Trabalho: Usinabilidade dos Materiais

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Usinabilidade 
dos Materiais
Ana Laura Oliveira Biazon
Turma: 246 - Mecânica
Professor: Paulo Cesar de Oliveira
Definição
De modo geral é o grau de dificuldade se usinar um determinado material. 
Entenda-se como propriedades de usinagem de um material, aquelas que 
expressam seu defeito sobre grandezas mensuráveis inerentes ao processo de 
usinagem tais como:
As propriedades do material que podem afetar a usinabilidade de um material 
são:
1. A vida da ferramenta;
2. Acabamento superficial da peça; 
3. Esforços de corte;
4. Temperatura de corte;
5. Produtividade;
6. Características do cavaco;
A usinabilidade depende do estado 
metalúrgico da peça, da dureza das propriedades 
mecânicas do material, de sua composição 
química, das operações anteriores efetuadas 
sobre o material, sejam a frio ou a quente e de 
eventual encruamento.
A usinabilidade não depende somente das 
condições intrínsecas do material mas também 
das condições de usinagem, das características 
das ferramentas, das condições de refrigeração, 
da rigidez do sistema máquina-dispositivo, de 
fixação-peça-ferramenta e dos tipos de trabalhos 
executados pela ferramenta.
Definição
1. A usinabilidade e as Propriedades do Material
Embora dureza e à resistência mecânica sejam fatores importantes da 
influência da usinabilidade do material, outros fatores também são bastante 
importantes como: a quantidade de inclusões e de aditivos para melhorar a 
usinabilidade, a quantidade de partículas duras a microestrutura, a tendência ao 
empastamento do cavaco do material na superfície de saída da ferramenta, entre 
outros.
● Dureza e Resistência Mecânica
Valor de dureza alta dificulta a usinabilidade e a resistência, a tração alta 
aumenta os esforços de corte. Se tem materiais muito dúcteis a baixa dureza 
pode causar problemas, pois facilita a formação de aresta postiça de corte. 
Nesses casos é bom que a dureza seja aumentada através de trabalho a frio.
● Ductilidade 
Baixos valores de ductilidade são geralmente benéficos à usinagem, a 
formação de cavacos curtos é facilitada e se tem menor perda de energia com 
atrito cavaco na superfície de saída da ferramenta.
Porém em geral, consegue-se baixa ductilidade com alta dureza e 
vice-versa. Uma usinabilidade ótima se obtém como compromisso entre dureza e 
ductilidade.
● Condutividade Térmica
Uma alta condutividade térmica do material da peça significa que, o calor 
gerado pelo processo é rapidamente retirado da região de corte, e assim a 
ferramenta não é excessivamente aquecida. Portanto não se desgasta tão 
rapidamente. Então, uma alta condutividade térmica favorecem a usinabilidade 
do material.
● Condutividade Térmica
Dentre os tipos de materiais mais usinados, os que tem maior condutividade 
térmica são:
1. Alumínios
2. Aços sem liga
3. Aços ligados
4. Aços inoxidáveis.
● Taxa de Encruamento
Quantos metais são deformados plasticamente eles aumentam sua 
resistência. O nível de encruamento depende da taxa de deformação e da 
habilidade do material em encruar. Uma alta taxa de encruamento significa que 
a resistência do material é bastante aumentada para um determinado nível de 
deformação plástica.
● Taxa de Encruamento
Se o material possui alta taxa de encruamento ele requer muita energia para 
a formação do cavaco, (valor alto da pressão específica de corte - baixa 
usinabilidade). Com isso o aumenta os esforços de corte e possui tendência a 
formação de aresta postiça.
Para usinar com eficiência materiais com alta taxa de encruamento, 
necessita-se que a ferramenta possui aresta de corte afiada e ângulo de saída 
bem positivo, a fim de que a deformação causada no cavaco seja pequena.
Nesse materiais e equipamento antecedendo a usinagem, o trabalho frio 
pode ser vantajoso, pois diminui a ductilidade do material (diminui a zona plástica) 
e, com isso, reduz a possibilidade de formação da aresta postiça de corte.
Índice de Usinabilidade (IU)
É um valor numérico que serve de comparação.
Assim comparando dois materiais, diremos que aquele que tiver o índice de 
usinabilidade mais alto é o material mais fácil de se usinar.
Um material pode ter um valor de usinabilidade baixo em certas condições de 
usinagem e um valor mais alto em outras condições, por exemplo.
