Capítulo 6: Quando o arame é estirado até ficar mais fino, o estado do material também muda
No local de estampagem a frio, há uma situação bastante comum:
As ligas dos materiais são iguais, vêm da mesma usina siderúrgica e, ao final, apresentam as mesmas especificações; porém, após serem alimentadas na máquina de estampagem a frio, enquanto um lote produz sem problemas, outro apresenta instabilidade na conformação, cabeça mal preenchida e, ocasionalmente, até rachaduras.
Onde está o problema?
Muitos acreditam que o processo de estiramento apenas reduz o diâmetro do arame grosso, bastando que as dimensões estejam dentro das especificações.
Na verdade, não é tão simples assim.
O estiramento não altera apenas o diâmetro; ele também influencia diretamente a adequação do material à posterior estampagem a frio.
I. O mesmo ponto de chegada não significa ter percorrido o mesmo caminho
Embora ambos sejam estirados até 10 milímetros, um lote pode ter começado a partir de 11 milímetros, enquanto outro partiu de 13 milímetros.
Apesar de possuírem o mesmo diâmetro final, o segundo lote sofreu uma deformação significativamente maior.
Quanto mais o arame é estirado, geralmente mais duro e resistente ele se torna; consequentemente, durante a subsequente conformação por estampagem a frio, a força necessária para a conformação também se modifica.
Assim, para avaliar se um material é adequado à estampagem a frio, não basta considerar apenas a sua especificação final; é preciso levar em conta:
Qual era a espessura inicial e quanto foi totalmente estirado.
É como duas pessoas que chegam juntas ao topo de uma montanha: uma veio de teleférico, enquanto a outra subiu a pé. Embora estejam no mesmo lugar, seu estado físico é completamente diferente.
II. Estirar tudo de uma vez ou em etapas gera resultados distintos
Um fio metálico pode ser reduzido desde uma seção grossa até uma fina, seja em uma única passagem ou em várias etapas sucessivas.
Se o estiramento for realizado de uma só vez em grande escala, aumentam a pressão, o atrito e a temperatura entre o arame e a matriz, podendo ocorrer descompasso entre as transformações superficiais e internas do material.
Por outro lado, realizar muitas passagens de estiramento também não é necessariamente a melhor opção.
Passagens excessivas ainda acumulam continuamente os efeitos do atrito e da deformação.
O que realmente importa é a configuração adotada em cada etapa, especialmente se a última passagem de estiramento foi adequada.
A quantidade total de estiramento é importante, mas a forma como se realiza a última passagem é igualmente crucial.
É justamente por isso que diferentes empresas de refino, utilizando bobinas idênticas, acabam obtendo produtos cujo comportamento na estampagem a frio ainda pode diferir.
III. O arame também “lembra” a direção da força aplicada
Ao ser trefilado, o arame é principalmente alongado na direção do traço.
Durante o estampagem a frio, o material volta a ser comprimido e flui em direção à cabeça e para os lados.
Ou seja, o material acabou de sofrer um “tração” e, logo em seguida, passa a suportar uma “compressão”.
Depois que um metal se deforma em uma determinada direção e recebe nova carga no sentido oposto, seu comportamento inicial durante a deformação pode mudar. Em engenharia, esse fenômeno é chamado de efeito Bauschinger.
De forma simples, podemos entender assim:
O arame lembra como foi tracionado anteriormente.
Após a trefilação, embora a resistência à tração do material tenha aumentado, isso não significa que sua resistência à deformação na direção da compressão durante a estampagem a frio também cresça na mesma proporção.
Portanto, ao avaliar um material após a trefilação, não basta considerar apenas a resistência à tração e a dureza; é preciso levar em conta também a direção da deformação que ele enfrentará a seguir.
IV. O “endurecimento” e a “memória direcional” pós-trefilação coexistem
Após a trefilação, o material geralmente fica mais duro, fenômeno conhecido como encruamento.
No entanto, quando o material passa da tração para a compressão, também é influenciado pelo efeito Bauschinger.
Esses dois efeitos ocorrem simultaneamente:
- Quanto maior a deformação por trefilação, maior costuma ser a resistência do material à deformação contínua;
- Após a mudança na direção da força, o material pode começar a se deformar por compressão mais cedo.
Em qual etapa cada um desses efeitos se manifesta com maior intensidade e qual deles passa a dominar conforme a deformação prossegue depende do tipo de material, de seu estado inicial e da quantidade de trefilação realizada.
