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Notas de Aula sobre o processo de laminação.
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CONFORMAO MECNICA
Cristina Sayuri Fukugauchi
2015
PROCESSOS
Famlias de Processo de Fabricao
1. Conformao Mecnica 2. Fundio 3. Soldagem 4. Tratamentos Superficiais 5. Usinagem
V1 =S1xL1=S2xL2=V2
Objetivos da Conformao
Obteno de produtos finais com especificao de: A) dimenso e forma; B) propriedades mecnicas; C) condies superficiais;
Classificao dos Processos de Conformao Plstica
Os processos de conformao plstica podem ser classificados de acordo com vrios critrios: 1. Tipo de esforo predominante; 2. Temperatura de trabalho; 3. Forma do material trabalhado ou do produto final; 4. Tamanho da regio de deformao (localizada ou geral); 5. Tipo de fluxo do material (estacionrio ou intermitente); 6. Tipo de produto obtido (semi-acabado ou acabado).
Tipo de esforo predominante
A) processos de conformao por compresso direta; B) processos de conformao por compresso indireta; C) processos de conformao por trao; D) processos de conformao por cisalhamento; E) processos de conformao por flexo.
Temperatura de trabalho
A) Trabalho mecnico a quente; B) Trabalho mecnico a frio; C) Trabalho mecnico a morno
LAMINAO
Introduo
Processo de conformao mecnica que consiste na passagem
de um corpo slido na forma de lingote, placa,tira, etc., entre
dois cilindros que giram na mesma velocidade perifrica, mas
em sentidos diferentes
Retilneos (laminao de produtos planos): reduo da espessura
Canais entalhados (laminao de produtos no planos)
Para obteno de produtos laminados as principais etapas so:
1. preparao do material inicial para a laminao;
2. aquecimento do material inicial;
3. laminao a quente;
4. acabamento e/ou tratamento trmico (caso de ser produto final);
5. decapagem;
6. laminao a frio (caso seja necessrio);
7. tratamento trmico;
8. acabamento e revestimento.
Durante as etapas de laminao, deve-se efetuar um controle de qualidade do
produto para se detectar a presena de defeitos, tais como trincas e vazios
internos, afim de se evitar que um produto com excesso de defeitos, portanto,
rejeitvel, continue sendo processado, com desperdcio de tempo e energia.
O custo, portanto de uma moderna instalao de
laminao da ordem de milhes de dlares e consome-se
muitas horas de projetos uma vez que esses requisitos
so multiplicados para as sucessivas cadeiras de
laminao contnua.
Processo pode ser realizado:
continuo ou em etapas
com uma ou mais ferramentas rotativas (cilindros de laminao)
com ou sem ferramentas adicionais (p.ex.: mandris, calos ou hastes)
Permitindo:
alcanar as dimenses dos produtos semi-acabados ou da pea pronta.
caldeamento de rechupes e poros provenientes do processo de lingotamento
conformao da estrutura de solidificao do lingote.
melhora das propriedades mecnicas.
Trem contnuo
Laminao: Uso e Vantagens
Alta produtividade
Controle dimensional do produto acabado que pode ser bastante
preciso.
Processo primrio
Matria prima para outros processos
Muito utilizado
Caracterstica bsica do processo:
A tenso predominante, que conduz o processo a tenso de compresso.
Os cilindros de laminao podem tanto ser motores ou ento movidos pelo movimento do material que est sendo laminado.
Laminao
TRANSVERSAL LONGITUDINAL CISALHANTE
CLASSIFICAO CONFORME A CINEMTICA
Laminao
LAMINAO PLANA LAMINAO DE PERFIS
CLASSIFICAO CONFORME A GEOMETRIA
Laminao
PRODUTOS
Quanto a classificao dos produtos laminados pode-se
classificar em: produtos semi-acabados (blocos, placas, tarugos
etc.) e produtos acabados (planos: perfis, trilhos etc.) e no
planos: barras, fio-mquina, tubos sem costura etc.
Laminao
Laminadores
Um laminador consiste:
cilindros (ou rolos),
mancais,
uma carcaa chamada de gaiola ou quadro para fixar estas partes
motor para fornecer potncia aos cilindros e controlar a velocidade de rotao.
As foras envolvidas na laminao podem facilmente atingir milhares de toneladas, portanto necessria uma construo bastante rgida, alm de motores muito potentes para fornecer a potncia necessria.
LAMINADORES
Nos cilindros de laminao podem-se distinguir nele trs partes bsicas; corpo, pescoo e apoio.
