Usinagem de metais preciosos

Os metais preciosos podem ser particularmente difíceis de usinar devido à sua ampla gama de propriedades do material e alto custo se uma peça tiver que ser sucateada. O artigo a seguir apresentará esses elementos e suas ligas, além de fornecer um guia sobre como usiná-los de maneira eficaz e eficiente.

Sobre os elementos

Às vezes chamados de metais “nobres”, os metais preciosos consistem em oito elementos que se encontram no meio da tabela periódica (visto abaixo na Figura 1). Os oito metais são:

1. Rutênio (Ru)
2. Ródio (Rh)
3. Paládio (Pd)
4. Prata (Ag)
5. Ósmio (Os)
6. Irídio (Ir)
7. Platina (Pt)
8. Ouro (Au)

Esses elementos são alguns dos materiais mais raros da Terra e, portanto, podem ser extremamente caros. Ouro e prata podem ser encontrados em forma de pepita pura, tornando-os mais facilmente disponíveis. No entanto, os outros seis elementos são normalmente encontrados misturados no minério bruto dos quatro metais que estão abaixo na tabela periódica:Ferro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni) e Cobre (Cu). Esses elementos são um subconjunto de metais preciosos e geralmente são chamados de Metais do Grupo da Platina (PGM). Por serem encontrados juntos no minério bruto, isso dificulta a mineração e a extração, aumentando drasticamente seu custo. Devido ao seu alto preço, usinar esses materiais corretamente na primeira vez é extremamente importante para a eficiência de uma oficina.

Figura 1:Tabela periódica com os 8 metais preciosos em caixa azul. Fonte da imagem:clearscience.tumblr.com

Propriedades e composições básicas de metais preciosos

Os metais preciosos têm propriedades materiais notáveis, pois são caracteristicamente macios, dúcteis e resistentes à oxidação. Eles são chamados de metais “nobres” por causa de sua resistência à maioria dos tipos de ataques químicos e ambientais. A Tabela 1 lista algumas propriedades materiais reveladoras de metais preciosos em sua forma elementar. Para fins de comparação, eles estão lado a lado com 6061 Al e 4140 Steel. Geralmente, apenas ouro e prata são usados ​​em sua forma mais pura, pois os metais do grupo da platina são ligas que consistem principalmente de platina (com uma composição menor de Ru, Rh, Pa, Os, Ir). Os metais preciosos destacam-se por serem extremamente densos e terem um alto ponto de fusão, o que os torna adequados para uma variedade de aplicações.

Tabela 1:Propriedades do material trabalhado a frio de metais preciosos, aço 4140 e alumínio 6061

Aplicações comuns de usinagem de metais preciosos

A prata e o ouro têm condutividade térmica e resistividade elétrica particularmente favoráveis. Esses valores estão listados na Tabela 2, juntamente com CC1000 (cobre recozido) e alumínio recozido 6061, para fins de comparação. O cobre é geralmente usado em fiação elétrica por causa de sua resistividade elétrica relativamente baixa, embora a prata seja um substituto melhor. A razão óbvia pela qual esta não é a convenção geral é o custo da prata versus cobre. Dito isto, o cobre geralmente é banhado a ouro nas áreas de contato elétrico porque tende a oxidar após uso prolongado, o que diminui sua resistividade. Como dito anteriormente, o ouro e outros metais preciosos são conhecidos por serem resistentes à oxidação. Esta resistência à corrosão é a principal razão pela qual são utilizados em sistemas de proteção catódica da indústria eletrônica.

