Seleção de Ferramentas de Corte: Guia Completo para Usinagem de Metais Ferrosos e Não-Ferrosos

Importa se um material de metalurgia é ferroso ou não-ferroso? O fator mais importante é entender como qualquer material funciona com suas ferramentas de corte em suas máquinas — e isso importa, encontram fabricantes de ferramentas com conhecimento de metalurgia. Descubra o que você precisa saber sobre as principais diferenças nos tipos de metal para usinagem.

Pergunte a qualquer maquinista para definir a palavra "ferroso" e você provavelmente ouvirá a mesma resposta: Metais ferrosos são os que enferrujam — aço carbono, ferro fundido, aço ferramenta e assim por diante. Esta afirmação, embora verdadeira, é incompleta, pois a definição metalúrgica é tanto mais específica quanto abrange uma gama muito mais ampla de metais.

"Simplesmente, materiais ferrosos contêm ferro", diz Aaron Schade, gerente de programa para o Knowledge Center Americas da Kennametal. "Então, claro, isso inclui ferro fundido e aço, mas você também está olhando para metais que não enferrujam tipicamente, como aço inoxidável e a maioria das superligas."

Mas olhado de outra forma, o grupo de materiais não-ferrosos inclui alumínio, cobre, latão, plástico, compósitos, e qualquer coisa não neste grupo pode ser classificada como ferrosa. Mas seja ferroso ou não-ferroso, ambos contêm uma enorme variedade de materiais que requerem uma ampla gama de diferentes características de design, velocidades e avanços, explica Schade.

Um purista poderia argumentar que muitas ligas de alumínio e até alguns cobres e bronzes são portanto ferrosos porque estes também contêm pequenas quantidades de ferro. Mas isso é provavelmente uma simplificação excessiva. Não é apenas se o ferro está presente: É a quantidade de ferro, nota Schade.

Metais não-ferrosos não contêm base de ferro ou quantidades significativas de ferro. Por exemplo, aço inoxidável 316 contém aproximadamente 62 a 72 por cento de ferro; Inconel 718 é base níquel, mas ainda contém 17 por cento de ferro e alumínio 6061-T6 contém no máximo 0,7 por cento de ferro. É por isso que Schade diz que é difícil fazer afirmações gerais sobre um tópico tão profundamente técnico.

"O que é mais relevante é identificar quais ferramentas funcionam melhor para um dado material, independentemente de sua nomenclatura", diz Schade.

Binky Sargent, gerente de análise de materiais na Kennametal, concorda. "Seja ferroso ou não-ferroso, 304 inoxidável ou 6061-T6, a coisa mais importante a considerar é como a ferramenta de corte interage com o material", diz ela. "Você precisa saber como o cavaco é formado e as maneiras mais eficazes de removê-lo da zona de trabalho, que efeito as propriedades térmicas e químicas do material terão na ferramenta, e a forma da característica da peça relativa à forma e geometria do cortador."

Essencialmente, a seleção adequada de ferramentas depende de muito mais que a classificação metalúrgica do material da peça.

Metais Ferrosos vs. Não-Ferrosos: Selecionando a Ferramenta de Corte Certa

Kennametal e outros fabricantes de ferramentas de corte evitam "ferroso vs. não-ferroso", e em vez disso baseiam seus agrupamentos de materiais em características metalúrgicas como dureza, resistência, ductilidade, condutividade térmica e composição química. São estes atributos que determinam qual ferramenta de corte é mais eficaz na usinagem de qualquer material dado, e como melhor aplicá-la. A lista a seguir descreve cada uma das categorias da Kennametal, junto com algumas diretrizes básicas sobre seleção de ferramentas de corte:

Aço: P1 – P6

Aços de baixo carbono como 1018 e A36 caem na categoria P1, enquanto P6 inclui PH (endurecimento por precipitação) e aços inoxidáveis série 400 (440C, 15-5, e 17-4, para citar alguns). Entre eles ficam os aços ferramenta (D2, S7), aços para molde (P20), e vários aços de liga (4340, 8620, etc.). Geralmente falando, uma ferramenta de metal duro com rake positivo e revestida de óxido de alumínio funciona bem nos metais P1 e P2 mais macios, enquanto uma com maior preparação de aresta (pense em K-lands) e rake mais negativo é preferida conforme a dureza aumenta.

