Ensaios de Usinabilidade

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USINAGEM
Diego Batista Valim
Ensaios de usinabilidade
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Definir usinabilidade.
 � Descrever a importância de se realizar os ensaios de usinabilidade.
 � Identificar a influência da composição química dos materiais em sua 
usinabilidade.
Introdução
Nas operações de usinagem, observa-se que os materiais se comportam 
de maneira distinta ao serem usinados – alguns podem ser trabalhados 
com facilidade, enquanto outros oferecem uma série de problemas. 
A esta característica tecnológica damos o nome de usinabilidade, que é 
o grau de dificuldade apresentado pelo material ao ser usinado.
Neste capítulo, você estudará o conceito de usinabilidade, como são 
realizados seus testes, as propriedades mecânicas e a composição química 
dos materiais que aumentam ou diminuem a usinabilidade.
Usinabilidade
A usinabilidade de um metal não se trata de uma grandeza específica do 
material, diferente de dureza, resistência à tração, módulo de elasticidade e 
outros. A usinabilidade é definida com uma grandeza tecnológica, que expressa 
um conjunto de propriedades de usinagem de determinado metal em relação a 
outro definido como parâmetro. De modo geral e simplificado, ela é definida 
como o grau de dificuldade que determinado material apresenta ao ser usinado.
Propriedades de usinagem são aquelas que expressam seus efeitos sobre as grandezas 
mensuráveis durante o processo de usinagem, ou seja, vida de ferramenta, tempera-
tura de corte, acabamento superficial, produtividade (peças usinadas/hora ou peças 
usinadas/ferramenta), forma e tamanho do cavaco, força e potência de corte.
A usinabilidade depende das condições metalúrgicas da peça e das con-
dições de usinagem, conforme detalhado a seguir.
 � Condições metalúrgicas: propriedades mecânicas do material, com-
posição química, operações de fabricação (a quente ou a frio) efetuadas 
antes da usinagem no material e encruamentos.
 � Condições de usinagem: velocidade de corte, ferramenta de corte 
(material e geometria), lubrificação e refrigeração, operação de corte 
contínuo ou intermitente, condição de entrada e saída da ferramenta e 
rigidez do sistema máquina-ferramenta.
Figura 1. Torneamento e fresamento.
Fonte: Dmitry Kalinovsky/Shutterstock.com.
Um determinado material pode apresentar diferentes valores para usi-
nabilidade, como baixa usinabilidade para um conjunto peça/ferramenta ou 
elevada usinabilidade ao modificar a ferramenta. 
A usinabilidade implica em considerações econômicas, especialmente sobre 
o custo de fabricação por peça, não interessando somente aos fabricantes dos 
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metais, mas também a todos envolvidos na produção de peças (consumidores 
e fabricantes de ferramentas e máquina/ferramenta) em razão da remoção de 
material na forma de cavaco. A usinabilidade talvez seja o fator decisivo na 
produtividade de determinada peça, principalmente em produção em larga 
escala.
Testes de usinabilidade
O conceito de usinabilidade envolve muitos fatores, como propriedades me-
cânicas do material, composição química, velocidade de corte, ferramenta 
de corte, etc.; e seus valores podem apresentar divergência, por exemplo, 
ao se comparar a usinabilidade de dois aços, classificados pela Associação 
Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) nº. 1.040, comprados de fornecedores 
diferentes. Devido a esses fatores, muitas empresas mantêm o seu próprio meio 
de controle da usinabilidade dos materiais utilizados, a fim de obter dados 
sobre as condições econômicas de usinagem, desgaste e vida da ferramenta 
de corte e planejamento da produção. 
Os critérios para definir a usinabilidade de determinado material são diver-
sos e, neste capítulo, você conhecerá os mais utilizados (vida da ferramenta, 
força de usinagem, qualidade superficial e forma do cavaco). Esses ensaios 
visam à obtenção da usinabilidade do material em um tempo curto e com a 
necessidade de pouco material da peça, ideal para indústria. Muitas vezes, os 
valores obtidos são intrínsecos para determinado processo, e utilizá-lo como 
parâmetro pode ser um erro.
