O conhecimento das tensões que ocorrem durante a deformação plástica e das forças resultantes é essencial para o projeto de ferramentas e máquinas de conformação mecânica. Essas tensões são resultantes da resistência do material a deformação, do atrito na interface peça/matriz e da geometria do conjunto e podem ser calculadas usando métodos como a teoria das tiras ou elementos finitos. Qualquer que seja o método, o conhecimento da curva de escoamento é indispensável. A curva de escoamento relaciona a deformação com a tensão necessária para produzi-la. A curva de escoamento pode ser obtida por diferentes tipos de ensaios, sendo os mais comuns o ensaio de tração, o ensaio de compressão e o ensaio de torção[1].
O ensaio de tração é o mais simples para o levantamento de curvas de escoamento para pequenas deformações. Durante o ensaio, um corpo de prova é tracionado uniaxialmente e a deformação de seu comprimento útil é registada juntamente com a força necessária para provocar essa deformação. Uma das grandes vantagens desse ensaio é o fato de ele estar perfeitamente normalizado por várias instituições como ABNT, AISI, ASTM, DIN, etc. Outra grande vantagem é que não existe movimento relativo (e, portanto, atrito) entre o corpo de prova e as ferramentas de ensaio. A desvantagem do ensaio de tração, como método para levantamento de curvas de escoamento destinadas ao uso em processos de conformação mecânica, é que a deformação máxima obtida, para o caso de ligas metálicas, dificilmente ultrapassa 30%. Nos processos de conformação mecânica, por outro lado, a deformação pode atingir valores muito maiores do 100%. A Fig.1 mostra uma típica curva de escoamento obtida através do ensaio de tração para materiais metálicos dúteis. Esse tipo de representação é denominado curva de escoamento nominal ou convencional e é construído a partir dos conceitos de deformação relativa (?) e tensão convencional (s), onde:
Sendo l_i o comprimento instantâneo do corpo de prova durante o ensaio, l_0; seu comprimento inicial de referência; A_0, a área inicial da seção transversal do corpo de prova; e F a força instantânea aplicada.
Uma segunda representação da curva de escoamento pode ser construída a partir dos conceitos de deformação verdadeira (f) – também denominada logarítmica ou efetiva – e de tensão verdadeira (k_f), sendo que:
Onde F é a força instantânea aplicada e A_i, a área instantânea de seção transversal do corpo de prova. A Fig.2 mostra esquematicamente o comportamento das duas curvas quando obtidas através do ensaio de tração.
No ensaio de compressão, um corpo de prova cilíndrico (amostra) é comprimido entre duas placas planas enquanto são registradas a variação da altura instantânea do mesmo e a força instantânea necessária para provocar a deformação. O ensaio de compressão é utilizado quando se deseja testar o material até altos valores de deformação. Não é usual representar a curva de escoamento convencional a partir do ensaio de compressão. Para construção da curva de escoamento verdadeira utiliza-se as mesmas definições de (f) e (k_f) do ensaio de tração. A Fig.3 [2] mostra esquematicamente três etapas do ensaio. Embora o ensaio de compressão a temperatura ambiente também esteja perfeitamente normalizado, quando se deseja obter curvas de escoamento a altas temperaturas muitas variáveis acabam por ser definidas pelo próprio laboratório que está construindo as curvas. A principal vantagem do ensaio de compressão é a simplicidade geométrica do corpo de prova. A desvantagem é que, como existe movimento relativo entre a amostra e as ferramentas de ensaio, surgem na interface amostra/ferramenta tensões de atrito que levam ao embarrilamento da amostra (representada à direita na Fig.3). Devido ao atrito e ao embarrilamento da amostra, o ensaio deixa de ser uniaxial. Além disso, o atrito faz com que a força total medida seja maior do que a força necessária para deformar o corpo de prova em um estado uniaxial de tensões. Assim, para a construção precisa da curva de escoamento a partir do ensaio de compressão, correções devem ser feitas[1].
O ensaio de torção tem a vantagem de permitir que sejam atingidas elevadas deformações sem a interferência do atrito. A sua desvantagem em relação ao ensaio de compressão está na complexidade geométrica do corpo de prova. Outra desvantagem é que o tratamento matemático dos dados experimentais para a obtenção da curva de escoamento (k_f) versus (f) é um tanto mais complexo do que nos casos dos ensaios de tração e compressão. A Fig.4 mostra esquematicamente um corpo de prova de torção e as grandezas experimentais medidas durante o ensaio. Durante o ensaio, a amostra é um momento torçor ou binário (Mt), o qual é registrado juntamente com a deformação angular (?) que provoca. O tratamento matemático desses dados para a obtenção da curva de escoamento é detalhado na bibliográfia do Schaeffer[1] e Rodrigues[3].
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[1] Schaeffer, L.; Brito, A. M. G.; Soares, S. R.. Curvas de escoamento: métodos e aplicações. In: XIII Seminário Nacional de Forjamento, 1993, Porto Alegre. Anais do XIII Seminário Nacional de Forjamento. Porto Alegre, 1993, p. 148-182;
[2] Marques, A. S.. Estudo do forjamento de peças vazadas a partir de geratriz tubular. Dissertação de Mestrado, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais (PPGE3M), Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), 2013;
[3] Rodrigues, J. M. C.; MARTINS, P. A. F.. Tecnologia mecânica: tecnologia da deformação plástica, vol. 1 – fundamentos teóricos. Lisboa: Escolar Editora, 2005.
