Materiais da peça

Grupos de material da peça

A indústria de usinagem produz uma variedade extremamente ampla de peças usinadas a partir dos mais diversos materiais. Cada material tem suas próprias características únicas que são influenciadas pelos elementos de liga, tratamento térmico, dureza, etc. Estes, por sua vez, influenciam a escolha da geometria da ferramenta de corte, a classe e os dados de corte. Para facilitar a escolha, os materiais da peça foram divididos em seis grupos principais que, de acordo com a norma ISO, e cada grupo tem propriedades exclusivas em relação à usinabilidade:

ISO P – O aço é o maior grupo de materiais, variando de materiais sem ligas a de alta liga, incluindo aços fundidos e aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos. A usinabilidade geralmente é boa, mas varia muito dependendo da dureza do material, do teor de carbono, etc.

ISO M – Os aços inoxidáveis são materiais com liga com um mínimo de 12% de cromo. Outras ligas podem incluir níquel e molibdênio. Diferentes condições, como ferríticos, martensíticos, austeníticos e austeníticos-ferríticos (duplex), criam uma grande variedade de materiais. Um ponto em comum entre todos esses materiais é que as arestas de corte estão expostas a muito calor, desgaste tipo entalhe e arestas postiças.

ISO K – Ao contrário dos aços, os ferros fundidos são um tipo de material de cavacos curtos. Ferros fundidos cinzentos (GCI) e ferros fundidos maleáveis (MCI) são bastante fáceis de usinar, enquanto ferros fundidos nodulares (NCI), ferros fundidos compactos (CGI) e ferros fundidos austemperados (ADI) são mais difíceis. Todos os ferros fundidos contêm SiC, que é muito abrasivo para a aresta de corte.

ISO N – Os metais não ferrosos são metais mais macios, como alumínio, cobre, latão etc. O alumínio com um teor de Si de 13% é muito abrasivo. Geralmente, altas velocidades de corte e vida útil longa podem ser esperadas para pastilhas com arestas vivas.

ISO S – As superligas resistentes ao calor incluem um grande número de ferros alta-liga, níquel, cobalto e materiais à base de titânio. Eles são pegajosos, criam arestas postiças, endurecem durante o trabalho (endurecimento do trabalho) e geram calor. Eles são muito semelhantes aos materiais ISO M, mas são muito mais difíceis de cortar e reduzem a vida útil das arestas da pastilha.

ISO H – Este grupo inclui aços com dureza entre 45-65 HRc, e também ferros fundidos coquilhados em torno de 400-600 HB. A dureza os torna difíceis de usinar. Os materiais geram calor durante o corte e são muito abrasivos para a aresta de corte.

O (Outros): Não-ISO. Termoplásticos, termofixos, GFRP (Glass Fibre Reiforced Polymer/Plastic), CFRP (Carbon Fibre Reinforced Plastic), compósitos de fibra de carbono, plástico reforçado com fibra de aramida, borracha dura, grafite (técnico). Atualmente, várias indústrias estão usando mais compósitos, especialmente na indústria aeroespacial.

Classificação do material da peça usando códigos MC

A simples divisão dos materiais em seis grupos diferentes não fornece informações suficientes para selecionar a geometria, a classe e os dados de corte corretos da ferramenta de corte. Os grupos de materiais precisam, portanto, ser divididos em subgrupos. A Sandvik Coromant usou o sistema de código CMC (Classificação Coromant de Materiais) para identificar e descrever materiais de uma variedade de fornecedores, normas e mercados. Com o sistema CMC, os materiais são classificados de acordo com a usinabilidade e a Sandvik Coromant também fornece recomendações adequadas de ferramentas e dados de usinagem.

Para dar recomendações ainda mais específicas para ajudar a melhorar a produtividade, a Sandvik Coromant criou uma nova classificação de materiais. Ele tem uma estrutura mais detalhada, inclui mais subgrupos e tem informações separadas sobre tipo, teor de carbono, processo de fabricação, tratamento térmico, dureza, etc.

Estrutura do código MC

A estrutura é configurada de forma que o código MC possa representar uma variedade de propriedades e características de material da peça usando uma combinação de letras e números.

Exemplo 1

O código P1.2.Z.AN
P é o código ISO para aços
1 é o grupo de materiais aços sem liga
2 é o subgrupo de materiais para teor de carbono >0,25% ≤ 0,55% C
Z é o processo de fabricação: forjado/laminado/estirado a frio
AN é o tratamento térmico, recozido, fornecido com os valores de dureza

Exemplo 2

N1.3.C.AG
N é o código ISO para metais não ferrosos
1 é o grupo de materiais alumínio
3 é o subgrupo alumínio com teor de Si de 1-13%
C é o processo de fabricação: fundição
AG é para o tratamento térmico: envelhecimento

Ao descrever não apenas a composição do material, mas também o processo de fabricação e o tratamento térmico, que sem dúvida influencia nas propriedades mecânicas, uma descrição mais exata está disponível. Isso pode ser usado para gerar recomendações aprimoradas de dados de corte.

Definição de usinabilidade

Geralmente, existem três fatores principais que devem ser identificados para determinar a usinabilidade de um material, ou seja, sua capacidade de ser usinado.