Vida da ferramenta
O teste de usinabilidade, principal critério para sua a determinação, é realizado 
a partir da vida da ferramenta e definido como o tempo mínimo no qual uma 
ferramenta resiste do início do corte até sua utilização em certas condições 
de usinagem.
Os ensaios rápidos de usinabilidade avaliando o a vida da ferramenta são:
 � torneamento-temperatura.
 � torneamento-desgaste.
 � torneamento com vida dependente da temperatura e com aumento da 
velocidade de corte.
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Torneamento-temperatura
Testes normalmente realizados com ferramentas de aço rápido, pois apresentam 
baixa resistência à elevada temperatura, diferentemente das ferramentas de 
metal duro e cerâmicas (não usualmente utilizadas). A temperatura é o fator 
determinante para o fim de vida da ferramenta. Nos ensaios de torneamento-
-temperatura, a velocidade de corte e o avanço são mantidos constantes, e o 
tempo que a ferramenta levou para ser consumida é utilizado para determinação 
da usinabilidade. O fim da vida da ferramenta pode ser obtido analisando as 
marcas de desgastes na ferramenta, o aumento repentino do ruído durante o 
corte, a modificação da forma do cavaco ou os defeitos na peça.
Torneamento-desgaste
Ensaios em que geralmente são utilizadas ferramentas que apresentam des-
gaste predominante e não a temperatura como fator determinante para o fim 
de sua vida. Entre elas, as mais utilizadas são as ferramentas de metal duro 
revestido. Os ensaios são desenvolvidos em constante e elevada velocidade de 
corte, analisando em intervalos de tempo pré-definidos o desgaste de flanco e 
o desgaste de cratera. O controle de vida da ferramenta é realizado por meio 
dos dados obtidos e expressos em tempo de vida para determinada velocidade 
de corte ao usinar um material específico.
Torneamento com vida dependente da temperatura e com 
aumento de velocidade de corte
Ensaios são realizados sem a presença de fluido de corte e com aumento 
gradativo da velocidade de corte. Também são utilizadas ferramentas que 
apresentam o efeito da temperatura como fator determinante para o fim de sua 
vida. Determinam-se os parâmetros de corte inicial, mantendo-os constantes, 
com exceção da velocidade de corte, que é aumentada até que a cunha de corte 
apresente desgaste total.
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Força de usinagem
É o segundo meio de avaliação da usinabilidade mais utilizado. As forças 
desenvolvidas durante a usinagem se mostram fundamentais para determinação 
da usinabilidade, pois quanto maior for a força necessária para efetuar o corte, 
maior será a dificuldade em usinar o material e, consequentemente, menor, sua 
usinabilidade. Porém, o material da peça não é o único fator influidor sobre 
a força, a geometria, o material da ferramenta e a condição de corte também 
afetam significativamente a força necessária para efetuar o corte.
Qualidade superficial
Os testes de usinabilidade avaliando a qualidade superficial são realizados 
por meio de medições da rugosidade superficial usinada. O critério avaliado 
neste teste é a dificuldade em obter uma superfície lisa e bem acabada. Desse 
modo, os materiais de difícil usinagem são aqueles que apresentam dificuldade 
em alcançar um acabamento elevado.
Outro método de medir a usinabilidade por meio da qualidade é a avaliação 
da dificuldade em obter tolerâncias apertadas. Os materiais que apresentam 
alta taxa de dilatação (aços inoxidáveis), em geral, oferecem dificuldades na 
obtenção de tolerâncias apertadas e são considerados de baixa usinabilidade. 
Veja na Figura 2 um exemplo de peça usinada.
Figura 2. Peça usinada.
Fonte: Surasak_Photo/Shutterstock.com.
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Formação de cavaco
Esse critério avalia o tamanho e a forma do cavaco e os correlaciona à usi-
nabilidade do material. Os cavacos em formas de longas fitas e hélices ou 
emaranhados, obtidos durante a usinagem, prejudicam a qualidade do aca-
bamento, aceleram o desgaste da ferramenta e interrompem a operação para 
remoção dos cavacos que engastalham na interface peça/ferramenta. A Figura 3 
ilustra alguns tipos de cavacos obtidos durante a usinagem e sua interferência 
na usinabilidade.