O método mais utilizado para medir a usinabilidade de determinado material, 
é um ensaio chamado de longa duração, onde o material ensaiado e o material 
tomado como padrão são usinadas até o fim da vida da ferramenta ou até um 
determinado valor de desgaste da ferramenta (VB ou KT).
1.Ensaios de usinabilidade
Este ensaio permite a obtenção da velocidade de corte para uma determinada 
vida da ferramenta (20 minutos - Vc20 - ou 60 minutos - Vc60). O índice de 
usinabilidade (I.U) é dado pela relação entre a Vc20 (ou Vc60) do material ensaiado e 
aquela correspondente ao material tomado como padrão ao qual se dá o índice 
100%. O material padrão mais utilizado quando se trata de ensaio de aço é o aço 
AISI B1112.
Existem também os ensaios de curta duração que são utilizados para avaliar
 outros fatores como: 
● Rugosidade
● Força de usinagem
● Acabamento superficial, etc.
Nesses casos normalmente as condições de usinagem são forçadas para 
justamente obter resultado em pouco tempo de ensaio.
Embora algumas ligas de alumínio 
apresenta em uma boa resistência 
equivalente à do aço com baixo 
carbono em temperatura ambiente, 
porém em temperaturas elevadas a 
sua resistência é bastante reduzida.
O alumínio tem uma elevada 
condutividade térmica o que faz com 
que boa parte do calor vá para a peça.
Isso favorece a usinabilidade das 
ligas já que a elevação da temperatura 
é inerente ao processo. Assim as 
forças de corte necessária para 
usinagem das ligas de alumínio são 
bem baixas quando comparadas com 
as forças relativas do aço.
3. Usinabilidade das ligas 
de Alumínio
É necessário que a dureza da liga seja maior que 
80 HB para que possa apresentar uma boa usinabilidade.
➔ Dureza < :Tendência a formação de aresta postiça 
de corte é muito alta e se torna muito difícil a 
obtenção de rugosidade baixa da peça.
3.Fatores metalúrgicos que afetam a usinabilidade 
das Ligas de Alumínio
➔ O alumínio em geral pode ser facilmente usinado a energia consumida por unidade 
de volume do metal removido é muito baixa. Apenas o magnésio e suas ligas 
podem ser usinadas com a mesma taxa de energia consumida e o desgaste da 
ferramenta raramente é um problema.
❖ As temperaturas de usinagem são geralmente baixa e alta velocidade de corte 
podem ser usadas. 
➔ Baseadas na rugosidade da peça e na características do cavaco não pode se dizer 
que o alumínio tem uma boa usinabilidade, pois em condições normais de 
usinagem o cavaco formado é longo e acabamento superficial obtido insatisfatório. 
❖ Porém bons acabamentos superficiais podem ser obtidos se a velocidade de corte 
for suficientemente alta e a geometria da ferramenta for adequada.
3.Usinabilidade das ligas de Alumínio 
O material de ferramenta típico 
para a usinagem de ligas de 
alumínio (com exceção das ligas de 
silício), é o metal duro de classe K 
sem cobertura. 
-Temperaturas de corte baixos.
-Não há desgastes de cratera 
incentivado pela difusão.
➔ Para se evitar aparição de aresta postiça 
de corte e garantir um cisalhamento 
perfeito do cavaco, as ferramentas para 
corte de alumínio possui aresta afiada 
(sem raio na aresta) com ângulos 
bastante positivos.
3.Usinabilidade das ligas de Alumínio 
Propriedade negativa: Baixa dureza; Favorece a formação da aresta postiça.
Prejudica o acabamento da peça provoca desgaste frontal da ferramenta.
A classe K é recomendada 
pois, as temperaturas de 
quartos são mais baixas, e por 
isso a formação do desgaste de 
cratera via processo difusivonão é um problema.
4.Fatores metalúrgicos 
que afetam a 
usinabilidade dos aços
Fatores que afetam a usinabilidade dos 
aços:
● Dureza
● Microestrutura
● Presença de inclusões
● Presença de elementos de liga
Dureza
O fator predominante que afeta a usinabilidade é sem dúvida a dureza.
Aços com baixo carbono:
● Baixa dureza;
● Alta ductilidade;
● Tendência à aresta postiça.
Má usinabilidade
Aços com alto carbono:
● Dureza aumentada;
● Ductilidade diminuída; 
● Não há tendência à aresta postiça.