1. Classificação do material da peça do ponto de vista metalúrgico/mecânico.
2. A geometria da aresta de corte a ser usada, no nível micro e macro.
3. O material da ferramenta de corte (classe) com seus constituintes apropriados, por exemplo, metal duro com cobertura, cerâmica, CBN ou PCD, etc.

As seleções acima terão grande influência na usinabilidade do material em questão. Outros fatores envolvidos incluem: dados de corte, forças de corte, tratamento térmico do material, casca da superfície, inclusões metalúrgicas, fixação da ferramenta e condições gerais de usinagem, etc.

Usinabilidade não tem uma definição direta, ao contrário de graus ou números. Em um sentido amplo, inclui a capacidade do material da peça a ser usinado, o desgaste que cria na aresta de corte e a formação de cavacos que pode ser obtida. Nesses aspectos, um aço carbono baixa-liga é mais fácil de cortar em comparação com os aços inoxidáveis austeníticos mais exigentes. O aço baixa-liga é considerado como tendo uma melhor usinabilidade em comparação com o aço inoxidável. O conceito de "boa usinabilidade", geralmente, significa uma ação de corte sem interrupções e uma vida útil da ferramenta razoável. A maioria das avaliações de usinabilidade para um determinado material é feita usando testes práticos e os resultados são comparados com os resultados de outro tipo de material sob aproximadamente as mesmas condições. Nesses testes, outros fatores como microestrutura, tendência à abrasão, máquina-ferramenta, estabilidade, ruído, vida útil da ferramenta etc. são levados em consideração.

Aço ISO P

• Códigos MC para aços
• Aços sem liga – P 1.1-1.5
• Aço baixa-liga – P 2.1-2.6
• Aços alta-liga – P 3.0-3.2

O que é aço ISO P?

• O aço é o maior grupo de materiais de peças na área de usinagem
• Os aços podem ser não-endurecidos, ou endurecidos e temperados com uma dureza comum de até 400 HB. Aços com dureza acima de aproximadamente 48 HRC e até 62-65 HRC pertencem à ISO H
• Aço é uma liga com ferro como componente principal (à base de Fe)
• Os aços sem liga possuem teor de carbono inferior a 0,8% e são compostos exclusivamente por ferro (Fe), sem outros elementos de liga
• Os aços com liga têm um teor de carbono inferior a 1,7 % e contêm elementos de liga tais como Ni, Cr, Mo, V e W
• Os aços baixa-liga contêm elementos de liga inferiores a 5%
• Os aços alta-liga contêm mais de 5% de elementos de liga

Usinabilidade em geral

• A usinabilidade do aço difere de acordo com os elementos de liga, tratamento térmico e processo de fabricação (forjado, laminado, fundido, etc.)
• Em geral, o controle de cavacos é relativamente fácil e suave
• Os aços com baixo teor de carbono produzem cavacos mais longos, pastosos e que requerem arestas de corte vivas
• Força de corte específica k_c1: 1400-3100 N/mm
• As forças de corte e, portanto, a potência necessária para usiná-las, permanecem dentro de uma faixa limitada

Elementos de liga

C influencia a dureza (maior teor aumenta o desgaste por abrasão). O baixo teor de carbono, <0,2%, aumenta o desgaste por aderência, o que resultará em arestas postiças e quebra de cavacos insatisfatória.

Cr, Mo, W, V, Ti, Nb (formadores de metal duro) – aumentam o desgaste por abrasão.

O tem grande influência na usinabilidade; Forma inclusões não metálicas, óxidas e abrasivas.

Al, Ti, V, Nb são usados como tratamento de grãos finos de aço. Elas tornam o aço mais tenaz e difícil de usinar.

P, C, N em ferrita, diminui a ductilidade, o que aumenta o desgaste por aderência.

Efeito positivo

O Pb em aços de usinagem livre (com baixo ponto de fusão) reduz o atrito entre cavaco e pastilha, diminui o desgaste e melhora a quebra de cavacos.

Ca, Mn (+S) formam sulfitos de lubrificação suaves. O alto teor de S melhora a usinabilidade e a quebra de cavacos.

O enxofre (S) tem um efeito benéfico na usinabilidade. Pequenas diferenças, como aquelas entre 0,001% e 0,003%, podem ter efeitos substanciais sobre a usinabilidade. Este efeito é usado em aços de usinagem livre. Um teor de enxofre de cerca de 0,25% é típico. O enxofre forma inclusões moles de sulfeto de manganês (MnS) que formarão uma camada lubrificante entre o cavaco e a aresta de corte. O MnS também melhorará a quebra de cavacos. O chumbo (Pb) tem um efeito semelhante e é frequentemente usado em combinação com S em aços de usinagem livre em níveis de cerca de 0,25%.

Positivo e negativo

Si, Al, Ca formam inclusões de óxido que aumentam o desgaste. Inclusões em aços têm uma influência importante na usinabilidade, embora representem percentuais muito pequenos da composição total. Essa influência pode ser tanto negativa quanto positiva. Por exemplo, o alumínio (Al) é usado para desoxidar o ferro fundido. No entanto, o alumínio forma alumina abrasiva dura (Al2O3), que tem um efeito prejudicial na usinabilidade (compare a cobertura de alumina em uma pastilha). Este efeito negativo pode, no entanto, ser compensado pela adição de cálcio (Ca), que formará uma casca macia em torno de partículas abrasivas.

