Usinabilidade: Propriedades e Ensaios

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Usinabilidade
Grandeza tecnológica que expressa, por meio de um valor numérico comparativo (índice de usinabilidade), um conjunto de propriedades de usinagem de um material em relação a outro tomado como padrão.Grau de dificuldade de se usinar um determinado material;
Propriedades (grandezas mensuráveis):Vida da ferramenta;Acabamento superficial;Esforços de corte;Temperatura de corte;Produtividade;Características do cavaco.
Pode apresentar valores diferentes para propriedades diferentes;
Depende de fatores como:Estado metalúrgico da peça;Dureza;Propriedades mecânicas do material;Composição química;Operações anteriores;Encruamento. 
Depende também:Condições de usinagem;Características da ferramenta;Condições de refrigeração;Rigidez do sistema máquina-ferramenta-peça-dispositivo de fixação;
Tipos de trabalhos executados pela ferramenta:Operação empregada;Corte contínuo ou intermitente;Condições de entrada e saída da ferramenta
Ensaios de Usinabilidade
Ensaio de longa duração:
Ensaia até o fim da vida da ferramenta ou desgaste da ferramenta (Vb ou Kt);
Comparação com o padrão;
Diversas velocidades de corte;
Padrão: Aço AISI B 1112
Ensaios de curta duração:
Utiliza condições forçadas de usinagem e/ou ferramentas pouco resistentes ao desgaste;
Critérios como força ou acabamento exigem poucas passadas;
Propriedades dos materiais
Dureza e resistência mecânica:
Valores baixos de dureza e resistência mecânica normalmente favorecem a usinabilidade;
Materiais muito dúcteis favorecem o aparecimento de APC (trabalho a frio para ajudar). 
Ductilidade:
Baixos valores de ductilidade são geralmente benéficos à usinabilidade;
Para uma usinagem ótima, busca-se uma relação intermediária entre dureza e ductilidade. 
Condutividade térmica:
Alta condutividade térmica favorece a retirada de calor da região de corte;
Alta condutividade favorece a usinabilidade e diminui o desgaste da ferramenta. 
Taxa de encruamento:
Taxa de encruamento maior aumenta a energia necessária para a usinagem e facilita a formação de APC;
Utiliza-se ferramenta de corte afiada e ângulo de saída positivo;
Encruamento anterior a usinagem pode ajudar. 
Fatores metalúrgicos que afetam a usinabilidade das ligas de alumínio
Pode ser facilmente usinado;
Apenas o magnésio e suas ligas necessitam a mesma taxa de energia;
Desgaste da ferramenta não é um problema (exceto ligas alumínio-silício);
Temperaturas de usinagem baixas; 
Acabamento superficial insatisfatório
Módulo de elasticidade é 1/3 do aço;
Alta condutividade térmica, que favorece a usinagem;
Ferramenta de metal duro classe K sem cobertura (difusão com o titânio);
Utiliza-se ferramentas afiadas;
Para ligas alumínio-silício utiliza-se ferramentas de diamante.
	Elementos de liga 
	Influência na usinabilidade 
	Sn, Bi e Pb 
	Atuam como lubrificantes e como fragilizadores do cavaco 
	Fe, Mn, Cr e Ni 
	Combinam entre si ou com o alumínio e/ou com o silício, para formarem partículas duras 
	Mg 
	Em teores baixos (cerca de 0,3%) aumenta a dureza do cavaco e diminui o coeficiente de atrito entre cavaco e ferramenta 
	Si 
	Aumenta a abrasividade da peça – a vida da ferramenta diminui 
	Cu 
	Forma o intermetálico CuAl2 que fragiliza o cavaco 
	Zn 
	Não exerce influência na usinabilidade 
Fatores metalúrgicos que afetam a usinabilidade dos aços
Dureza é o fator predominante;
200HB é um valor médio;
Encruamento aumenta a dureza de aços de baixo carbono;
Cementita é abrasiva, aumenta o desgaste da ferramenta;
Martensita é muito dura e resistente 
Macroinclusões (>150µm):
Indesejáveis: duras e abrasivas como carbonetos e óxido de alumínio;
Que não causam muito dano: óxidos de manganês e de ferro, que conseguem fazer parte do fluxo do cavaco;
Desejáveis em velocidades de corte altas: silicatos, perdem muito a dureza em altas temperaturas 
Elementos de liga:
Efeito positivo: chumbo, enxofre e fósforo;
Efeito negativo (formadores de carbonetos): vanádio, molibdênio, nióbio e o tungstênio, além de outros como manganês, níquel, cobalto e o cromo.
Carbono entre 0,3 e 0,6% tende a melhorar a usinabilidade;
Aços de usinabilidade melhorada
Adição de elementos de liga:
Enxofre: formador de sulfeto de manganês (MnS), diminui a ductilidade e resistência ao cisalhamento das microssoldas;
Selênio/telúrio: efeitos similares ao sulfeto;
Chumbo/bismuto:formadores de partículas submicroscópicas de baixo ponto de fusão;
Outros elementos (N, P ou Sn): dissolvem-se na matriz fragilizando o cavaco. 
Engenharia de inclusões:Melhorar o controle das inclusões;Obter inclusões vítreas de espessura suficientemente pequena;Lubrifica a ferramenta;
Aços inoxidáveis
Austeníticos:Formam cavacos longos;Alta taxa de encruamento, favorece APC;Baixa condutividade térmica;Alto coeficiente de atrito;Alto coeficiente de dilatação térmica 
Martensíticos:Alto teor de carbono;Alta dureza;Presença de partículas duras e abrasivas de carboneto de cromo;
Fatores metalúrgicos que afetam a usinabilidade dos ferros fundidos
Boa rigidez,resistência a compressão e relativo baixo ponto de fusão.
Cinzento > Maleável > Nodular > Branco;
Cinzento:Alto teor de silício, maior presença de carbono livre;
Maleável:Branco tratado termicamente para cementita virar carbonetos esféricos;
Nodular:Presença de grafite na forma de nódulos;
Branco:Baixo teor de silício, grande formação de carbonetos (cementita). 
Elementos formadores de carbonetos:Cromo;Cobalto;Manganês;Molibdênio;Vanádio;
Elementos grafitizantes:Silício;Níquel;Alumínio;Cobre. 
Ligas de Titânio 
Propriedades:Elevadas temperaturas de fusão;Alta dureza a quente;Excelentes propriedades mecânicas;Alta resistência à corrosão;Ótima razão peso-resistência;Biocompatibilidade.
Propriedades que dificultam a usinagem:Baixíssima condutividade térmica (1/7 do aço);Elevada afinidade química com todos os materiais para ferramentas comuns;Baixíssimo módulo de elasticidade (1/2 do aço);Gera:Variações na espessura de corte;Flutuações na força de usinagem;Altos níveis de vibração
Superligas de níquel
Propriedades:Elevada resistência mecânica;Boa resistência à fadiga e à fluência;Boa resistência à corrosão;Capacidade de operar continuamente em elevadas temperaturas;Estrutura CFC
Alta resistência mecânica em alta temperatura:
Altas temperaturas na região de corte;Vida curta da ferramenta ;Baixas taxas de remoção de cavaco;
Alta ductilidade:Área de contato cavaco-ferramenta alta;Favorece o aparecimento de APC em baixa Vc;Aumenta o desgaste por aderência em alta Vc;
Muito difíceis de usinar;Temperaturas em torno de 1000°C;Velocidades relativamente baixas (60m/min);Destruição da aresta de corte.