O comportamento de um metal ou liga sob condições de deformação plástica é, sem dúvida, a mais importante propriedade do material a ser considerada no desenvolvimento de um processo de forjamento. Esse comportamento é descrito através de equações que relacionam as tensões com as deformações e são denominadas equações constitutivas ou curvas de escoamento. A curva de escoamento de um material depende do próprio material (composição química), do seu histórico de processamento (forjado, laminado, trefilado, etc.) e do seu estado de tratamento térmico (normalizado, recozido, esferoidizado, etc.).
Durante o processo de forjamento, a curva de escoamento depende da temperatura, da velocidade de deformação, do estado de tensões e da ocorrência, ou não, de fenômenos metalúrgicos como encruamento, recuperação e recristalização.
A curva de escoamento é fundamental para a realização de qualquer cálculo de projeto que vise prever a força ou a energia necessária à conformação ou a forma como o material escoa na matriz. Quanto mais precisa for a curva de escoamento utilizada no cálculo, mais preciso será o resultado, não importando se o mesmo é feito utilizando-se simples fórmulas empíricas ou sofisticados programas de simulação de processo.
Embora, nos dias de hoje, os programas de simulação tenham atingido um enorme grau de confiabilidade, a qualidade dos resultados que eles fornecem depende da qualidade dos dados introduzidos, fundamentalmente da curva de escoamento. Considerando esses fatos, um projeto de pesquisa permanente do Laboratório de Transformação Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LdTM/UFRGS) é a obtenção de curvas de escoamento de diferentes materiais em diferentes condições. Por exemplo, um mapa de processamento típico para um aço a ser forjado a quente ou a morno envolve o levantamento de curvas de escoamento a 700, 800, 900, 1000, 1100 e 1200ºC em velocidades de deformação de 0,1, 1,0 e 10,0 s-1. É importante ressaltar que a velocidade de deformação não é a velocidade do equipamento, sendo definida como:
Onde f.é a velocidade de deformação, V é a velocidade da prensa ou da máquina de ensaios e h é a altura instantânea do corpo de prova ou da peça. A análise dimensional dessa expressão permite compreender a unidade [s-1] da velocidade de deformação.
As curvas de escoamento são obtidas através de ensaios padronizados, principalmente os ensaios de tração, compressão ou torção. Como a curva de escoamento também depende do estado de tensões, pode ser importante escolher qual ensaio utilizar, dependendo do tipo de processo que será estudado com os dados obtidos. Por exemplo, se o processo a ser estudado for uma trefilação, o ensaio mais adequado é o ensaio de tração. Para a obtenção de dados para estudo de processos de forjamento, o ensaio mais adequado é o ensaio de compressão.
No LdTM/UFRGS, o ensaio mais utilizado para o levantamento de curvas de escoamento é o de compressão de corpos de prova cilíndricos.
Todos os ensaios apresentam vantagens e desvantagens. A principal vantagem do ensaio de compressão é a simplicidade geométrica do corpo de prova. A principal desvantagem é que os resultados obtidos são afetados pelo atrito entre o corpo de prova e as ferramentas de compressão. A Fig.1 mostra esquematicamente o sistema de aquisição de curvas de escoamento do LdTM/UFRGS. A Fig.2 mostra a geometria tipicamente utilizada para o corpo e as dimensões do mesmo em função do material e das condições de ensaios.
A Fig.3 mostra um conjunto de curvas de escoamento levantadas (no LdTM/UFRGS) para o aço ABNT 4340 em diferentes condições de temperatura e velocidade de deformação. Este caso mostra a situação mais comum em que os valores de tensão aumentam com a diminuição da temperatura e com o aumento da velocidade de deformação. Entretanto, pode acontecer, dependendo do estado inicial, o material e das condições do ensaio, que durante o mesmo ocorram fenômenos de recuperação e/ou recristalização do material e, nesse caso, o comportamento descrito acima não se verifique em toda a faixa de temperatura e velocidades de deformação utilizadas.
Além disso, a forma clássica das curvas de escoamento (Fig.3) pode se modificar drasticamente. A Fig.4 mostra as curvas obtidas (no LdTM/UFRGS) a temperatura ambiente com velocidade de deformação igual a 1,0 s-1 para uma liga de alumínio ABNT 6061 submetida a diferentes tratamentos térmicos. Finalmente, a Fig.5 mostra curvas para diferentes materiais para diferentes condições de ensaios [1,2].
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[1] Brito, A. M. G.. Forjamento Progressivo: Processo Alternativo para Prensas de Pequena Capacidade. Dissertação de Mestrado, PPGE3M/UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil, 1988;
[2] Boyer, H. E.. Atlas of Stress-Strain Curves. ASM International, Metals Park, Ohio, USA, 1987.