• O aço fundido tem uma estrutura superficial áspera, que pode incluir areia e escória, e exige muito da tenacidade da aresta de corte
• O aço laminado apresenta um tamanho de grão bastante grande, o que torna a estrutura desigual, causando variações nas forças de corte
• O aço forjado tem um grão menor e sua estrutura é mais uniforme, o que gera menos problemas quando cortado

Códigos MC para aços

Do ponto de vista da usinabilidade, os aços são classificados em aços sem liga, baixa-liga, alta-liga e sinterizados.

Aços sem liga – P 1.1-1.5

Definição

Em aços sem liga, o teor de carbono é geralmente de apenas 0,8%, enquanto aços com liga têm elementos de liga adicionais. A dureza varia de 90 a 350HB. Um maior teor de carbono (>0,2%) permite o endurecimento do material.

Componentes comuns

Os usos predominantes incluem: aço construtivo, aço estrutural, produtos estampados e trefilados profundos, aço para vasos de pressão e uma variedade de aços fundidos. Os usos gerais incluem: eixos, eixos, tubos, forjados e construções soldadas (C<0,25%).

Usinabilidade

Dificuldades na quebra de cavacos e tendência à abrasão (arestas postiças) requerem atenção especial em aços baixo-carbono (< 0,25%). Altas velocidades de corte e arestas vivas e/ou geometrias, com uma face de saída positiva e classes com cobertura fina, diminuirão as tendências à abrasão. No torneamento, recomenda-se que a profundidade de corte permaneça próxima ou maior que o raio de ponta para melhorar a quebra de cavacos. Em geral, a usinabilidade é muito boa para aços endurecidos. Entretanto, elas tendem a gerar um desgaste de flanco relativamente grande nas arestas de corte.

Aço baixa-liga – P 2.1-2.6

Definição

Os aços baixa-liga são os materiais mais comuns atualmente disponíveis em usinagem. O grupo inclui materiais macios e endurecidos (até 50 HRc).

Componentes comuns

Os aços para vasos de pressão com liga Mo e Cr são usados para temperaturas mais elevadas. Os usos gerais incluem: eixos, eixos, aços estruturais, tubos e forjados. Exemplos de componentes para a indústria automotiva são: hastes convencionais, eixos de comando de válvulas, juntas cv, cubos de roda, pinhões de direção.

Usinabilidade

A usinabilidade de aços baixa-liga depende do teor da liga e do tratamento térmico (dureza). Para todos os materiais do grupo, os mecanismos de desgaste mais comuns são a craterização e o desgaste de flanco.

Materiais endurecidos produzem maior calor na zona de corte e podem resultar em deformação plástica da aresta de corte.

Aços alta-liga – P 3.0-3.2

Definição

Os aços de alta liga incluem aços carbono com um teor total da liga superior a 5%. Este grupo inclui materiais macios e endurecidos (até 50 HRc).

Componentes comuns

Os usos típicos desses aços incluem: peças de máquinas-ferramenta, matrizes, peças hidráulicas, cilindros e ferramentas de corte (HSS).

Usinabilidade

Em geral, a usinabilidade diminui com maiores teores de liga e dureza. Por exemplo, com 12-15% de elementos de liga e dureza de até 450 HB, a aresta de corte precisa de boa resistência ao calor para resistir à deformação plástica.

ISO M aços inoxidáveis

• Códigos MC para aços inoxidáveis
• Aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos – P5.0-5.1
• Aços inoxidáveis austeníticos e superausteníticos – M1.0-2.0
• Aços inoxidáveis duplex – M 3.41-3.42

O que é aço inoxidável ISO M?

• Uma liga com o elemento ferro (Fe) como constituinte principal
• Tem um teor de cromo superior a 12%
• Tem um teor de carbono geralmente baixo (C ≤ 0,05 %)
• Diversas adições de Níquel (Ni), Cromo (Cr), Molibdênio (Mo), Nióbio (Nb) e Titânio (Ti) fornecem diferentes características, como resistência à corrosão e resistência a altas temperaturas
• O cromo se combina com o oxigênio (O) para criar uma camada passivante de Cr2O3 na superfície do aço, o que confere uma propriedade não corrosiva ao material

Usinabilidade em geral

A usinabilidade dos aços inoxidáveis difere dependendo dos elementos de liga, tratamento térmico e processos de fabricação (forjados, fundidos, etc.) Em geral, a usinabilidade diminui com um maior teor de liga, mas materiais com usinagem livre ou usinabilidade melhorada estão disponíveis em todos os grupos de aços inoxidáveis.