Aço Inoxidável: M1 – M3

Diferente dos aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos encontrados no agrupamento P, aços inoxidáveis tipo M1 e M2 são austeníticos (significando que têm estrutura cristalina cúbica de face centrada), enquanto os aços duplex M3 (Nitronic é um) têm uma microestrutura de duas fases que inclui ferritas, tornando-os muito tenazes. Aços inoxidáveis e duplex também contêm pelo menos 10,5 por cento de cromo, bem como níquel e outros elementos desafiadores. Como regra, use uma ferramenta CVD-revestida com rake positivo, preparação mínima de aresta, avanços moderados, e menores profundidades de corte.

Precisa de ajuda com usinagem de níquel? Leia "5 Dicas de Corte de Metal para Ligas de Níquel de Alta Temperatura."

Ferro Fundido: K1 – K3

Ferro é encontrado em tudo, desde tampas de bueiro, que usam K1 ou ferro fundido cinzento, a discos de freio, que usam CGI, ou ferro grafítico compactado, que é um metal K2, aos tornos encontrados nos centros de usinagem da oficina. Tornos usam um ferro dúctil grau K3, também conhecido pelo nome comercial "Dura-Bar." Todos os ferros são de cavacos curtos e abrasivos que fazem ferramentas de corte de topo plano (rake zero a negativo) cerâmicas e PCBN a primeira escolha. Metal duro CVD-revestido faz um bom trabalho em todos, exceto nos ferros mais duros.

Não-Ferrosos: N1 – N7

Como aponta Schade da Kennametal, não-ferroso é qualquer material que não contém ferro — na maioria. Designação N1 através N3 inclui todos os alumínios do onipresente 6061-T6 ao eutético, e muito abrasivo, Al-12Si.

N4 significa cobre, latão e ligas à base de zinco, que é uma lista considerável de metais largamente de livre usinagem. N5 através N7 contém tudo, desde plástico e borracha a grafite e CFRP.

Da perspectiva de ferramenta de corte, a maioria destes materiais usina bem com um metal duro de rake alto-positivo, geralmente não revestido ou PCD, ou inserto de diamante policristalino, embora plásticos e borrachas macios possam cortar melhor com uma broca HSS muito afiada.

Superligas: S1 – S4

Como o nome implica, a série S de ligas de alta temperatura estão entre os mais difíceis de todos os materiais para usinar e incluem:

• S1: A286, que é base ferro ou liga S1
• S2: Stellite que contém cobalto
• S3: Inconel 625 e Monel são superligas altas em níquel
• S4: Titânio como Ti6Al-4V é o material mais comum

Cavacos longos e fibrosos são a regra, assim como entalhe de profundidade de corte, endurecimento por trabalho e aresta de acúmulo. Ferramentas de corte afiadas, com rake positivo são necessárias, junto com velocidades de corte mais lentas e configuração rígida. Para maior produtividade, considere ferramentas de corte cerâmicas, com a única exceção sendo titânio, devido à sua reatividade química.

Materiais Endurecidos: H1 – H4

Uma vez que aço ferramenta, aço inoxidável pH e aços de alto carbono foram endurecidos através de tratamento térmico, é frequentemente necessário mudar de uma ferramenta de corte de metal duro para uma feita de cerâmica ou "PCBN", que significa nitreto de boro cúbico policristalino.

Profundidades de corte e velocidades de corte também devem ser reduzidas, para mitigar a extrema resistência ao desgaste e abrasividade de materiais endurecidos H1 (até 48 HRC) a H4 (maior que 60 HRC). Como com superligas, quanto mais rígida a configuração, melhor.

Critérios para Seleção de Ferramentas de Corte Similares Entre Fabricantes de Ferramentas

Brian Hoefler, engenheiro de aplicação corporativo para Seco Tools e Sandvik Machining Solutions, usa descrições de materiais ligeiramente diferentes que a Kennametal, mas os critérios básicos para seleção de ferramentas de corte são os mesmos.

"A usinabilidade de qualquer material depende largamente de sua microestrutura, condutividade térmica, teor de carbono, a presença de elementos de liga como molibdênio e tungstênio, e uma série de outras variáveis", diz Hoefler.

No fim do dia, escolher a ferramenta certa tipicamente se resume a qual material de ferramenta de corte, geometria e revestimento é mais eficaz em quebrar as ligações metalúrgicas do material da peça enquanto suporta o calor e abrasividade gerados durante a usinagem.

"Quando em dúvida, comunique-se com um fornecedor de ferramentas de corte conhecedor para ajuda", diz Hoefler. "Não importa o que você esteja cortando, chances são excelentes de que há uma solução produtiva e custo-efetiva disponível."

Quão bem você conhece a composição metálica dos materiais que corta? Compartilhe com seus pares.