Figura 3. Tipos de cavacos.
Fonte: Fracaro. (2017, p. 136).
A forma do cavaco obtido durante a usinagem tem como principal inter-
ferente o material da peça a usinar, sendo os materiais mais moles os que 
apresentam os maiores cavacos em forma de fita. Esses materiais são classi-
ficados como de difícil usinabilidade.
Fatores que influenciam a usinabilidade 
dos materiais
As propriedades mecânicas dos materiais e as composições químicas (meta-
lurgia) são fatores que influenciam positiva ou negativamente na usinabilidade 
dos materiais. 
A dureza, a resistência mecânica, a ductilidade, a condutividade térmica 
e a taxa de encruamento são algumas das propriedades mecânicas que al-
teram a usinabilidade dos materiais. Durante o processo de fabricação dos 
materiais, a adição de ligas pode provocar o aumento da dureza e dificultar 
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a sua usinagem, como ocorre nos aços com o aumento da taxa de Carbono, 
ou facilitar a sua usinabilidade, como ocorre na usinagem do ferro fundido 
com a adição de Cobre.
Usinabilidade e propriedades do material
A dureza e a resistência mecânica são características importantes e influen-
ciáveis na usinabilidade dos materiais, mas outros fatores, como quantidade 
de inclusões, microestrutura e quantidade de partícula dura contribuem sig-
nificativamente com a usinabilidade. Veja esses fatores, em detalhes, nos 
itens a seguir.
Dureza e resistência mecânica
Baixos valores para dureza e resistência geralmente favorecem a usinabilidade, 
porém, matérias que apresentam elevada ductilidade e baixa dureza tendem a 
causar arestas postiças de corte (ACP) e encurtar a vida da ferramenta. Nesse 
caso, é aconselhável aumentar a dureza da peça por meio de trabalho a frio.
Ductilidade
Baixos valores para ductilidade geralmente são favoráveis para usinabilidade, 
pois os cavacos gerados a partir da usinagem de materiais poucos dúcteis 
apresentam-se curtos. Dessa maneira, o atrito entre ferramenta e cavaco é 
menor e, consequentemente, o desgaste de cratera. Contudo, os materiais que 
apresentam baixa ductilidade têm elevada dureza, e materiais que apresentam 
baixa dureza têm elevada ductilidade. Assim, uma usinabilidade ótima é obtida 
em matérias que equilibrem baixa dureza e elevada ductilidade.
Condutividade térmica
Alta condutividade térmica favorece a usinabilidade. Durante a usinagem são 
desenvolvidas elevadas temperaturas. Os materiais que apresentam condu-
tividade superior permitem maior dissipação de calor e, consequentemente, 
menor temperatura na interface peça/ferramenta, que, por sua vez, diminui 
o desgaste da ferramenta de corte. Os materiais, dentro de sua classe, apre-
sentam condutividade semelhante, o alumínio é o material que tem a maior 
condutividade térmica, seguido pelos aços, aços ligados e aços inoxidáveis.
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Taxa de encruamento
O encruamento é o aumento da resistência do material quando ele é deformado 
plasticamente. Os materiais que apresentam alta taxa de encruamento ao 
serem usinados, devido às pressões atuantes, têm sua resistência aumentada, 
provocando o aumento da dureza e, assim, dificultando a usinagem. Con-
tudo, em materiais de baixa dureza (inferiores a 200 HB), a elevada taxa de 
encruamento é uma característica com efeito positivo na sua usinabilidade, 
pois o efeito do encruamento aumentará a dureza superficial e diminuirá a 
ductilidade do material. Dessa maneira, os cavacos longos, antes formados, 
serão mais facilmente rompidos, originando cavacos curtos. 
Usinabilidade das ligas de alumínio
A usinagem do alumínio é considerada fácil, a energia consumida por uni-
dade de volume é baixa e a taxa do desgaste da ferramenta é pequena (com 
exceção das ligas de alumínio-silício). As ligas de alumínio permitem altas 
velocidades de corte, e as temperaturas alcançadas durante o processo não 
são muito elevadas.