• Material com cavacos longos
• O controle de cavacos é razoável em materiais ferríticos/martensíticos, tornando-se mais complexo nos tipos austenítico e duplex
• Força de corte específica: 1800-2850 N/mm
• A usinagem cria altas forças de corte, arestas postiças, calor e superfícies endurecidas
• A estrutura austenítica com maior teor de nitrogênio (N) aumenta a resistência e fornece alguma resistência contra a corrosão, mas reduz a usinabilidade, enquanto o endurecimento por deformação aumenta
• Adições de enxofre (S) são usadas para melhorar a usinabilidade
• O alto teor de C (>0,2%) proporciona desgaste de flanco relativamente grande
• Mo e N diminuem a usinabilidade. No entanto, eles fornecem resistência a ataques ácidos e contribuem para a resistência a altas temperaturas
• SANMAC (nome comercial Sandvik) é um material em que a usinabilidade é melhorada pela otimização da participação de volume de sulfitos e óxidos sem sacrificar a resistência à corrosão

Códigos MC para aços inoxidáveis

Identificação do grupo de material da peça

A microestrutura que um aço inoxidável atinge depende principalmente de sua composição química, na qual os principais componentes da liga Cromo (Cr) e Níquel (Ni) são mais importantes (ver diagrama). Na realidade, a variação pode ser grande devido à influência de outros componentes da liga que se esforçam para estabilizar a austenita ou a ferrita. A estrutura também pode ser modificada por tratamento térmico ou, em alguns casos, por trabalho a frio. Aços inoxidáveis ferríticos ou austeníticos endurecidos por precipitação têm uma resistência à tração aumentada.

Aços austeníticos

Aços austeníticos-ferríticos (duplex)

Aços com cromo ferrítico

Aços de cromo martensíticos

Aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos – P5.0-5.1

Definição

Do ponto de vista da usinabilidade, aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos são classificados como ISO P. O teor normal de Cr é de 12-18%. Apenas pequenas adições de outros elementos de liga estão presentes.

Os aços inoxidáveis martensíticos têm teor de carbono relativamente alto, o que os torna endurecíveis. Os aços ferríticos possuem propriedades magnéticas. A soldabilidade é baixa para ferríticos e martensíticos e de média a baixa resistência à corrosão, que aumenta com um maior teor de Cr.

Componentes comuns

Frequentemente usado em aplicações que exigem resistência à corrosão limitada. O material ferrítico tem custo relativamente baixo devido ao limitado teor de Ni. Exemplos de aplicação são: eixos para bombas, turbinas a vapor e de água, porcas, parafusos, aquecedores de água quente, indústrias de processamento de celulose e alimentos, devido às menores exigências de resistência à corrosão.

Os aços martensíticos podem ser endurecidos e são usados para arestas em aços de cutelaria, lâminas de barbear, instrumentos cirúrgicos, etc.

Usinabilidade

Em geral, a usinabilidade é boa e muito semelhante aos aços baixa-liga. Portanto, é classificado como um material ISO P. O alto teor de carbono (>0,2%) permite o endurecimento do material. A usinagem criará desgaste do flanco e da craterização com algumas arestas postiças. As classes e geometrias ISO P funcionam bem.

Aços inoxidáveis austeníticos e superausteníticos – M1.0-2.0

Definição

Os aços austeníticos são o principal grupo de aços inoxidáveis; a composição mais comum é 18% Cr e 8% Ni (por exemplo, aços 18/8, tipo 304). Um aço com melhor resistência à corrosão é criado pela adição de 2-3% de molibdênio, que é muitas vezes chamado de "aço à prova de ácido" (tipo 316). O grupo MC também inclui aços inoxidáveis superausteníticos com teor de Ni superior a 20%. Os aços endurecidos por precipitação austenítica (PH) têm uma estrutura austenítica na condição tratada termicamente e um teor de Cr de >16% e um teor de Ni de >7%, com aproximadamente 1% de alumínio (Al). Um aço típico endurecido por precipitação é o aço 17/7 PH.

Componentes comuns

Usado em peças onde é necessária boa resistência contra corrosão. Muito boa soldabilidade e boas propriedades em altas temperaturas. As aplicações incluem: indústrias químicas, de celulose e processamento de alimentos, e coletores de exaustão para aviões. Boas propriedades mecânicas são melhoradas pelo trabalho a frio.

Usinabilidade

O endurecimento por trabalho produz superfícies duras e cavacos duros que, por sua vez, levam ao desgaste do entalhe. Também cria adesão e produz aresta postiça (BUE). Tem uma usinabilidade relativa de 60%. A condição de endurecimento pode rasgar o revestimento e o material do substrato da borda, resultando em lascamento e acabamento superficial insatisfatório. A austenita produz cavacos tenazes, longos e contínuos, difíceis de quebrar. A adição de S melhora a usinabilidade, mas resulta em menor resistência à corrosão. Use arestas vivas com uma geometria positiva. Corte sob a camada endurecida de trabalho. Mantenha a profundidade de corte constante. Gera muito calor quando usinado.

Aços inoxidáveis duplex – M 3.41-3.42

Definição

Ao adicionar Ni a um aço inoxidável ferrítico à base de Cr, uma estrutura/matriz de base mista será formada, contendo ferrita e austenita. Isso é chamado de aço inoxidável duplex. Os materiais duplex têm uma alta resistência à tração e mantêm uma resistência muito alta à corrosão. Designações como superduplex e hyperduplex indicam maior teor de elementos de liga e ainda melhor resistência à corrosão. Um teor de Cr entre 18 e 28% e um teor de Ni entre 4 e 7% são comuns em aços duplex e produzirão uma participação ferrítica de 25-80%. As fases ferrita e austenita estão geralmente presentes à temperatura ambiente a 50-50%, respectivamente.

