USINABILIDADE DO FERRO FUNDIDO CINZENTO

USINABILIDADE DO FERRO FUNDIDO CINZENTO

O conceito de usinabilidade está ligado ao desgaste da ferramenta de corte, entendendo-se assim que um material de alta usinabilidade resulta em longa vida da ferramenta. A usinabilidade envolve ainda outros aspectos, como força de corte e acabamento superficial.

Os ferros fundidos são considerados materiais de alta usinabilidade, sendo utilizados em muitos componentes devido a esta sua característica. A grafita presente nos ferros fundidos desempenha um papel importante na usinabilidade, porém também a presença de inclusões de sulfetos e a relação ferrita/perlita da matriz possuem efeito significativo.

A usinagem de ligas de ferro fundido cinzento pode ser considerada uma tarefa fácil quando comparada com usinagem de aços. A presença de grafitas em forma de veios (cerca de 10% de volume) em sua microestrutura age como lubrificante e facilita a ruptura do cavaco.

Segundo WEINGAERTNER, W. L.; SCHROETER, R. B, 2002, são utilizados quatro critérios para caracterizar a usinabilidade de um material. Sào eles:

• Vida útil do inserto;
• Força de usinagem;
• Qualidade da superfície da peça;
• Formação de cavacos, com forma e tamanho dos cavacos.

Efeito da Microestrutura na Usinabilidade do Ferro Fundido Cinzento

Muitas propriedades dos materiais são conhecidas por influenciar na usinabilidade, tais como dureza, resistência mecânica, ductilidade, taxa de resfriamento, condutividade térmica e estabilidade química do material. (YAMANE, Y; et al, 2006)

Essas propriedades são, por sua vez, influenciadas pela microestrutura do material, presença de partículas duras, inclusões e elementos que melhoram o coeficiente de atrito do material e a quebra do cavaco, entre outros. Portanto, esses fatores podem ser relacionados com a usinabilidade. (DINIZ, A. E; et al, 2003)

Para COELHO, R. T, et al, 2001, a microestrutura do ferro fundido é um dos principais indicadores sobre sua usinabilidade. O percentual de ferrita e perlita na matriz, bem como a forma, tamanho e distribuição da grafita e a presença de inclusões estão diretamente relacionados com os parâmetros indicativos da usinabilidade do material, como vida útil de ferramenta e rugosidade da amostra.

À medida que a quantidade de perlita na matriz aumenta (e por sua vez, a quantia de ferrita diminui), a dureza e a resistência mecânica também aumentam. Assim, consequentemente, a vida da ferramenta tende a diminuir. A Tabela 4 mostra o efeito da microestrutura do ferro fundido na vida útil da ferramenta. Tal tabela permite observar que a microestrutura do ferro fundido varia entre ferrita, perlita grosseira, perlita fina e cementita, e a vida útil do inserto diminui devido, principalmente, ao aumento da dureza e resistência mecânica do material. (MILLS, B; REDFORD, A. H. 1983)

Tabela 4 – Efeito da microestrutura na vida da ferramenta.

Microestrutura da matriz	Dureza (HB)	Relação de vida útil da ferramenta
Ferrita	120	20
50% ferrita e 50% perlita	150	10
Perlita grosseira	195	2
Perlita média	215	1,5
Perlita fina	218	1
Perlita fina com excesso de cementita	240	0,3

Fonte: Mills, B; Redford, A. H. 1983.

No ferro fundido cinzento, o carbono encontra-se em forma de veios de grafita. Estes veios são geralmente quebradiços, permitindo assim a fácil ruptura do cavaco na usinagem. Além disso, a grafita lamelar proporciona uma lubrificação na interface cavaco/ferramenta/peça. Apesar da presença de grafita em forma de veios ser um fator importante na usinabilidade do material, tal propriedade está fortemente ligada com a matriz do material, que determinará sua dureza e resistência mecânica. (DINIZ, A. E; et al, 2003)

A Tabela 5 apresenta os valores de dureza dos microconstituintes comuns do ferro fundido cinzento.

Tabela 5 – Dureza dos microconstituintes do ferro fundido cinzento.

Microconstituinte	Dureza (Kg/mm2 – 100g de carga)
Grafita	15 – 40
Ferrita	215 – 270
Perlita	300 – 390
Steadita	600 – 1200
Carbonetos	1000 - 1200

Fonte: ASM Handbook, 1992.

A presença de elementos de liga é também muito importante para a usinabilidade dos ferros fundidos. Pereira, A. A, 2005, estudou a influência de diferentes quntias de enxofre na usinabilidade do ferro fundido cinzento sobre o torneamento em diferentes velocidades de corte. Uma variação de 0,065% a 0,18% na quantidade de enxofre não produziu nenhuma alteração significativa nas propriedades mecânicas ou na microestrutura do material. Por outro lado, a vida útil de ferramenta obtida no torneamento do fundido contendo o mais baixo teor de enxofre foi acima de 38% mais curta em comparação com o fundido contendo o maior percentual, conforme mostra a Figura 27.

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Figura 27 – Vida de ferramenta em função do percentual de enxofre.

Fonte: Pereira, A. A, 2005. p.124.

A inoculação também tem efeitos sobre a microestrutura e consequentemente sobre a usinabilidade do ferro fundido cinzento. ELEFTHERIOU, E; BATES, C. E, 1999, realizando ensaios de furação em ferros fundidos cinzentos produzidos com diferentes inoculantes (FeSi-Ca, FeSi-Ce, FeSi-Sr), verificando melhores resultados de usinabilidade com inoculantes à base de FeSi-Sr, que forneceu também os maiores valores de quantidade de células eutéticas.

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