Quando avaliamos os critérios de usinabilidade do alumínio, não se pode 
dizer que essas ligas apresentam boa usinabilidade, pois os cavacos produzi-
dos são longos, e o acabamento superficial com baixa rugosidade necessita 
de altíssima velocidade de corte. Contudo, as características de usinagem 
das ligas de alumínio podem ser alteradas pela adição de elementos de liga, 
impurezas, processo de fundição e tratamento aplicado ao metal antes da 
usinagem. Os elementos de ligas utilizados e suas respectivas influências 
estão descritos a seguir.
 � Estanho (Sn), Bismuto (Bi) e Chumbo (Pb) — atuam como lubrificante 
e como fragilizante do cavaco.
 � Ferro (Fe), Manganês (Mn), Cromo (Cr) e Níquel (Ni) — combinados 
entre si formam partículas duras que facilitam a quebra do cavaco, 
porém, em grande quantidade, aumenta o desgaste da ferramenta pelo 
efeito abrasivo.
 � Magnésio (Mg) — aumenta a dureza do cavaco e diminui o atrito entre 
a ferramenta e o cavaco quando sua presença é inferior a 0,3%.
 � Silício (Si) — aumenta a abrasividade da peça e, consequentemente, 
diminui a vida da ferramenta.
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 � Cobre (Cu) — forma uma liga intermetálica (CuAl2) que fragiliza o 
cavaco.
 � Zinco (Zn) — não exerce influência na usinabilidade.
Usinabilidade dos aços
A adição de Carbono, que provoca aumento da dureza dos aços, é o fator meta-
lúrgico que mais influencia na usinabilidade dessas ligas. Quanto à influência 
da dureza na usinabilidade do aço, temos:
 � dureza inferior a 200 HB — ligas de aço que apresentam baixa dureza 
e elevada ductilidade, o que pode provocar o desgaste excessivo da 
ferramenta devido à formação de ACP;
 � dureza próxima a 200 HB — são considerados os aços ideais para usi-
nagem, pois apresentam boa relação dureza/ductilidade. Um exemplo é 
o aço ABNT 1.045, que pertence à classe dos aços de boa usinabilidade;
 � dureza superior a 200 HB — apresentam maiores resistências ao corte 
e provocam o aumento do desgaste da ferramenta pelos fenômenos de 
abrasão e difusão.
A microestrutura é outra característica metalúrgica que influencia na usi-
nabilidade das ligas de aço. Os aços que possuem microestrutura martensítica 
apresentam baixa usinabilidade. Esse tipo de microestrutura é muito duro e 
abrasivo, causando o desgaste excessivo das ferramentas, principalmente das 
de metal duro revestido.
A qualidade do aço, obtida durante o processo de fundição também é 
um fator determinante na usinabilidade dessas ligas, pois as inclusões são 
decorrentes de aços de baixa de qualidade. As microinclusões, encontradas 
em pequenas partículas, podem provocar a quebra repentina da ferramenta; 
já as macroinclusões, partículas maiores que 150 mm, são duras e abrasivas 
e contribuem para o desgaste excessivo da ferramenta de corte.
A presença de elementos de liga pode melhorar ou piorar a usinabilidade 
das ligas de aço. Em geral os elementos de liga de Chumbo, Enxofre e Fósforo 
melhoram a usinabilidade, e os elementos de Vanádio, Molibdênio, Nióbio e 
Tungstênio formam carbonetos duros de difícil usinagem. Manganês, Níquel, 
Cobalto e Cromo também diminuem a usinabilidade das ligas do aço. 
O Carbono com teores de 0,3 a 0,6% favorece a usinagem das ligas; já 
os teores inferiores deixam o material muito dúctil e os superiores, muito 
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duro. Em ambos os casos a usinabilidade é diminuída. A Figura 4 ilustra a 
metalografia dos aços ABNT 1.020, de baixa dureza e elevada ductilidade; e 
a metalografia do aço ABNT 1.045.
Figura 4. Metalografia dos aços ABNT 1.020 e 1.045.
ABNT 1020 ABNT 1045
Usinabilidade dos aços inoxidáveis
Os aços inoxidáveis são ligas ferrosas que possuem elementos de Cromo (no 
mínimo 12%), que o tornam resistente à corrosão. As ligas a base Cromo 
apresentam usinabilidade parecida com a do ferro, já os aços inoxidáveis 
austeníticos (a base de Níquel) e os aço inoxidável martensítico (com alto teor 
de Carbono) apresentam baixa usinabilidade.