Componentes comuns

Utilizado em máquinas para as indústrias química, alimentícia, de construção, médica, celulose e papeleira e em processos que incluem ácidos ou cloro. Frequentemente usado para equipamentos relacionados à indústria off-shore de petróleo e gás.

Usinabilidade

A usinabilidade relativa geralmente é ruim, 30%, devido ao alto limite de escoamento e alta resistência à tração. Maior teor de ferrita, acima de 60%, melhora a usinabilidade. A usinagem produz cavacos fortes, que podem causar o martelamento dos cavacos e criar altas forças de corte. Gera muito calor durante o corte, o que pode causar deformação plástica e craterização severa.

Os ângulos de posição pequenos são preferíveis para evitar o desgaste do entalhe e a formação de rebarbas. Estabilidade na fixação da ferramenta e fixação da peça é essencial.

ISO K ferros fundidos

• Códigos MC para ferros fundidos
• Ferro fundido maleável (MCI) K 1.1-1.2 e ferro fundido cinzento (GCI) K 2.1-2.3
• Ferro fundido nodular (NCI) K 3.1-3.5
• Ferro Grafite Compactado (CGI) K 4.1-4.2
• Ferro Dúctil Austemperado (DDA) K 5.1- 5.3

O que é ferro fundido ISO K?

Existem 5 tipos principais de ferros fundidos:

• Ferro fundido cinzento (GCI)
• Ferro fundido maleável (MCI)
• Ferro fundido nodular (NCI)
• Ferro Grafite Compactado (CGI)
• Ferro Dúctil Austemperado (DDA)

O ferro fundido é uma composição de Fe-C, com uma porcentagem relativamente alta de Si (1-3%). O teor de carbono é acima de 2%, que é a solubilidade máxima de C na fase austenítica. Cr (cromo), Mo (molibdênio) e V (vanádio) formam carbonetos, que aumentam a resistência e a dureza, mas reduzem a usinabilidade.

Usinabilidade em geral

• Material de cavacos curtos com bom controle de cavacos na maioria das condições. Força de corte específica: 790 – 1350 N/mm
• Usinagem em velocidades mais altas, especialmente em ferros fundidos com inclusões de areia, cria desgaste por abrasão
• NCI, CGI e ADI requerem atenção extra devido às diferentes propriedades mecânicas e à presença de grafite na matriz, comparados ao GCI normal
• Os ferros fundidos são freqüentemente usinados com pastilhas do tipo negativas, pois elas proporcionam arestas robustas e aplicações seguras
• Os substratos de metal duro devem ser duros e as coberturas devem ser do tipo óxido de alumínio espesso para boa resistência ao desgaste por abrasão
• Os ferros fundidos são tradicionalmente usinados sem refrigeração, mas também podem ser usados em condições com refrigeração, principalmente para reduzir ao mínimo a contaminação do pó de carbono e ferro por carbono. Há também classes disponíveis que se adequam a aplicações com refrigeração

Influência da dureza

• A influência da dureza relacionada à usinabilidade para ferros fundidos segue as mesmas regras de qualquer outro material
• Por exemplo, ADI (ferros dúcteis austemperados) e CGI (ferros fundidos compactados), bem como NCI (ferros fundidos nodulares) têm durezas de até 300-400 HB
• HB. CCL e GCI média 200-250 HB
• O ferro fundido branco pode atingir uma dureza acima de 500 HB em taxas de resfriamento rápido onde o carbono reage com o ferro para formar um carboneto Fe3C (cimentita), em vez de estar presente como carbono livre. Os ferros fundidos brancos são muito abrasivos e difíceis de usinar

Códigos MC para ferros fundidos

Do ponto de vista da usinabilidade, os ferros fundidos são classificados em maleáveis, cinzentos, nodulares, ferros grafite compactados (CGI) e ferros dúcteis austemperados (IDA). Algumas das durezas mais elevadas podem ser encontradas nos ferros fundidos nodulares e nas IDA.

O tratamento térmico austemperante converte o ferro dúctil (NCI) em ferro dúctil austemperado (IDA).

Ferro fundido maleável (MCI) K 1.1-1.2 e ferro fundido cinzento (GCI) K 2.1-2.3

Definição

O ferro fundido maleável é produzido a partir de uma matriz próxima à de ferro branco, que é então tratada termicamente em duas etapas, produzindo uma estrutura de ferrita + perlita + carbono temperado, levando a grãos de grafite irregulares em comparação com a estrutura lamelar mais indutora de fratura no ferro fundido cinzento. Isso significa que o material maleável é menos sensível à trincas e seus valores de resistência à ruptura e alongamento são maiores.

O ferro fundido cinzento possui o grafite em forma típica de flocos, e as principais características são: baixa resistência ao impacto (comportamento quebradiço); boa condutividade térmica, menos calor quando o motor opera e pouco calor no processo de corte; Boas propriedades antivibratórias, absorve as vibrações no motor.

Componentes comuns

Os componentes fabricados pela MCI incluem: rolamentos de eixos, rodas de esteiras, acessórios para tubos e engrenagens de alta resistência. Os componentes fabricados de forma GCI incluem: frigideiras, blocos de motor, cilindros para compressores, engrenagens e caixas de engrenagens.

