Os parafusos são muito importantes em diversas estruturas. Eles mantêm as peças unidas. Nem todos os parafusos são fabricados da mesma maneira. Alguns são cortados de uma barra de metal. Outros são feitos por um processo chamado forjamento. Os parafusos forjados são muito melhores para aplicações críticas. Vamos analisar o que são parafusos forjados, como são fabricados e por que são muito mais resistentes do que outros parafusos.

1. O que são parafusos forjados?

Parafusos forjados são fixadores fabricados moldando metal sólido enquanto ele ainda está quente. Esse processo é chamado de forjamento. A ideia básica é simples:

1. Os trabalhadores aquecem um pedaço de metal, como uma barra de aço, até que ele fique muito quente (em brasa).

2. Em seguida, os trabalhadores golpeiam ou pressionam o metal quente até obter o formato aproximado da cabeça do parafuso. Esta é a etapa de forjamento.

3. Após a forja, a parte bruta é acabada por usinagem.

O processo de forjamento altera a estrutura interna do metal, tornando o parafuso muito mais resistente. Parafusos forjados são especialmente indicados para parafusos de grandes dimensões , que necessitam de grande resistência para suportar cargas elevadas.

2. Por que os parafusos forjados são mais resistentes

Parafusos forjados são sempre mais resistentes do que parafusos fabricados por usinagem ou fundição (despejo de metal líquido em um molde). Essa resistência provém do fluxo de grãos do metal.

Fluxo de grãos: O metal é composto por minúsculas estruturas cristalinas chamadas grãos. Quando o metal é laminado em uma barra, esses grãos se alinham na direção da barra. Isso é chamado de fluxo de grãos.

A forjagem altera o fluxo: quando o metal é prensado e moldado durante a forjagem, o fluxo de grãos é forçado a seguir os contornos da cabeça e do corpo do parafuso. O fluxo torna-se contínuo.

Parafusos usinados: Ao cortar a cabeça de um parafuso a partir de uma barra de metal, o fluxo de grãos é interrompido e quebrado nos cantos. Isso cria pontos fracos.

Parafusos forjados: O fluxo contínuo e ininterrupto dos grãos atua como uma fibra interna natural. Essa fibra é mais resistente nos pontos de tensão, como na junção da cabeça com a haste. Essa fibra contínua oferece muito mais resistência à fadiga e ao impacto.

Em termos simples: a forja alinha a resistência interna do metal com o formato do parafuso. Isso confere ao parafuso melhor resistência à tração, à fadiga e ao impacto.

3. Processo de fabricação de parafusos forjados (passo a passo)

A fabricação de um parafuso forjado é um processo de várias etapas. Começa com a matéria-prima e termina com um fixador acabado e de alta resistência.

Etapa 1: Preparação da Matéria-Prima (Seleção do Material) Os trabalhadores escolhem uma barra ou fio de metal resistente. Este material deve atender a determinados padrões (como ASTM ou DIN). A matéria-prima é cortada em pedaços. Cada pedaço tem o comprimento certo para um parafuso acabado.

Etapa 2: Aquecimento (O Fogo) As peças de metal cortadas são colocadas em um forno. Elas são aquecidas a uma temperatura muito alta. Essa temperatura geralmente fica entre $95°\mathrm{C}$ e $125°C\; .$O metal deve estar quente o suficiente para se tornar maleável (macio e fácil de moldar) , mas não tão quente a ponto de derreter. Essa temperatura é chamada de temperatura de forjamento a quente.

Etapa 3: Forjamento (Moldagem da Cabeça) A peça de metal quente é transferida para uma máquina de forjamento. A máquina utiliza imensa pressão ou força de impacto (como um martelo ou prensa enorme) para moldar o metal. O metal é prensado na matriz para formar a cabeça do parafuso. Isso inclui o formato hexagonal ou quadrado. Esta etapa de forjamento garante o fluxo contínuo de grãos na cabeça do parafuso. Esta etapa também é frequentemente chamada de recalque. Ela cria o tarugo do parafuso.

Etapa 4: Tratamento Térmico (Aumento da Resistência) Após a forja, o tarugo do parafuso é resfriado. Mas ele precisa de mais resistência. O tarugo passa por um processo de tratamento térmico. Este processo inclui têmpera e revenido. Esta etapa torna o aço muito mais duro e resistente. Ela confere ao parafuso suas propriedades mecânicas finais e elevadas.

Etapa 5: Usinagem Secundária. O bloco do parafuso agora possui o formato e a resistência adequados. No entanto, ainda apresenta irregularidades. Os operadores utilizam usinagem de precisão para refinar a superfície, garantindo que as dimensões da cabeça do parafuso sejam exatas. Esta etapa remove o excesso de metal que transbordou durante a forjagem.

Etapa 6: Rosqueamento. A haste (corpo) do parafuso deve ter roscas. As roscas são geralmente feitas por um processo chamado laminação. A laminação é preferível ao corte de roscas. Utiliza matrizes rígidas para laminar as roscas no metal. Esse processo de laminação não interrompe o fluxo de grãos. Em vez disso, força o fluxo de grãos a seguir as roscas, tornando-as mais fortes e resistentes à fadiga.