CLASSIFICAO DOS CILINDROS:
So produzidos em uma enorme variedade de materiais, desde o ao simples com 0,50% de
carbono, passando pelos ferros fundidos especiais e nodulares, at os carbonetos de tungstnio.
CILINDROS DE AO
Mediante o emprego de elementos de liga e de tratamentos trmicos adequados pode-se
conseguir altas durezas e resistncias adequadas com cilindros de ao. O teor de carbono varia
de 0,35 a 1%. Os principais elementos de liga so o cromo, o nquel e o molibdnio.
CILINDROS DE AO FUNDIDO:
Apresentam resistncia ao desgaste relativamente pequena mas, devido sua alta resistncia
flexo, permitem grandes redues em cada passagem. So usados; principalmente, nos
laminadores desbastadores, nas primeiras cadeiras de laminadores de tiras a quente e como
cilindros de encosto nos laminadores planos aquente e a frio. Podem tambm ser empregados
como cilindros preparadores.
CILINDROS DE AO FORJADO:
Apresentam melhor resistncia ao desgaste. So usados principalmente como cilindros de
trabalho de laminadores a frio.
CILINDROS DE FERRO FUNDIDO EM MOLDES DE AREIA
So empregados como cilindros acabadores de trens de grandes perfis e trens
comerciais, bem como cilindros preparadores de trens de perfis mdios.
CILINDROS DE FERRO FUNDIDO COQUILHADO
Possuem uma camada exterior dura, com grande resistncia ao desgaste podendo gerar
produtos com bom acabamento superficial. O ncleo, no entanto, mais tenaz e
possui boa resistncia ruptura. Podem ser usados em cadeiras acabadoras de trens
de fio-mquina, de trens de pequenos perfis, e em laminadores desbastadores.
CILINDROS DE FERRO FUNDIDO NODULAR
Alm de terem boa resistncia ao desgaste, apresentam resistncia ruptura
maior que os outros cilindros de ferro fundido cinzento. Podem ser usados em
cilindros de laminadores de tarugos e cilindros intermedirios de trens de fio-
mquina.
Quando um esboo aquecido laminado, uma parte de seu calor transmitida
aos cilindros, provocando o aquecimento destes. Como este aquecimento no
regular ao longo da mesa, formam-se as 'trincas trmicas' que marcam
(danificam) os cilindros podendo, inclusive, provocar sua ruptura. Estas trincas
podem, no entanto, ser evitadas ou atenuadas mediante um resfriamento
adequado dos cilindros.
Os laminadores so classificados de acordo com o nmero e arranjo de cilndricos e os trs
tipos principais so os laminadores duo, trio e
qudruo.
TIPOS DE LAMINADOR PARA LAMINAO CONVENCIONAL
DUO DUO REVERSVEL TRIO
SENDZIMIR QUADRO
Neste laminador o cilindro
inferior fixo e o cilindro
superior pode mover-se, durante
a operao.
O sentido do giro dos cilindros
no pode ser invertido e o
material s pode ser laminado
em um sentido
Laminador duo
A inverso da rotao dos
cilindros permite que a
laminao ocorra nos dois
sentidos de passagem entre os
rolos
Laminador duo reversvel
Os cilindros sempre giram no mesmo sentido. Porm, o material pode ser laminado nos dois sentidos, passando-o alternadamente entre o cilindro superior e o intermedirio e entre o intermedirio e o inferior.
Laminador trio
Usado para laminar materiais
mais finos, utiliza cilindros de
trabalho de pequeno dimetro
apoiados por cilindros de
encosto para no fletir.
Pode ser reversvel ou no.
Laminador qudruo
Os cilindros de trabalho so
muito finos, podem fletir tanto
na direo vertical quanto na
horizontal e so apoiados em
ambas as direes
Laminador Sendzimir
Dispe de dois pares de cilindros de trabalho, com eixos verticais e
horizontais
Laminador universal
EXEMPLO DE LAMINAO NO-CONVENCIONAL: LAMINAO PLANA DE ROSCAS
Laminao
EXEMPLO DE LAMINAO NO-CONVENCIONAL: LAMINAO DE ROSCAS COM ROLOS
Laminao
Laminao
FORAS E RELAES
Na laminao a passagem da pea pelos cilndricos ocorre atravs da ao da fora de atrito que atua na superfcie de contato entre peas e
os cilndricos. Essa fora proporcional ao ngulo de contato.