Durante a usinagem de ligas de aço inoxidável austenítico, são formados 
cavacos longos que diminuem a usinabilidade do material. Além disso, essas 
ligas apresentar alta taxa de encruamento, o que pode provocar o surgimento 
de APC. O aço inoxidável martensítico apresenta elevada dureza e presença 
de partículas abrasivas de carboneto de Cromo, devido à interação química 
entre Carbono e Cromo, necessitando de grandes esforços para realização 
de seu corte. Em geral, as ligas de aços inoxidáveis são de difícil usinagem, 
pois apresentam baixa condutividade térmica e alto coeficiente de atrito e de 
dilatação térmica.
Buscando melhorar a usinabilidade das ligas austenítica, tem-se utilizado 
a adição de sulfeto de Manganês e o encruamento por deformação a frio para 
diminuir a ductilidade.
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Usinabilidade dos ferros fundidos
Em geral, a usinabilidade dos ferros fundidos é relacionada diretamente à dureza, 
sendo que os mais duros apresentam pior usinabilidade. O ferro fundido cinzento 
apresenta maior usinabilidade, seguido pelo maleável, o nodular e o branco.
Os elementos de ligas que favorecem a usinagem das ligas de ferro-carbono 
são: Enxofre de Manganês e os grafitizantes Silício, Níquel, Alumínio e Cobre. 
Os formadores de carbonetos, Cromo, Cobalto, Manganês, Molibdênio e o 
Vanádio, são prejudicais e diminuem a usinabilidade dessas ligas.
Usinabilidade das ligas de titânio
Devido às propriedades mecânicas, alta resistência mecânica, baixa densidade, 
resistência à corrosão, as ligas de Titânio são um material muito utilizado nas 
indústrias aeroespaciais, náuticas e biomédicas. 
Em geral, as ligas de Titânio oferecem baixa usinabilidade, o cavaco apre-
senta formato lamelar, e as velocidades de corte não podem ser elevadas, pois 
provocaria o aumento da temperatura. Em elevadas temperaturas, o Titânio 
expõe-se a afinidade química a outros elementos, o que provoca o desgaste 
da ferramenta e a perda de propriedades da peça.
Ações que minimizam os efeitos da baixa usinabilidade
Como visto, a usinabilidade é influenciada por diversos fatores, de um modo 
geral e simplificado, algumas ações podem melhorar a usinabilidade durante 
as operações de usinagem, como você verá a seguir.
 � Ações na ferramenta de corte — O material da ferramenta é mais 
eficiente em relação ao material da peça a usinar. A geometria da fer-
ramenta apresenta ângulos que permitam a melhor aplicação da força 
necessária para realizar o corte, possibilita qualidade no acabamento 
e não reduz a vida da ferramenta.
 � Ações no processo — Aplicação da velocidade de corte, avanço e 
profundidade apropriados e uso de fluido de corte.
 � No material da peça — Controle no processo de obtenção/fabricação 
anterior a usinagem, tratamentos térmicos para alívio de tensões em 
matérias duro e deformação a frio em materiais dúcteis.
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FRACARO, J. Fabricação pelo processo de usinagem e meio de controle. Curitiba: Inter-
saberes, 2017. 
Leituras recomendadas
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 172:2000: critério de clas-
sificação dos aços. Rio de Janeiro, 2000. 
DINIZ, A. E.; MARCONDES, F. C.; COPPINI, N. L. Tecnologia da usinagem dos materiais. 
São Paulo: MM, 1999.
FERRARESI, D. Fundamento da usinagem dos metais. São Carlos: Blucher, 1969.
GROOVER, M. P. Introdução aos processos de fabricação. Rio de Janeiro: LTC, 2014.
MACHADO, A. R. et al. Teoria da usinagem dos materiais. São Paulo: Blucher, 2009.
STEMMER, C. E. Ferramentas de corte I. 3. ed. Florianópolis: UFSC, 1993.
Referência
Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para 
esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual 
da Instituição, você encontra a obra na íntegra.