Domine Materiais CNC: Guia Completo de Seleção de Aço e Alumínio

Em setores que requerem peças de alto desempenho e duráveis, como indústrias automotiva, aeroespacial e de robótica, aço e alumínio tendem a ser os materiais de escolha para muitas aplicações. No entanto, aço e alumínio têm características físicas e pontos de preço muito diferentes, então é muito importante determinar qual é mais adequado para uma dada peça.

Um desses fatores determinantes é tipicamente o método de manufatura, que nestas indústrias é frequentemente usinagem CNC. Ao usinar uma peça de metal, existem várias razões principais pelas quais aço pode ser uma escolha de material mais apropriada que alumínio. Embora o alumínio seja incrivelmente leve, o aço é muito mais forte. Além disso, o alumínio tende a ser muito mais caro.

No entanto, a escolha não se resume apenas a alumínio versus aço. O aço é na verdade uma família de materiais, e é importante avaliar cuidadosamente diferentes aços — e suas respectivas vantagens e limitações — durante o processo de seleção de material. Aqui estão quatro dos tipos de aço mais comumente usinados, e o que equipes de produto devem saber sobre cada um.

1. Aço 4140

O aço 4140 é usado em numerosas indústrias por sua alta resistência à fadiga, tenacidade geral e resistência à abrasão e impacto. A composição química do 4140 o torna particularmente forte, tenaz, dúctil e endurecível. Além disso, o cromo e molibdênio contribuem para resistência à corrosão, e o teor de manganês e carbono aumentam ainda mais a endurecibilidade enquanto promovem desoxidação. É considerado altamente versátil e prontamente usinável, e pode ser usado para muitas peças de aço de uso geral.

O aço 4140 é muito mais tenaz que aços carbono simples, então requer mais força para conformação eficaz. Além disso, ao usinar aço 4140, recozimento é mais importante que com aços simples de baixo carbono. Embora frequentemente seja endurecido por têmpera, o 4140 não é facilmente soldado e requer tratamento térmico pré e pós-solda para prevenir trincas, além de estar atento ao uso de material de adição compatível.

O 4140 demanda custo de material ligeiramente superior a aço carbono não ligado puro, bem como custo de usinagem substancialmente maior. No entanto, como é tão forte e durável, é considerado altamente custo-efetivo.

Especificações mecânicas:

• Tratamento térmico: Têmpera em óleo, têmpera a 540°C, redondo 25mm
• Resistência à tração máxima: 1140 MPa
• Alongamento na ruptura: 18%
• Módulo de elasticidade: 205 GPa
• Dureza: 35 HRC

2. Aço 1018

O aço 1018 é um aço carbono de uso geral composto de ferro, carbono, manganês, fósforo e enxofre. O aço 1018 tem excelente soldabilidade, mas não é tão duro quanto alguns outros aços.

O benefício primário do aço 1018 é sua trabalhabilidade. É muito fácil de conformar, forjar, soldar e trabalhar a quente, o que o torna favorável para peças que requerem dobras severas ou outras características finas. Como tal, o aço 1018 é frequentemente usado para aplicações como eixos, fusos, pinos ou hastes. Também é considerado boa escolha para peças cementadas.

Embora o aço 1018 possa ser soldado, soldagem não é recomendada quando o aço foi carbonitretado e cementado. Esta é uma limitação que equipes de manufatura devem estar cientes ao trabalhar com aço 1018. Devido à textura relativamente macia do material, também pode ser difícil de finalizar.

A usinabilidade, resistência e precisão do aço 1018 vêm com alto preço. É mais caro que alguns aços comparáveis, mas é muito mais adequado para usinagem CNC que estes aços similares.

Especificações mecânicas:

• Trefilado a frio
• Resistência à tração máxima: 440 MPa
• Alongamento na ruptura: 15%
• Módulo de elasticidade: 200 GPa
• Dureza: 71 HRB

3. Aço 1045

O aço 1045 é composto de ferro, carbono, silício, manganês e enxofre ou fósforo. É um aço de médio carbono projetado para resistência e dureza. Sua precisão dimensional, retidão e concicidade o tornam especialmente adequado para aplicações de alta velocidade. É frequentemente usado para fazer parafusos, pinos, engrenagens, eixos e árvores.