O volume do material se mantm constante (a variao desprezvel), ou:
Volume Entrada = Volume de Sada
FORAS E RELAES
CLASSIFICAO QUANTO TEMPERATURA:
LAMINAO A QUENTE
LAMINAO A FRIO
Laminao
LAMINAO A QUENTE:
Utilizada para materiais que tenham baixa plasticidade a frio.
Serve como etapa de preparao para laminao final, a frio.
Permite grandes redues de espessura.
Foras de laminao menores que as da laminao a frio
Produz acabamento superficial pobre.
Resulta em tolerncias dimensionais largas.
Laminao a quente
Como ao lingotado convencionalmente a primeira operao de laminao ocorre em um laminador desbastador
usualmente um duo reversvel
utiliza-se tambm laminadores universais, o que permite um melhor esquadrinhamento do produto.
Os produtos desta etapa so:
Tarugos (blooms, seo quadrada)
Placas (slab, seo retangular)
Laminao
O processo de fabricao por laminao empregado em tubos de ao carbono,
ao-liga e ao inox, de 8 at 65 centmetros de dimetro. Existem vrios
processos de fabricao por laminao, mas o mais importante o
processo Mannesmann.
A formao por esse processo d-se a partir de uma barra circular macia de ao,
empurrada por dois cilindros oblquos que o rotacionam e transladam contra um
mandril fixo. Obtm-se um tubo bruto, que sofrer conformao de acabamento
atravs de laminadores perfiladores.
LINGOTAMENTO CONTNUO PARA PRODUO DE CHAPAS POR LAMINAO A QUENTE
LAMINAO A QUENTE
PRODUTOS OBTIDOS POR LAMINAO A QUENTE
Fenmenos Metalrgicos Durante A Laminao
Na laminao a quente industrial h a presena de gradientes de
temperatura, grau e velocidade de deformao, e de
composio qumica ao longo da espessura do laminado,
desconhecimento sobre as condies reais na interface cilindro de
trabalho laminado e problemas para se coletar dados precisos e
consistentes, o que dificulta o ajuste e aplicao de modelos
tericos ao controle de processo.
Inicialmente na laminao quente, a
microestrutura do ao consiste de gros
equiaxiais grosseiros de austenita. Durante o
passe no laminador, os gros de austenita
so deformados e alongados. As bandas de
deformao podem aparecer dentro dos
gros de austenita
Quando o ao deformado no estado de austenita a altas temperaturas, a tenso de
escoamento aumenta para um mximo e em seguida cai para um valor constante.
Isto devido ao fato de que aps um certo tempo de deformao, a gerao de
discordncias e sua posterior eliminao alcanam um certo equilbrio de modo que o
material pode continuar a ser deformado sem que ocorra qualquer aumento ou
diminuio na tenso de escoamento.
Esta tenso denominada de tenso de escoamento no regime estacionrio. Desta
forma, nos processos de restaurao dinmicos deve-se atingir um grau de
deformao crtico (mnimo) a partir do qual estes processos sejam estveis, o que em
geral no acontece.
As microestruturas obtidas por processo de restaurao dinmicos no so estveis e
em altas temperaturas so modificadas por processos de restaurao metadinmicos e
estticos.
LAMINAO A FRIO:
Requer material com boa plasticidade a frio.
precedida por laminao a quente.
As redues de espessura so limitadas pelo encruamento.
As foras de laminao so bem maiores que as da laminao a quente.
Produz acabamento superficial bom ou timo.
Resulta em tolerncias dimensionais mais estreitas que a laminao a quente.
Laminao
Os materiais de partida para a produo de tiras de ao laminadas a frio so as bobinas a quente decapadas.
A laminao a frio de metais no ferrosos pode ser realizada a partir de tiras a quente ou, como no caso de certas ligas de cobre, diretamente de peas fundidas.
Laminao a Frio
A reduo total varia de 50 a 90%
Deseja-se uma distribuio to uniforme quanto possvel nos
diversos passes sem haver uma queda acentuada
A porcentagem de reduo menor feita no ltimo passe
para permitir um melhor controle do aplainamento, bitola e
acabamento superficial.
Laminao a Frio - caractersticas
Barras de seo circular e hexagonal e perfis estruturais
como: vigas em I, calhas e trilhos so produzidos em grande
quantidade por laminao a quente com cilindros ranhurados.
