de fundição, incluindo os grupos: fundição em areia, fundição em moldes de precisão ( molde permanente, fundição sob pressão, molde cerâmico...) , fundição em casca e , molde de cura química

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ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO Apesar do grande número de variantes do processo de fundição, a obtenção dos diferentes tipos de ferros fundidos pode ser sintetizada de acordo com o fluxograma a seguir:

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5 - Laminação de chapas e Tarugos Laminação é o processo de conformação mecânica que consiste em modificar a seção transversal de um metal na forma de barra, lingote, placa, fio, ou tira, etc., pela passagem entre dois cilindros com geratriz retilínea (laminação de produtos planos) ou contendo canais entalhados de forma mais ou menos complexa (laminação de produtos não planos), sendo que a distância entre os dois cilindros deve ser menor que a espessura inicial da peça metálica. Uso - vantagens É o processo de transformação mecânica de metais mais utilizado pois, apresenta alta produtividade e um controle dimensional do produto acabado que pode ser bastante preciso. Esforços envolvidos - na laminação o material é submetido a tensões compressivas elevadas, resultantes da ação de prensagem dos rolos e a tensões cisalhantes superficiais, resultantes do atrito entre os rolos e o material. As forças de atrito são também responsáveis pelo ato de "puxar" o metal para dentro dos cilindros. Etapas - A redução ou desbaste inicial dos lingotes em blocos, tarugos ou placas é realizada normalmente por laminação a quente. Depois dessa fase segue-se uma nova etapa de laminação a quente para transformar o produto em chapas grossas, tiras a quente, vergalhões, barras, tubos, trilhos ou perfis estruturais. A laminação a frio que ocorre após a laminação de tiras a quente produz tiras a frio de excelente acabamento superficial, com boas propriedades mecânicas e controle dimensional do produto final bastante rigoroso.

Extrusão: é um processo de produção de componentes mecânicos de forma semi-contínua onde o material é forçado através de uma matriz adquirindo assim a forma pré determinada pelo projetista da peça.

Extrusão de Perfis A extrusão de perfis e canos normalmente é realizada com o uso de uma única extrusora, que funde e transporta os pellets através de um molde anular. No vácuo (medição de pressão é pouco comum), o perfil/cano é formado por banho d’água, sendo as dimensões de seu diâmetro externo controlada por uma alça de calibragem. O perfil/cano é continuamente retirado do cabeçote do molde por um puxador e depois cortado no tamanho devido. Perfis e canos podem variar em diâmetro com aumentos proporcionais da espessura das paredes. Processar pellets em canos e perfis para uma variedade tão grande de tamanho apresenta diferentes desafios de extrusão. Contudo, os requisitos da extrusão de canos básica é adequada para a maioria dos tamanhos. Extrusão de Perfis em Geral Extrusão de Tubos Extrusão de Mangueiras

Processos quente e frio O processo de extrusão é executado de duas maneiras distintas dependentes da temperatura e da ductilidade. A primeira é a extrusão a quente, e a segunda extrusão a frio. A extrusão a quente, é semelhante ao processo de injeção, onde o produto é injetado a alta pressão e temperatura numa forma vazada ou passa através de um molde de injeção contínua, tomando a forma de peça sólida semi acabada ou também a forma de vergalhão, para ser cortado (fatiado) no comprimento desejado. A extrusão a frio é semelhante ao processo de extrusão a quente e é a ductilidade do material a ser trabalhado o principal parâmetro na escolha do processo.

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Pode-se dizer que a extrusão é a produção semi-contínua dos componentes fabricados, pois, as peças em geral são bastante longas e seu comprimento é limitado pela quantidade de material inserido na cavidade onde age o pistão injetor. Em função da natureza da fabricação, as peças extrudadas são semi-acabadas não necessitando assim posteriores usinagens. Existe ainda um sistema chamado híbrido, que é a combinação da extrusão por injeção combinada com operações de forjamento, em geral executada a frio. Alguns casos podem exigir extrusões a quente e a frio no mesmo processo. Equipamentos como o Sigmamix que incorpora mistura e extrusão no mesmo conjunto, após a mistura executa-se a extrusão que, no começo do cone de extrusão e conformação, é aquecido e logo em seguida resfriado para que se evite escamas na peça. Estamos falando de massas muito viscosas como pedras sanitárias ou sabão em pedras, esta peça "contínua" deve ter controles rígidos destas temperaturas que, em função de temperatura ambiente, deve ser ajustada regularmente. Trefilação É uma operação em que a matéria-prima é estirada através de uma matriz em forma de canal convergente (FIEIRA ou TREFILA) por meio de uma força trativa aplicada do lado de saída da matriz. O escoamento plástico é produzido principalmente pelas forças compressivas provenientes da reação da matriz sobre o material. Forma

resultante:

simetria

circular

é

muito

comum

em

peças

trefiladas,

mas

não

obrigatória.