Usinabilidade melhorada
4.Fatores que afetam a usinabilidade dos aços
Em termos de dureza, 200 HB é um 
bom valor referencial. No entanto:
Dureza > 200 HB
● Aumenta os esforços de corte;
● Aumenta o desgaste via abrasão 
e difusão.
Dureza < 200 HB
● Aumenta a ductilidade;
● Possui tendências para a 
formação de aresta postiça.
Microestrutura
Avaliação da microestrutura 
ocasionada pelo tratamento térmico 
afeta a usinabilidade.
Cementita = Ferrita + Perlita.
É uma fase extremamente abrasiva.
Martensita = carboneto de ferro que 
se forma na têmpera do aço. 
É uma fase extremamente dura.
4.Fatores que afetam a usinabilidade dos aços
1. Quando o material tem uma 
microestrutura predominante 
martensítica, que é 
extremamente dura, a vida da 
ferramenta é reduzida. 
2. Quando o teor de cementita, 
que é uma fase extremamente 
abrasiva - pois é cheia de 
carbonetos que são partículas 
extremamente duras - é 
predominante, a vida da 
ferramenta também é reduzida.
4.1 Aços de usinabilidade melhorada
4.1.1 Adição de elementos de liga 
● Alguns elementos de liga tem efeito positivo na usinabilidade 
Chumbo, fósforo, enxofre.
● Alguns outros tem efeito negativo na usinabilidade (duros e abrasivos)
Vanádio, Molibdênio, Tungstênio, Manganês, Níquel, Cobalto, Cromo e etc.
● O carbono quando presente em terror entre 0.3 e 0.6% tende a melhorar 
a usinabilidade.
Quando C< 0.3%: Material dúctil, formação de aresta postiça de corte e 
dificuldade de quebra do cavaco.
Quando C> 0.6%: Material duro e abrasivo, desgaste rápido da ferramenta.
4.1.2 Engenharia de inclusões
São partículas duras presentes no material (óxidos de ferro, Mn, 
Si etc.).
- Macro Inclusões:
Presentes em aços de baixa qualidade são geradas durante a 
fabricação no forno. São indesejáveis.
- Micro Inclusões:
Presentes em todos os aços. São desejáveis quando ajudam na 
remoção rápida do material e na formação do cavaco curto, que 
retrata o desgaste da ferramenta ponto são indesejáveis quando são 
duras e abrasivas provocando o desgaste rápido da ferramenta.
4.1 Aços de usinabilidade melhorada
4.2 Aços 
inoxidáveis
São ligas ferrosas que possuem um 
mínimo de 12% Cr, para aumentar a 
resistência à corrosão. Ele contém também 
outros elementos de liga como Ni, Cu, Al, 
Si, e Mo.
Três classes: 
1. Ferrítico (principal elemento cromo);
2. Austenítico (presença da austenita à 
Temp. ambiente faz que tenha maior 
deformidade, podendo ser conformado 
a frio e a quente);
3. Martensítico (presença da austenita à 
Temp. > 723°).
Aço Martensítico 
● Muito duro;
● Alto teor de carbono;
● Formação de partículas 
duras e abrasivas de 
carbonetos de cromo;
● Gera elevados esforços 
de corte.
4.2 Aços inoxidáveis: Características
Aço Austenítico 
● Não muito duro;
● Alta taxa de encruamento;
● Grande zona de plasticidade;
● Formação de cavaco longo que tendem 
a acumular sobre a superfície de saída;
● Formação de aresta postiça de corte
- Baixa condutividade térmica (retêm 
calor na região de corte);
- Alto coeficiente de atrito (aumenta os 
esforços de corte);
- Alto coeficiente de dilatação térmica 
(dificuldade de obtenção de tolerâncias 
apertadas).
Usinabilidade
No entanto a usinabilidade pode 
ser melhorada adicionando elemento 
de liga como o Manganês e o Enxofre, 
que combatem o encruamento do 
material durante a usinagem.
5. Fatores metalúrgicos que afetam a usinabilidade 
dos ferros fundidos
Ferros fundidos são ligas ferro-carbono 
com porcentagem de carbono entre 2 e 4%, 
contendo ainda outros elementos de liga 
como o silício, o manganês, o fósforo e o 
enxofre, além do níquel, cromo, molibdênio e 
cobre.
Principais propriedades:
● Boa rigidez;
● Resistência à compressão;
● Baixo ponto de fusão.
5. Usinabilidade dos Ferros Fundidos
O ferro fundido cinzento forma 
cavacos de ruptura, enquanto que 
os maleáveis e nodulares formam 
cavacos longos.