Assim, não se pode afirmar simplificadamente que “quanto menos trefilado, melhor”, nem que “quanto mais trefilado, aproveitando o efeito Bauschinger, melhor”. O que realmente se busca é um intervalo adequado.
Contudo, esse intervalo não é o mesmo para todas as ligas, todos os tipos e todas as aplicações.
V. Por que os aços bainíticos não temperados merecem maior atenção?
Alguns aços bainíticos e aços não temperados de alta resistência apresentam um efeito Bauschinger particularmente pronunciado ao passarem da “tração” para a “compressão” durante a estampagem a frio após a trefilação.
Esses materiais já possuem elevada resistência por si só. Após a trefilação, embora sua resistência à tração continue a aumentar, a resistência à deformação por compressão na estampagem a frio nem sempre cresce na mesma proporção.
Esse é justamente um aspecto relevante dos aços bainíticos não temperados no que diz respeito ao encruamento e à conformação por estampagem a frio.
Por conseguinte, ao avaliar esses materiais, não basta analisar apenas a resistência à tração e a dureza após a trefilação; é necessário também considerar a extensão da trefilação, o tempo de produção e o desempenho real na estampagem a frio, realizando uma análise integrada.
6. Por que o desempenho do material ainda muda após algum tempo de armazenamento?
Alguns materiais, quando utilizados imediatamente após a trefilação, não apresentam problemas na produção; porém, após um período de armazenamento, seu comportamento já se altera.
A razão é que, após a trefilação, o estado interno do fio de aço nem sempre se estabiliza de imediato.
Com a variação do tempo de armazenamento e da temperatura, a resistência do material e seu comportamento de deformação subsequente ainda podem continuar a se ajustar.
Portanto, ao comparar duas séries de materiais, além de verificar a classificação e os relatórios de ensaio, também é necessário confirmar:
- quando cada série foi trefilada;
- por quanto tempo foram mantidas em estoque após a trefilação;
- se existem diferenças significativas nas condições de armazenamento.
Essas informações, aparentemente simples, muitas vezes constituem pistas importantes para identificar a origem do problema.
7. Diante de um problema, o que deve ser comparado?
Se materiais da mesma classe e especificação apresentarem desempenhos distintos na estampagem a frio, recomenda-se inicialmente comparar as seguintes informações:
- as dimensões antes da trefilação;
- as dimensões após a trefilação;
- o número de etapas de trefilação realizadas;
- se a redução da última passagem foi idêntica;
- o equipamento utilizado e o momento da reformulação das duas séries;
- o tempo de armazenamento após a trefilação de cada lote;
- se a anomalia na estampagem a frio acompanha a mudança do lote de reformulação.
Se, após a troca do lote de reformulação, a anomalia também se modifica, enquanto o equipamento, as matrizes e o produto permanecem inalterados, torna-se necessário investigar especialmente o processo de trefilação das duas séries.
Contudo, constatar apenas diferenças nos parâmetros não permite tirar conclusões precipitadas.
A avaliação precisa depende de verificar se as variações no processo de trefilação podem ser correlacionadas às propriedades do material e às anomalias observadas na estampagem a frio.
Ponto de vista do engenheiro
A trefilação não consiste apenas em transformar um fio de aço de uma seção grossa em outra mais fina.
Ela também modifica a resistência do material, sua capacidade de deformação posterior e a forma como ele reage ao passar do regime de tração para o de compressão.
A matéria-prima determina a base, enquanto o processo de trefilação define o estado final com que o material entra na máquina de estampagem a frio.
Assim, mesmo materiais da mesma classe e especificação, alguns se prestam bem à estampagem a frio, outros não. O problema nem sempre está no certificado de qualidade do material, podendo estar oculto justamente no processo de trefilação.
Se você também enfrenta situações em que materiais da mesma classe e especificação apresentam desempenhos diferentes na estampagem a frio, envie-me a classificação do material, as dimensões antes e depois da trefilação, o número de passagens, a data de produção e fotos dos produtos defeituosos.
Poderei ajudá-lo a avaliar inicialmente por qual frente — matéria-prima, trefilação/reformulação ou processo de estampagem a frio — iniciar a investigação.
Prévia do próximo episódio
Capítulo 7: «Embora a superfície pareça fosfatizada e saponificada, por que ainda surgem problemas durante a estampagem a frio?»
O próximo capítulo abordará principalmente: por que a presença aparente de uma película superficial no material não garante que haja lubrificação suficiente durante todo o processo de deformação na estampagem a frio.