Condições térmicas: normalmente a frio. Uso - produtos mais comuns:

Os Tubos podem ser trefilados dos seguintes modos: • • • •

sem apoio interno (REBAIXAMENTO ou AFUNDAMENTO)(fig.a) com mandril passante (fig.b) com plug (bucha) interno (fig. c) com bucha flutuante (fig.d)

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Trefilação dos arames de aço: Um dos usos mais corriqueiros da trefilação é a produção de arames de aço. Por esta razão especificam-se abaixo algumas das principais características deste processo. Etapas do processo Os passos a percorrer são discriminados no esquema abaixo . Observe que a trefilação propriamente dita é precedida por várias etapas preparatórias que eliminam todas as impurezas superficiais, por meios físicos e químicos.

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Matéria-prima: fio-máquina (vergalhão laminado a quente) Descarepação: - Mecânica (descascamento): dobramento e escovamento. Lavagem: em água corrente

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Recobrimento: comumente por imersão em leite de cal Ca(OH)2 a 100°C a fim de neutralizar resíduos de ácido, proteger a superfície do arame, e servir de suporte para o lubrificante de trefilação. Secagem (em estufa) - Também remove H2 dissolvido na superfície do material. Trefilação - Primeiros passes a seco.Eventualmente: recobrimento com Cu ou Sn e trefilação a úmido.

Forjamento: é o nome genérico de 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. Ferramentas: Na maioria das operações de forjamento emprega-se um ferramental constituído por um par de ferramentas de superfície plana ou côncava, denominadas matrizes ou estampos. Usos: A maioria das operações de forjamento é executada a quente; contudo, uma grande variedade de peças pequenas, tais como parafusos, pinos, porcas, engrenagens, pinhões, etc., são produzidas por forjamento a frio. Histórico: O forjamento é o mais antigo processo de conformar metais, tendo suas origens no trabalho dos ferreiros de muitos séculos antes de Cristo. A substituição do braço do ferreiro ocorreu nas primeiras etapas da Revolução Industrial. Atualmente existe um variado maquinário de forjamento, capaz de produzir peças das mais variadas formas e tamanhos , desde alfinetes, pregos, parafusos e porcas até rotores de turbinas e asas de avião. Tipos de Forjamento e Ferramentas Forjamento em Matriz Aberta Forjamento em Matriz Fechada Forjamento em Matriz Aberta: O material é conformado entre matrizes planas ou de formato simples, que normalmente não se tocam.

É usado geralmente para fabricar peças grandes, com forma relativamente simples (p. 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. Forjamento em Matriz Fechada: O material é conformado entre duas metades de matriz que possuem, gravadas em baixo-relevo, impressões com o formato que se deseja fornecer à peça (ver figura). A deformação ocorre sob alta pressão em uma cavidade fechada ou semifechada, permitindo assim obter-se peças com tolerâncias dimensionais menores do que no forjamento livre.

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Nos casos em que a deformação ocorre dentro de uma cavidade totalmente fechada, sem zona de escape, é fundamental a precisão na quantidade fornecida de material: 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 dimensionar a quantidade exata fornecida de material, é mais comum empregar um pequeno excesso. As matrizes são providas de uma zona oca especial para recolher o material excedente ao término do preenchimento da cavidade principal. O material excedente forma uma faixa estreita (rebarba) em torno da peça forjada. A rebarba exige uma operação posterior de corte (rebarbação) para remoção.

Equipamentos e Métodos Os equipamentos comumente empregados incluem duas classes principais: (a) Martelos de forja, que deformam o metal através de rápidos golpes de impacto na superfície do mesmo; e (b) Prensas, que deformam o metal 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 Aplicações De um modo geral, todos os materiais conformáveis podem ser forjados. Os mais utilizados para a produção de peças forjadas são os aços (comuns e ligados, aços 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 e de titânio.

O material de partida é geralmente fundido ou, mais comumente, laminado - condição esta que é preferível, por apresentar uma microestrutura mais homogênea. Peças forjadas em matriz, com peso não superior a 2 ou 3 kg, são

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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. BIBLIOGRAFIA: SITES:Infomet e Cimm

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