Laminao de barras e perfis
LAMINAO A FRIO DE CHAPAS
Laminao
Ao final da laminao a frio, o ao encontra-se completamente encruado, e os
gros assumem uma forma alongada no sentido da laminao. Nesta etapa as
propriedades mecnicas do material so profundamente alteradas, ocorrendo uma
queda da ductilidade e aumento na resistncia mecnica.
Nessas circunstncias se faz necessrio um processo de recozimento para que as
propriedades mecnicas sejam recuperadas. Aps o recozimento, realizado um
processo de encruamento. Ele consiste em dar um leve alongamento tira (de 0,3
a 2% em geral) por combinao de um esforo de laminao e trao. Isto ocorre
atravs de um passe da chapa de ao bobina no laminador de Encruamento (Skin
Pass), com velocidade e presso controladas.
Laminao
Perfis estruturais
Blocos Laminados
Placas Laminadas
PRODUTOS OBTIDOS POR LAMINAO A FRIO
Laminao
Laminao - defeitos
a) Ondulao nas extremidades resultado do curvamento do cilindro; b)
trincas chevron no meio da tira; c) trincas de extremidade/aresta; d)
Abertura em jacar
INOVAO
Tanto a temperatura final do laminado aps o ltimo passe, quanto o grau de reduo
aplicado no mesmo afetam significativamente as propriedades fsicas do produto.
Desta forma, em muitos processos de laminao a quente, muitas operaes so
realizadas de modo a alcanar uma temperatura final que leva as propriedades fsicas
desejadas no produto. Estas operaes so chamadas de laminao controlada e mais
recentemente de tratamentos termo mecnicos.
No processo de laminao a quente o material aquecido at uma temperatura de
encharque, realizando a sua austenitizao, a seguir deformaes programadas so
impostas nas etapas de desbaste e acabamento e, finalmente, um resfriamento
controlado deste.
LAMINAO CONTROLADA
TRATAMENTOS TERMO MECNICOS
Uma das consequncias do processo de reaquecimento do ao o crescimento de
gro. O controle deste crescimento uma etapa importante no processo de laminao
controlada onde se desenvolvem grandes esforos para alcanar produtos com
estruturas de granulao fina.
Para aos microligados, a temperatura de reaquecimento deve ser alta o bastante para
solubilizar as partculas estveis que se formaram com as ligas.
A temperatura de reaquecimento tambm afeta a formao da chamada bandas de
deformao, a qual desenvolve um importante papel durante o processo subsequente
de restaurao do gro.
Para que o tamanho de gro final da austenita seja fortemente dependente do
reaquecimento do gro, necessrio a temperatura de reaquecimento seja mantida
acima da temperatura de crescimento do gro.
Parmetros de operao industrial, tais como: deformao, taxa de
deformao e temperatura podem ser correlacionados com os
fenmenos metalrgicos envolvidos no processo e tratados por
equaes empricas conhecidas na literatura.
A anlise e interpretao destes dados, em conjunto com os dados
operacionais, podem caracterizar o comportamento mecnico a
quente destes aos e, assim, diminuir os custos de processamento.
A laminao controlada ou tratamentos termomecnicos so uma srie de tratamentos trmicos e de
deformaes plsticas de modo a se alcanar as melhores propriedades mecnicas dos aos tais
como:
a - Maior resistncia ao escoamento;
b - Melhor tenacidade;
c - Melhor soldabilidade;
d - Maior resistncia fratura frgil;
e - Maior resistncia fratura dtil de baixo nvel de energia;
f - Menor impacto nas temperaturas de transio;
g - Boa conformao a frio, particularmente no dobramento;
h - Reduo de custo a qual possvel utilizando a laminao quente ao invs de
seo de tratamentos trmico posterior.
Um fator adicional reduo de custo o fato do processo de laminao controlada permitir que se
alcance as propriedades desejadas com menos quantidades de elementos de liga no ao do que as
necessrias no processo de laminao quente convencional.
Objetivos gerais da laminao controlada dos aos
AOS DP E TRIP
AOS COM GRO ULTRA-FINO
BOBINAS A QUENTE COM GRO ULTRA-FINO:
O NOVO L.T.Q. DA NAKAYAMA STEEL - 2000
O refino do tamanho de gro permite conciliar alta resistncia
mecnica e tenacidade, mas tende a
prejudicar a estampabilidade -
uma caracterstica geralmente
fundamental para as aplicaes
automotivas.
Uma possvel soluo para esse
impasse a associao de tamanho
de gro ultra-fino com microestruturas
que proporcionem alta estampabilidade
(dual phase ou contendo disperses
muito finas de
precipitados).
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