Usinabilidade

O ferro fundido maleável tem uma resistência à tração maior que o GCI, e se assemelha ao NCI em sua usinabilidade, mas ambos geralmente têm excelentes propriedades de usinagem. Em geral, ferros fundidos com estrutura perlítica aumentam o desgaste por abrasão, enquanto estruturas ferríticas aumentam o desgaste por aderência.

Os ferros fundidos cinzentos têm baixa resistência ao impacto, geram baixas forças de corte e a usinabilidade é muito boa. O desgaste é criado no processo de corte somente por abrasão; Não há desgaste químico. O ferro fundido cinzento é frequentemente ligado com Cr para melhorar as propriedades mecânicas. Quanto maior a resistência, menor a usinabilidade.

Ferro fundido nodular (NCI) K 3.1-3.5

Definição

O ferro fundido nodular possui grafite esférico, e as principais características são boa rigidez (módulo de Young); boa resistência ao impacto = material duro, não quebradiço; boa resistência à tração; más propriedades de amortecimento, não absorve as vibrações no motor; condutividade térmica ruim, maior calor no processo de corte. Em comparação ao GCI, o grafite no NCI aparece na forma de nódulos, o que contribui para maiores propriedades de tração e tenacidade.

Componentes comuns

Hubs, tubulações, roletes, coletores de exaustão, virabrequins, carcaças de diferenciais, capas de rolamentos, coletores de exaustão, bedplates, carcaças de turbocompressores, placas de embreagem e volantes.

As carcaças do turbocompressor e os coletores de escape são geralmente feitos de ferro fundido com liga SiMo, que é mais resistente ao calor.

Usinabilidade

O ferro fundido nodular tem uma forte tendência a formar uma aresta postiça. Essa tendência é mais forte para materiais NCI mais macios e com maior teor de ferríticos. Na usinagem de peças com alto teor de ferríticos e com cortes interrompidos, o desgaste por adesão é frequentemente o mecanismo de desgaste dominante. Isso pode causar problemas de descamação da cobertura.

O problema de adesão é menos pronunciado com materiais NCI mais duros e com maior teor perlítico. Aqui, o desgaste por abrasão e/ou deformação plástica são mais prováveis de ocorrer.

Ferro Grafite Compactado (CGI) K 4.1-4.2

Definição

CGI é um material que pode atender às crescentes demandas de resistência e redução de peso e ainda manter uma usinabilidade razoável. As características térmicas e de amortecimento do CGI estão entre NCI e GCI. A resistência à fadiga do metal é duas vezes maior que a do ferro cinza. As partículas de grafite em CGI são alongadas e orientadas aleatoriamente, como no ferro fundido cinzento, mas são mais curtas, espessas e têm bordas arredondadas. A morfologia coral em CGI, juntamente com as bordas arredondadas e superfícies irregulares e irregulares das partículas de grafite, proporciona forte adesão entre o grafite e a matriz de ferro. É por isso que as propriedades mecânicas são tão melhoradas em CGI, em relação aos ferros fundidos cinzentos. CGI com teor perlítico abaixo de 90% é o mais comum.

Componentes comuns

CGI é adequada para a fabricação de motores, onde são necessários materiais mais leves e resistentes que possam absorver mais potência. Somente o peso do bloco do motor pode ser reduzido em aproximadamente 20% em comparação com um feito de GCI. Outros exemplos são cabeçotes e freios a disco.

Usinabilidade

Do ponto de vista da usinabilidade, o ferro grafite compactado está entre o ferro fundido cinzento e o nodular. Com duas a três vezes a resistência à tração dos ferros fundidos cinzentos e condutividade térmica mais baixa, a usinagem de CGI gera forças de corte mais altas e mais calor na zona de corte. Um maior teor de titânio no material CGI influencia negativamente a vida útil da ferramenta.

As operações de usinagem mais comuns são faceamento e mandrilamento de cilindros. Em vez do mandrilamento de cilindros, uma mudança de método para fresamento circular pode melhorar a vida útil da ferramenta e a produtividade.

Ferro Dúctil Austemperado (DDA) K 5.1- 5.3

Definição

O ferro dúctil austemperado forma uma família de ferros fundidos tratados termicamente. O tratamento térmico austemperante converte ferro dúctil em ferro dúctil austemperado (DDA), cujas características incluem excelente resistência, tenacidade e características de fadiga. A ADI é mais robusta por unidade de peso que o alumínio e tão resistente ao desgaste quanto o aço. Os valores de resistência à tração e ao escoamento são duas vezes maiores que os do ferro dúctil standard. A resistência à fadiga é 50% maior, e pode ser aumentada por shot peening ou rolagem de filetes.

Componentes comuns

As fundições ADI estão substituindo cada vez mais forjas e fundições de aço, fabricações soldadas, aço carburado e alumínio devido ao seu desempenho superior. Seus usos dominantes são na indústria automotiva, onde é usado para peças de suspensão e transmissão, etc. Também é usado nos setores de energia/energia e mineração e construção.