➢ Aumento da Dureza / Resistência à tração
Dificulta a usinabilidade;
Aumenta os esforços de corte.
➢ Aumento da Ductilidade
Melhora a usinabilidade;
Favorece a formação dos cavacos;
Diminui os esforços de corte;
Tendências a formação de aresta postiça.
➢ Aumento da Condutividade térmica
Melhora a usinabilidade;
Diminui o calor gerado na região de corte.
➢ Aumento da Taxa de encruamento
Dificulta a usinagem;
Dificulta a formação de cavacos;
Aumenta os esforços de corte;
Tendências a formação de aresta postiça.
Outros elementos de liga também 
influenciam na usinabilidade do FoFo:
Os formadores de carboneto (cromo, 
cobalto, manganês, molibdênio e 
vanádio), que prejudicam a usinabilidade 
devido ao fato de que os carbonetos são 
partículas muito duras e abrasivas.
Os grafitizantes (silício, níquel, alumínio, 
e cobre), auxiliam na usinabilidade.
O sulfeto de manganês também é 
utilizado nos ferros fundidos para melhorar 
a usinabilidade.
O Silício influência significamente 
a usinabilidade. Com 12% de Si ou 
mais, são praticamente impossíveis de 
serem usinados.
5. Usinabilidade dos Ferros Fundidos
Usinabilidade do Ferro Fundido Cinzento
● Pode conter até 3% de Si;
● O alto teor de silício apresentará muito carbono 
livre e quase nenhuma cementita (o silício é um 
poderoso grafitizante).
● Formação de cavacos de ruptura.
➔ Boa usinabilidade
Usinabilidade do Ferro Fundido Branco
● Contém de 2.5 à 3.5% C, apresenta baixo teor 
de Silício, alto teor de carbono de ferro e pouco 
grafite livre.
● Estrutura muito dura, resistente, quebradiça.
● Usinabilidade extremamente difícil. 
● Dureza de 300 HB, a usinagem é praticamente 
impossível.
Usinabilidade do Ferro Fundido Maleável
● Contém de 2.5 à 3.5% C, apresenta baixo teor de Silício, alto teor de 
carbono de ferro e pouco grafite livre.
● Estrutura muito dura, resistente, quebradiça.
● Usinabilidade extremamente difícil. 
● Dureza de 300 HB, a usinagem é praticamente impossível.
● É obtido pela adição de uma pequena quantidade de magnésio ou de 
cério, no ferro fundido de alto carbono em estado líquido.
● A estrutura após resfriamento da solução e apresentar o carbeto de ferro 
e grafite em forma esferoidal (nodular).
● A normalização e o revenimento aumenta sua resistência, mas o torna 
mais quebradiço.
● Apesar de ser mais resistente, ele é usinável. 
Usinabilidade do Ferro Fundido Nodular
Ligas de Titânio
Apresentam:
● Elevadas temperaturas de fusão;
● Alta dureza a quente;
● Excelente propriedades mecânicas;
● Alta resistência à corrosão;
● Ótima razão resistência peso e biocompatibilidade, 
características que as tornam materiais ideais para 
aplicação na indústria aeroespacial, automotiva 
petroquímica e biomédica.
Apresentam resistência mecânica comparável à 
dos aços com cerca de metade de sua densidade.
Comparadas com as ligas de alumínio, agitando 
apresentam resistência mecânica cerca de 4 vezes 
maior, com densidade apenas 50% superior.
Superligas e Níquel
A superligas a base de níquel, são conhecidas desde a década de 1930 e utilizadas 
principalmente em aplicações aeroespaciais e plantas de geração de energia.
Este material com elevada resistência mecânica, boa resistência à fadiga e a 
fluência, boa resistência à corrosãoe capacidade de operar continuamente em 
elevadas temperaturas.
Trata-se de ligas que contém 30% a 75% de níquel e até 30% de cromo, 
endurecidas por soluções sólidas e por precipitação.
➔ Alta resistência mecânica em alta temperatura e, o que faz com que a energia 
necessária para geração do cavaco seja muito alta e, consequentemente, altas 
temperaturas ocorre na região de formação do cavaco.
➔ Alta ductilidade, que faz com que a área de contato do cavaco ferramenta seja 
bastante alta, o cavaco de forma se esparrama sobre a superfície de saída da 
ferramenta, com ângulo de cisalhamento pequeno, os cavalos formados sejam 
longos.