Tabela 2:Condutividade térmica e resistividade elétrica de Ag, Au, Cu e Al



A platina e suas respectivas ligas oferecem a maior quantidade de aplicações, pois podem atingir várias propriedades mecânicas diferentes, mantendo os benefícios de um metal precioso (alto ponto de fusão, ductilidade e resistência à oxidação). A Tabela 3 lista a platina e vários outros PGMs, cada um com suas próprias propriedades mecânicas. A variação dessas propriedades depende do(s) elemento(s) de liga adicionado(s) à platina, da porcentagem de metal de liga e se o material foi ou não trabalhado a frio ou recozido. A liga pode aumentar significativamente a resistência à tração e a dureza de um material enquanto diminui sua ductilidade ao mesmo tempo. A relação entre o aumento da resistência à tração/dureza e a diminuição da ductilidade depende do metal adicionado e da quantidade adicionada, como visto na Tabela 3. Geralmente isso depende do tamanho de partícula do elemento adicionado, bem como de sua estrutura cristalina natural. Rutênio e Ósmio têm uma estrutura cristalina específica que tem um efeito de endurecimento significativo quando adicionado à platina. As ligas de Pt-Os, em particular, são extremamente duras e praticamente impraticáveis, o que não rende muitas aplicações no mundo real. No entanto, a adição dos outros 4 PGMs à platina permite uma gama de propriedades mecânicas com vários usos.

Tabela 3:Propriedades do material PGM (Observação:a dureza e a resistência à tração são valores trabalhados a frio)



A platina e suas ligas são biocompatíveis, dando-lhes a capacidade de serem colocadas no corpo humano por longos períodos de tempo sem causar reações adversas ou envenenamento. Portanto, os dispositivos médicos, incluindo fixações de parafusos do músculo cardíaco, stents e bandas marcadoras para dispositivos de angioplastia, são feitos de platina e suas ligas. Ouro e paládio também são comumente usados ​​em aplicações odontológicas.

As ligas de Pt-Ir são visivelmente mais duras e fortes do que qualquer uma das outras ligas e são excelentes cabeças para velas de ignição na indústria automobilística. Às vezes, o ródio é adicionado às ligas de Pt-Ir para tornar o material menos elástico (já que são usados ​​como fio de mola médico), além de aumentar sua trabalhabilidade. Os pares de fios Pt e Pt-Rh são extremamente eficazes na medição de temperaturas e, portanto, são usados ​​em termopares.

Usinagem de metais preciosos

Os dois parâmetros que têm mais efeito na usinagem são a dureza e o alongamento percentual. A dureza é bem conhecida por maquinistas e engenheiros em toda a indústria de manufatura, pois indica a resistência de um material à deformação ou corte. O alongamento percentual é uma medida usada para quantificar a ductilidade do material. Indica ao projetista o grau em que uma estrutura se deformará plasticamente (permanentemente) antes da fratura. Por exemplo, um plástico dúctil como o polietileno de peso molecular ultraelevado (UHMWPE) tem um alongamento percentual de 350-525%, enquanto um material mais frágil, como o ferro fundido temperado e temperado em óleo (grau 120-90-02) tem um percentual alongamento de cerca de 2%. Portanto, quanto maior o alongamento percentual, maior a “gomosidade” do material. Os materiais gomosos são propensos a ter arestas postiças e tendem a produzir lascas longas e fibrosas.

Ferramentas para metais preciosos

A ductilidade do material torna uma ferramenta de corte afiada essencial para cortar metais preciosos. As ferramentas de Hélice Variável para Liga de Alumínio podem ser usadas para materiais mais macios, como ouro puro, prata e platina.

Figura 2:Fresa de topo quadrada de hélice variável para ligas de alumínio

Materiais de maior dureza ainda requerem uma aresta de corte afiada. Portanto, a melhor opção é investir em uma ferramenta PCD Diamond. O wafer PCD tem a capacidade de cortar materiais extremamente duros, mantendo uma aresta de corte afiada por um período de tempo relativamente longo, em comparação com as arestas de corte de metal duro e HSS padrão.

Figura 3:Fresa de topo quadrada diamantada PCD

Gráficos de velocidades e feeds:

Figura 4:velocidades e avanços para metais preciosos ao usar um quadrado não ferroso, 3x LOC


Figura 5:velocidades e avanços para metais preciosos ao usar uma fresa de topo PCD quadrada de 2 flautas