Usinabilidade

Pode-se esperar uma redução de 40 a 50% na vida útil da ferramenta em comparação com o NCI. A resistência à tração e a ductilidade da DDA são próximas ao aço, mas o processo de formação de cavacos classifica a DDA como um ferro dúctil (formação segmentada de cavacos). A microdureza da ADI é maior, quando comparada a aços de dureza comparável. Classes de ADI mais altas contêm partículas duras na microestrutura. Altas cargas térmicas e mecânicas, devido à alta resistência e ductilidade, concentrarão o desgaste próximo à aresta de corte, devido ao processo de formação segmentada de cavacos, e o desgaste no ângulo de saída. O endurecimento durante a formação dos cavacos resulta em altas forças de corte dinâmicas. A temperatura da aresta de corte é um forte fator determinante para o desgaste.

ISO N materiais não ferrosos

O que são materiais ISO N não ferrosos?

• Este grupo contém metais não ferrosos, macios, com dureza inferior a 130 HB, exceto bronzes de alta resistência (>225HB)
• Ligas de alumínio (Al) com menos de 12-13% de silício (Si) representam a maior parte
• MMC: Compósito de matriz metálica: Al + SiC (20-30%)
• Ligas à base de magnésio
• Cobre: cobre eletrolítico com 99,95%
• Bronze: cobre com estanho (Sn) (10-14%) e/ou alumínio (3-10%)
• Latão: cobre (60-85%) com zinco (Zn) (40-15%)

Usinabilidade do alumínio

• Material com cavacos longos
• Controle de cavacos relativamente fácil, se for material com liga
• O Al puro é pegajoso e requer arestas de corte vivas e alto v_c
• Força de corte específica: 350–700 N/mm
• As forças de corte e, portanto, a potência necessária para usiná-las, são baixas
• O material pode ser usinado com classes de metal duro sem cobertura de finos grãos quando o teor de Si estiver abaixo de 7-8%, e com classes com ponta de PCD para alumínio com maior teor de Si
• Sobre o Al eutético com maior teor de Si > 12% é muito abrasivo

Componentes comuns

Bloco de motor, cabeçote, carcaças de transmissão, carcaças, peças de estrutura aeroespacial.

Códigos MC para materiais N

ISO S HRSA e titânio

• Códigos MC para materiais S
• Materiais HRSA – S 1.0-3.0
• Titânio – S 4.1-4.4

O que é ISO S HRSA e titânio?

• O grupo ISO S pode ser dividido em superligas resistentes ao calor (HRSA) e titânio
• Os materiais HRSA podem ser divididos em três grupos: Ligas à base de níquel, à base de ferro e à base de cobalto
• Condição: recozido, tratado termicamente por solução, envelhecido, laminado, forjado, fundido
• Propriedades: aumento do teor da liga (Co mais do que Ni), resulta em melhor resistência ao calor, aumento da resistência à tensão e maior resistência corrosiva

Usinabilidade em geral

= Aços inoxidáveis

= Tratamento térmico (envelhecido)

= Tratamento da solução (recozido)

• As propriedades físicas e o comportamento de usinagem de cada um variam consideravelmente, devido à natureza química da liga e ao processamento metalúrgico preciso que ela recebe durante a fabricação
• O recozimento e o envelhecimento são particularmente influentes nas propriedades de usinagem subsequentes
• Controle de cavacos difícil (cavacos segmentados)
• Força de corte específica: 2400–3100 N/mm para HRSA e 1300–1400 N/mm para titânio
• As forças de corte e potência necessária são muito altas

Envelhecimento

A fim de alcançar maior resistência, ligas resistentes ao calor podem ser "endurecidas por precipitação".

Ao tratar o material em temperaturas elevadas, ou seja, no tratamento do envelhecimento, pequenas partículas intermetálicas são precipitadas na liga. Essas partículas dificultarão o movimento na estrutura cristalina e, como resultado, o material será mais difícil de deformar.

Códigos MC para materiais S

Do ponto de vista da usinabilidade, os aços HRSA são classificados em materiais à base de ferro, níquel e cobalto. O titânio é dividido em ligas alfa comercialmente puras e ligas alfa próximas, ligas alfa/beta e ligas beta.

Materiais HRSA – S 1.0-3.0

Definição

Materiais altamente resistentes à corrosão que mantêm sua dureza e resistência em temperaturas mais altas. O material é usado a até 1000°C e é endurecido através de um processo de envelhecimento.

• A versão à base de níquel é a mais utilizada - mais de 50% do peso de um motor de avião. Os materiais endurecidos por precipitação incluem: Inconel 718, 706 Waspalloy, Udimet 720. Solução reforçada (não endurecível) incluem: Inconel 625
• O material à base de ferro evolui a partir de aços inoxidáveis austeníticos e tem as piores propriedades de resistência a quente: Inconel 909 Greek Ascolloy e A286
• Os materiais à base de cobalto têm o melhor desempenho a temperatura quente e resistência à corrosão, e são predominantemente usados na indústria médica: Haynes 25 (Co49Cr20W15Ni10), Stellite 21, 31
• Principais elementos de liga em materiais HRSA
  Ni: Estabiliza a estrutura metálica e as propriedades do material em altas temperaturas
  Co, Mo, W: aumenta a resistência em temperaturas elevadas
  Cr, Al, Si: melhorar a resistência à oxidação e corrosão a altas temperaturas
  C: aumenta a resistência à fluência

Componentes comuns

Motores aeroespaciais e turbinas a gás de potência nas seções de combustão e turbinas, aplicações marítimas de petróleo e gás, implantes de juntas médicas, aplicações de alta resistência à corrosão.