Etapa 7: Acabamento. Por fim, o parafuso pode receber um revestimento superficial. Esse revestimento protege o parafuso contra ferrugem e corrosão. Os acabamentos comuns incluem zincagem, galvanização a quente ou revestimento de PTFE (Teflon) . Após o revestimento, os parafusos são inspecionados e embalados.

4. Materiais comuns para parafusos forjados

Parafusos forjados podem ser feitos de diversos metais. O material escolhido depende da aplicação do parafuso.

Aço carbono e aço liga: Este é o grupo mais comum. Por exemplo: SAE Grau 5, Grau 8, ASTM A193 B7. São utilizados onde se exige alta resistência, como em oleodutos e na construção civil.

Aço inoxidável: Utilizado onde o parafuso precisa de alta resistência à ferrugem e a produtos químicos. Por exemplo: 304, 316. São comuns na indústria alimentícia e em ambientes marítimos.

Ligas de alto teor de níquel / Superligas: Utilizadas em ambientes extremos (calor muito elevado ou corrosão extrema). Exemplos: Inconel 718, Monel, Hastelloy. Estas ligas são utilizadas em motores a jato e reatores químicos.

A forja funciona bem com todos esses materiais. Ela extrai o máximo potencial de resistência de cada um.

5. Resistência Mecânica de Parafusos Forjados

Os parafusos forjados são classificados com base na sua resistência garantida. Eles possuem valores específicos que indicam a quantidade de tensão que podem suportar.

Resistência à tração: Esta é a força máxima de tração que o parafuso pode suportar antes de se romper. Parafusos forjados, especialmente aqueles feitos de aço-liga tratado termicamente (como o ASTM A193 B7), geralmente apresentam alta resistência à tração (por exemplo, 125,000 psi ou mais).

Limite de Escoamento: Este é o ponto em que o parafuso começa a se esticar ou deformar permanentemente. Um alto limite de escoamento significa que o parafuso pode suportar cargas enormes sem ser danificado.

Resistência à fadiga: Esta é a capacidade do parafuso de suportar ciclos repetidos de carga e descarga (como em uma máquina vibratória). Devido ao fluxo contínuo de grãos, os parafusos forjados são muito mais resistentes à fadiga do que os parafusos usinados.

6. Aplicações de parafusos forjados (com foco na indústria)

Parafusos forjados são escolhidos para aplicações onde a falha é dispendiosa ou perigosa. São os fixadores ideais para trabalhos pesados ​​e de alta tensão.

Indústria de petróleo e gás/petroquímica: Utilizada em tubulações de alta pressão, válvulas e flanges. Essas peças necessitam de parafusos capazes de suportar pressões elevadas e produtos químicos altamente corrosivos.

Aeroespacial e Defesa: Utilizado em estruturas de aeronaves, trens de pouso e suportes de motores. Nesses setores, a relação resistência/peso e a confiabilidade são de extrema importância.

Construção e Equipamentos Pesados: Utilizados em estruturas de aço, pontes e grandes guindastes. Os parafusos devem suportar cargas estáticas elevadas e movimentos constantes.

Geração de energia: Utilizados em turbinas a vapor, reatores e caldeiras de alta temperatura. Os parafusos devem manter a resistência em ambientes extremamente quentes.

7. Parafusos personalizados de grande porte

Quando um parafuso padrão não é suficiente, as empresas precisam de parafusos feitos sob medida . A forja é a principal forma de fabricar esses parafusos especiais.

Necessidade de personalização: Grandes projetos industriais frequentemente têm necessidades específicas. Podem precisar de um parafuso extralongo, com formato de cabeça especial ou feito de uma liga rara.

A forja é flexível: a forja permite que os fabricantes produzam um bloco bruto em praticamente qualquer tamanho ou formato. É mais fácil e barato forjar uma cabeça de parafuso grande e especial do que tentar cortá-la de um bloco de metal maciço.

Resistência garantida: A forja garante que mesmo esses parafusos grandes e personalizados possuam a alta resistência necessária. Quanto maior o parafuso, mais crítico se torna o fluxo contínuo dos grãos para a segurança. A forja garante essa resistência crítica para os maiores fixadores. A forja é o melhor método para combinar grande porte, design personalizado e desempenho mecânico garantido.

Conclusão

Os parafusos forjados são verdadeiramente o padrão ouro em fixação de alta resistência. Eles não são simplesmente cortados; são moldados com calor e força. Esse processo cria um fluxo contínuo e ininterrupto de grãos dentro do metal. Essa estrutura interna é o segredo de sua resistência superior à tração e à fadiga.

De enormes oleodutos a potentes motores a jato, os parafusos forjados oferecem a resistência e a confiabilidade necessárias. Quando a falha de um parafuso pode significar um desastre, o processo de forjamento garante o máximo desempenho. Para aplicações de alta tensão, dimensões personalizadas ou altas temperaturas, o parafuso forjado é o elemento de fixação essencial.