2.6.1. Importância, Características Físicas e Usinagem dos Aços Inoxidáveis
De acordo com Metals Handbook (1972), aço inoxidável é a denominação dada a ligas de ferro resistentes à corrosão, à oxidação e ao calor. Esse material contém, no mínimo, 10,5% de cromo, outros elementos também integram essas ligas, porém o cromo é o elemento de liga mais importante, responsável por criar uma camada passivadora de óxido e hidróxido de cromo, que é resistente e uniforme, tem excelente aderência e plasticidade, baixa porosidade e volatilidade além de solubilidade praticamente nula.
Os aços inoxidáveis são de suma importância para diversos ramos industriais. As suas excelentes propriedades físicas, oferecem vasta aplicabilidade nas indústrias químicas, aeroespaciais e automotivas por possuírem elevada resistência mecânica, alta resistência a fratura, a fadiga térmica e mecânica e principalmente a corrosão, quando comparada ao aço carbono (SHOKRANI et al., 2012). Entre os inoxidáveis, o aço austenítico 304 é menos suscetível a corrosão intercristalina, pelo teor mais baixo de carbono. São utilizados em equipamentos para processamento de alimentos e recipientes criogênicos (CHIAVERINI, 1986). ArcelorMittal (2008) ainda cita que esses materiais tem aplicações em temperatura ambiente, em altas temperaturas (até 1150°C) e em baixíssimas temperaturas (condições criogênicas), uma série de alternativas que dificilmente são conseguidas com outros materiais
Por outro lado, os aços inoxidáveis austeníticos estão na classe dos mais difíceis de usinar. A baixa usinabilidade desses aços é devido às características tais como: alta tendência de encruamento, baixa condutividade térmica (Fig 2.10), alta ductilidade e resistência ao cisalhamento (KORKUT et al., 2003). Devido à alta resistência mecânica desse material, o mesmo requer uma elevada energia de corte. Similares às ligas de titânio e níquel, na usinagem dos aços inoxidáveis a geração de calor não é eficientemente transferida para a peça e o cavaco, devido sua baixa condutividade térmica. Assim, o calor gerado durante a usinagem é concentrado na região de corte, resultando em elevadas temperaturas nessa região, que aumentam os desgastes da ferramenta por processos
termicamente induzido, como a difusão e a reação química entre a ferramenta e o material da peça (SHOKRANI et al., 2012).
As condições de corte, quando possível, são escolhidas a fim de se evitar ou minimizar a formação de cavacos de características indesejáveis e, portanto, prejudiciais. Os aços inoxidáveis austeníticos apresentam, em geral, cavacos longos que levam a um desgaste acelerado da ferramenta, são caracterizados pela baixa condutividade térmica e pela alta capacidade de endurecimento por deformação, além de serem materiais que aderem à aresta de corte, formando APC (MACHADO et al., 2011).
Figura 2.10 - Condutividade térmica de aços inoxidáveis e aço-carbono (MARTIN e QCQUIDANT, 1992)
Para usinagem de aço inoxidável recomenda-se (MACHADO et al., 2011):
i) As principais características encontradas na usinagem de aços inoxidáveis são alta tendência para endurecimento por deformação, altas forças de corte (comparados a aços- carbono com equivalente porcentagem de carbono) e formação de cavacos de difícil controle, devido a isso há necessidade de ferramentas com quebra-cavacos.
ii) Para melhor desempenho, selecionam-se menores valores de raio de ponta, arestas afiadas, classes com maior dureza e coberturas PVD, as quais, em geral, produzem, arestas mais afiadas.
iii) Para operações de desbaste, é preferível usar altos valores de avanços e profundidades de usinagem combinados com baixas velocidades.
2.6.2. Fluidos de Corte Indicados para Usinagem de Aços Inoxidáveis
A seleção de fluido de corte ideal para um processo de usinagem é uma difícil tarefa, por haver vasta variedade de produtos disponíveis no mercado. Para Ferraresi (1977) e Diniz et al. (2010) os principais fatores de escolha do fluido adequado são o material da peça, a severidade da operação (condições de usinagem), o material da ferramenta e a operação de usinagem. Em operações mais severas recomenda-se o uso de óleo graxo- mineral sulfurado-clorado. Em alguns casos são usados os óleos emulsionáveis (quer o tipo comum quer o tipo aditivado – EP). Já os catálogos dos fabricantes de fluido de corte indicam diversos tipos de fluidos para a usinagem desses materiais, desde fluidos de corte solúveis minerais, semi-sintéticos e sintético aos fluidos de corte integral.
Ozcelik et al. (2011) investigaram as influências dos fluidos de corte de base vegetal (óleo de girassol refinado e óleo de canola) com diferentes porcentagem de aditivos de extrema pressão (EP) e dois fluido de corte comercial (semi-sintético e emulsão), no processo de torneamento do aço AISI 304L, utilizando ferramentas de metal duro revestida com TiN. Considerando o desempenho desses fluidos de corte em função da rugosidade, forças de avanço e de corte e desgaste da ferramenta, os resultados mostraram que o óleo de canola, com 8% de aditivo EP em sua composição, produziram os melhores resultados.
Ávila et al. (2004) estudaram a influência da composição de fluidos de corte sobre a usinabilidade do aço inoxidável austenítico ABNT 304. Testes de torneamento contínuo foram conduzidos utilizando ferramentas de corte de metal duro revestido. Os testes foram realizados a seco e com fluidos de corte sintéticos com uma concentração de 5%. Estes fluidos apresentaram variações em sua composição quanto ao aditivo EP e à base lubrificante empregados (aditivação de cloro com bases de cadeias curta e longa e de enxofre com base de cadeia curta). Foram coletados os dados de forças de usinagem (força de corte e força de avanço) e de rugosidade média (Ra) das superfícies usinadas. Os
resultados de força de usinagem indicaram que o desempenho dos fluidos de corte variou de acordo com as condições de corte empregadas. Já para o acabamento da peça usinada, os fluidos com aditivação de cloro e base lubrificante de cadeia longa apresentaram os melhores resultados.