O 1045 é frequentemente selecionado por sua resistência relativa e resistência a impacto. O aço 1045 mede 54 no teste de impacto Izod. Também é altamente usinável e pode ser mais facilmente soldado que aços de alto carbono ou alta liga, seja na condição trefilada a frio ou normalizada.

No entanto, como o 1045 é um aço de resistência à tração média e endurecibilidade média, não é adequado para aplicações que requerem material de altíssima resistência. Para aplicações que requerem mais resistência e resistência ao desgaste que aços suaves, mas menos que os aços mais duros, o 1045 pode ser uma boa opção.

O aço 1045 pode ser endurecido por chama ou indução nas condições laminada e normalizada. No entanto, não responde favoravelmente à nitretação, pois carece dos elementos de liga necessários.

O aço 1045 é mais caro e oferece maior resistência que o aço 1018, mas muita da mesma soldabilidade e usinabilidade, contribuindo para seu custo maior.

Especificações mecânicas:

• Trefilado a frio
• Resistência à tração máxima: 625 MPa
• Alongamento na ruptura: 12%
• Módulo de elasticidade: 206 GPa
• Dureza: 88 HRB

4. Aço 4130

Considerado um aço de baixo carbono, o aço 4130 é composto de ferro, carbono, cromo, manganês, molibdênio, fósforo, silício e enxofre. O 4130 é um aço excepcionalmente tenaz, relativamente fácil de tratar termicamente e altamente trabalhável.

O aço 4130 oferece módulo de elasticidade mais alto que a maioria dos outros aços de resistência última similar, o que lhe permite suportar altos esforços. Esta qualidade torna o aço 4130 especialmente favorável como aço estrutural, usado para várias aplicações de construção. Por todas estas razões, o 4130 é frequentemente usado na criação de equipamentos de manufatura, máquinas de britagem de rocha e produtos de solda por resistência. O aço 4130 é adequado para uma variedade de processos de tratamento térmico.

Embora o aço 4130 seja altamente tratável termicamente, pode ser desafiador de soldar. Sua alta endurecibilidade torna desafiador selecionar metal de adição compatível que terá resistência comparável. Uma compreensão das propriedades do 4130 e das propriedades de qualquer metal de adição é necessária para soldar este aço com sucesso.

O aço 4130 é um aço de custo relativamente baixo, tanto em termos de custo de matéria-prima quanto de custo de corte. É, em muitos aspectos, comparável a aço inoxidável grau aeronáutico em suas propriedades físicas, mas vem com preço muito menor, tornando-o opção desejável para muitas equipes de produto.

Especificações mecânicas:

• Têmpera em água 855°C, têmpera 450°C, redondo 25mm
• Resistência à tração máxima: 993 MPa
• Alongamento na ruptura: 18,5%
• Módulo de elasticidade: 205 GPa
• Dureza: 31 HRC

Tire o máximo proveito de qualquer aço com a ajuda de um parceiro de manufatura

A usinagem CNC é um processo de manufatura altamente versátil que permite a criação rápida de peças fortes e funcionais feitas de incontáveis materiais, incluindo aços. No entanto, determinar o melhor aço — ou outro metal ou plástico — para um dado projeto pode ser desafiador e demorado, particularmente quando enfrentado com tantas opções.

É aí que um parceiro de manufatura experiente como a Fast Radius pode ajudar. Nossa equipe de designers, engenheiros e gerentes de projeto tem anos de experiência ajudando clientes a simplificar e otimizar todo o processo de manufatura — do design, prototipagem e seleção de material à produção e fulfillment. Estamos bem equipados para ajudar equipes de produto de todos os formatos e tamanhos a selecionar o material de usinagem CNC certo para seus requisitos únicos e ponto de preço. Entre em contato hoje para começar.

Para mais informações sobre usinagem CNC e dicas especializadas para seleção de material, confira nossos artigos relacionados no centro de aprendizado da Fast Radius.