Usinabilidade

A usinabilidade de materiais HRSA aumenta de dificuldade de acordo com a seguinte sequência: materiais à base de ferro, materiais à base de níquel e materiais à base de cobalto. Todos os materiais têm alta resistência em altas temperaturas e produzem cavacos segmentados durante o corte, o que cria forças de corte altas e dinâmicas.

A condutividade térmica ruim e a dureza alta geram altas temperaturas durante a usinagem. As propriedades de alta resistência, endurecimento por trabalho e endurecimento por adesão criam desgaste tipo entalhe na profundidade máxima de corte e um ambiente extremamente abrasivo para a aresta de corte.

As classes de metal duro devem ter boa tenacidade da aresta e boa adesão da cobertura ao substrato para proporcionar boa resistência à deformação plástica. Em geral, use pastilhas com um ângulo de posição grande (pastilhas redondas) e selecione uma geometria positiva. Em torneamento e fresamento, classes de cerâmica podem ser usadas, dependendo da aplicação.

Titânio – S 4.1-4.4

Definição

As ligas de titânio podem ser divididas em quatro classes, dependendo das estruturas e elementos de liga presentes.

• Titânio comercialmente puro sem tratamento
• Ligas alfa – com adições de Al, O e/ou N
• Ligas beta – adições de Mb, Fe, V, Cr e/ou Mn
• Ligas mistas a+ß, nas quais está presente uma mistura de ambas as classes

As ligas mistas α+β, com tipo Ti-6Al-4V, respondem pela maioria das ligas de titânio atualmente em uso, principalmente no setor aeroespacial, mas também em aplicações de uso geral. O titânio tem uma alta relação resistência/peso, com excelente resistência à corrosão a 60% da densidade do aço. Isso possibilita o desenho de paredes mais finas.

Componentes comuns

O titânio pode ser usado em ambientes muito agressivos, o que poderia causar ataques consideráveis de corrosão na maioria dos outros materiais de construção. Isso se deve ao óxido de titânio, TiO2, que é muito resistente e cobre a superfície em uma camada de aproximadamente 0,01 mm de espessura. Se a camada de óxido for danificada e houver oxigênio disponível, o titânio reconstrói o óxido imediatamente. Adequado para trocadores de calor, equipamentos de dessalga, peças de motores a jato, trens de pouso e peças estruturais no campo aeroespacial.

Usinabilidade

A usinabilidade de ligas de titânio é ruim se comparada tanto a aços gerais quanto a aços inoxidáveis, o que exige especialmente das ferramentas de corte. O titânio tem condutividade térmica pobre; A resistência é mantida em altas temperaturas, o que gera altas forças de corte e calor na aresta de corte. Cavacos finos e altamente cisalhados, com tendência a galhamento, criam uma área de contato estreita na face de saída, gerando forças de corte concentradas próximas à aresta de corte. Uma velocidade de corte muito alta produz uma reação química entre o cavaco e o material da ferramenta de corte, o que pode resultar em lascamentos/quebras repentinas da pastilha. Os materiais das ferramentas de corte devem ter boa dureza a quente, baixo teor de cobalto e não reagir com o titânio. Geralmente é usado metal duro sem cobertura de grãos finos. Escolha uma geometria positiva/aberta com boa tenacidade da aresta.

Aço endurecido ISO H

O que é aço endurecido ISO H?

• Este grupo de materiais contém aços endurecidos e temperados com dureza >45 – 68 HRC
• Os aços comuns incluem aço para cementação (~60 HRc), aço para rolamento de esferas (~60 HRc) e aço para ferramentas (~68 HRc). Tipos duros de ferros fundidos incluem ferro fundido branco (~50 HRc) e ADI/Kymenite (~40 HRc). Aço para construção (40–45 HRc), aço Mn e diferentes tipos de coberturas duras, por exemplo, stellita, aço P/M e metal duro também pertencem a este grupo
• Geralmente, o torneamento de peças duras está na faixa de 55–68 HRC

Usinabilidade

• O aço endurecido está em um grupo menor do ponto de vista da usinagem e o acabamento é a operação de usinagem mais comum. Força de corte específica: 2550–4870 N/mm. A operação geralmente produz um controle de cavacos justo. As forças de corte e as exigências de potência são muito altas
• O material da ferramenta de corte precisa ter boa resistência à deformação plástica (dureza a quente), estabilidade química (em altas temperaturas), resistência mecânica e resistência ao desgaste por abrasão. O CBN tem essas características e permite o torneamento ao invés da retificação
• Cerâmica mista ou reforçada com whiskers também são usadas no torneamento quando a peça tem exigências moderadas de acabamento superficial e a dureza é muito alta para o metal duro
• O metal duro domina em aplicações de fresamento e furação e é usado até aproximadamente 60 HRc

Componentes comuns

As peças típicas incluem: eixos de transmissão, carcaças de caixa de engrenagens, pinhões de direção, matrizes de estampagem.

Códigos MC para aços endurecidos