Na conformação de materiais, a deformação plástica do corpo metálico ocorre sem alterar a massa e a integridade, por meio de forças aplicadas com ferramentas específicas (Confira Os processos de conformação). Os processos são comumente classificados em operações de trabalho a quente, a morno e a frio.
O trabalho a quente é definido como a deformação sob condições de temperatura e taxa de deformação capaz de fazer os processos de recuperação e recristalização ocorrerem simultaneamente com a deformação. O trabalho a frio, diferentemente, é a deformação realizada sob condições em que os processos de recuperação e recristalização não são efetivos. No trabalho a morno ocorre recuperação, mas não se formam novos grãos (não há recristalização).
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A intensa vibração térmica do trabalho a quente - que facilita muito a difusão de átomos e a mobilidade e aniquilamento das discordâncias - causa a formação de novos grãos livres de deformação. Isso porque o encruamento e a estrutura distorcida dos grãos são rapidamente eliminados pela formação desses novos grãos como resultado da recristalização. É possível conseguir grandes níveis de deformação, uma vez que os processos de recuperação e recristalização acompanham a deformação - ocorrida a uma tensão constante. E como a tensão de escoamento plástico decresce com o aumento da temperatura, a energia necessária para deformar é geralmente muito menor para o trabalho a quente do que para os outros trabalhos.
No trabalho a frio, como o encruamento não é aliviado, a tensão aumenta com a deformação. Assim a deformação total- que é possível de se obter sem causar fratura- é menor no trabalho a frio do que no trabalho a quente e a morno. Exceto quando se realizam tratamentos térmicos de recozimento para aliviar os efeitos do encruamento. No trabalho a morno ocorre uma recuperação parcial da ductilidade do material e a tensão de conformação situa-se numa faixa intermediária entre o trabalho a frio e a quente.
Costuma-se definir, para fins práticos, as faixas de temperaturas do trabalho a quente, a morno e a frio baseadas na temperatura homóloga, que permite a normalização do comportamento do metal. Em um metal puro, que não sofre transformação de fase no estado sólido, os pontos de referência em termos de temperatura são: o zero absoluto e o ponto de fusão. Estes pontos, traduzidos em graus Kelvin, estabelecem os extremos da escala homóloga de temperaturas.
Em termos de conformação mecânica, o trabalho a quente (TQ) é aquele executado em temperaturas acima de 0,5Tf, a morno (TM), executado na faixa compreendida entre 0,3 e 0,5 Tf e o trabalho a frio (TF) aquele executado entre 0 e 0,3 Tf.
É importante compreender que a distinção básica entre TQ e TF é, portanto, função da temperatura em que se dá a recristalização efetiva do material. Assim, embora para muitas ligas comerciais a temperatura do TQ seja realmente elevada em relação à ambiente, para metais como Pb e Sn, que se recristalizam rapidamente à temperatura ambiente após grandes deformações, a conformação à temperatura ambiente é TQ. Por outro lado, a conformação a 1100ºC é TF para o tungstênio, cuja temperatura de recristalização é superior a esta, embora seja TQ para o aço.
Geração de calor na conformação mecânica
Nos processos de conformação, tanto a deformação plástica quanto o atrito contribuem para a geração de calor. Da energia empregada na deformação plástica de um metal, apenas 5% a 10% ficam acumulados na rede cristalina, sob a forma de energia interna, sendo os restantes 90% a 95% convertidos em calor.
Em algumas operações de conformação contínua, como extrusão e trefilação, efetuadas em altas velocidades, a temperatura pode aumentar de centenas de graus. Uma parte do calor gerado é dissipada (transmitido às ferramentas ou perdido para a atmosfera), mas o restante permanece na peça, elevando sua temperatura.
Faixas de temperaturas permissíveis no trabalho a quente
O limite inferior de temperatura para o trabalho a quente de um metal é a menor temperatura para a qual a taxa de recristalização é rápida o bastante para eliminar o encruamento quando o metal está submetido àquela temperatura - o que dependerá de fatores como a quantidade de deformação e o tempo em que o material estará submetido a temperatura em questão.
Uma vez que quanto maior o nível de deformação menor é a temperatura de recristalização, o limite inferior de temperatura para o trabalho a quente diminuirá para grandes deformações. Um metal trabalhado com elevada velocidade de deformação e resfriado rapidamente irá requerer uma temperatura de trabalho a quente maior do que se este for deformado e resfriado vagarosamente, para a obtenção de um mesmo nível final de deformação.
O limite superior de trabalho a quente é determinado pela temperatura em que ocorre o início de fusão ou o excesso de oxidação. Geralmente, a temperatura mais elevada de trabalho a quente é limitada bem abaixo do ponto de fusão devido a possibilidade de fragilização à quente (existência de compostos com menor ponto de fusão). Basta uma pequena quantidade de um filme de constituinte com baixo ponto de fusão nos contornos de grão para fazer um material desagregar-se quando deformado.
Para uma dada condição de pressão e temperatura de trabalho haverá uma quantidade máxima de deformação que pode ser fornecida à peça (limitação esta baseada na resistência ao escoamento, e não na ductilidade). Se a temperatura de pré-aquecimento do tarugo inicial aumenta, a resistência diminui e a deformação aumenta para uma dada pressão aplicada; assim, as curvas "isobáricas" aumentam com a temperatura, que será sempre inferior à linha solidus.
A fragilização a quente limita a temperatura de trabalho a valores inferiores á temperatura solidus. E visto que com taxas de deformação altas ficará retido mais calor na peça. A temperatura da peça deverá ser menor para evitar que ela atinja a faixa de fragilidade a quente.
Para mais informações sobre o processo, consulte o material didádico sobre conformação mecânica
