USINABILIDADE DOS FERROS FUNDIDOS CINZENTOS

Na usinagem dos ferros fundidos cinzentos, a vida da ferramenta, as velocidades de corte e de avanço sofrem influência direta da microestrutura. Para um ferro fundido cinzento, a microestrutura é o principal indicador de sua usinabilidade, pois além da influência da própria matriz ou da porcentagem relativa de ferrita e perlita, o tipo de lamela de grafita (quantidade, distribuição e tamanho) também influência na usinabilidade do material. (Coelho et al. 2001)

Como a liga do ferro fundido cinzento é caracterizada pela grande quantidade de lamelas de grafita, os quais introduzem descontinuidades (vazios) na matriz do metal e que reduzem a ductilidade, causando a quebra fácil dos cavacos (formando cavacos de ruptura) e

geram um comprimento de contato cavaco-ferramenta pequeno, e por esta razão, quando se aumenta a quantidade de grafita, melhora-se a usinabilidade permitindo baixas forças de usinagem e potência consumida, baixas taxas de desgaste e altas taxas de remoção de material.

A grafita do tipo C é associada com grandes flocos grosseiros e a presença deste tipo de grafita torna difícil a obtenção de bom acabamento de usinagem. A grafita do tipo A, randômica orientada, promove boas propriedades mecânicas além de melhorar a usinabilidade dos ferros fundidos com este tipo de grafitização. São mais dúcteis e seus efeitos ficam mais pronunciados quando a taxa de carbono equivalente aumenta. O tipo D promove bom acabamento de superfície. (ASM, 1982)

A grafita também adiciona ao material características lubrificantes, de modo a contribuir para a diminuição do atrito entre peça e ferramenta e evitar/minimizar a aderência do cavaco com a peça e, assim, evitar/minimizar fenômenos com a aresta postiça de corte e o desgaste por atrito. (Chiaverini, 2007)

A ferrita é essencialmente um constituinte livre de carbono. Com a exceção da grafita, a ferrita tem a dureza mais baixa que qualquer constituinte do ferro. Entretanto, não é tão mole quanto a ferrita de aços de baixo carbono, porque no ferro fundido, a ferrita contém silício. O efeito moderado de dureza do silício dissolvido promove à ferrita facilidade de corte. Isto deve-se ao fato que, este elemento, nas usuais taxas de 1,5% a 3,0% afeta muito pouco a vida da ferramenta. O mesmo já não ocorre em ferros fundidos especiais com altos teores de silício na ordem de 14%, os quais são de difícil usinabilidade. (IFSI, 1971)

A ferrita tem dureza na ordem de 100 a 150 HB e em grandes quantidades melhora a usinabilidade. É o microconstituinte de melhor usinabilidade, excetuando-se apenas os casos em que se encontra fortemente ligada com cromo, silício e alumínio. (Silveira, 1983)

A perlita é constituinte comum em ferros fundidos de média resistência e dureza. É composta de lamelas alternadas de ferrita mole e carbeto de ferro duro. A estrutura mais fina é mais dura. Portanto, deve ser usinada em menores velocidades de corte. Para os ferros fundido cinzento, a perlita assegura a melhor combinação de usinabilidade e resistência ao desgaste (IFSI, 1971). Em termos de propriedades mecânicas, elas estão entre às propriedades da ferrita e da cementita, portanto possui dureza entre 150 e 350 HB. A perlita fina é mais resistente e, portanto de mais difícil usinagem, enquanto, a perlita grosseira é menos resistente e mais usinável. (Angus, 1963)

Para um ferro fundido cinzento com uma matriz mais dura, a velocidade de corte necessária para manter a vida da ferramenta constante torna-se menor, ou seja, a usinabilidade

diminui, sob o critério de vida da ferramenta. Quando a porcentagem da perlita aumenta e a da ferrita diminui, a vida da ferramenta obtida em operações de usinagem como torneamento, fresamento tangencial, e furação diminui. (ASM, 1989)

A tabela 4 mostra que para uma estrutura composta por 5% de cementita e 95% de perlita fina, as velocidades de corte usadas precisariam ser igual a 25% da que seria utilizada se a liga fosse 100% ferrítica para obtenção da mesma vida de ferramenta. Pequenas variações na microestrutura podem fazer grande diferença na usinabilidade. (Silveira, 1983).

Tabela 4- Efeito da estrutura na velocidade prática de Torneamento.

Fonte: Chiaverini (2007)

Para usuários de ferros fundidos, maiores valores de dureza acarretam em maiores problemas durante a usinagem. A usinabilidade do ferro fundido nodular com 230 HB, por exemplo, é menor que a metade em termos de vida da ferramenta, se comparada com ferro fundido nodular com 170 HB. (Bjorkregen e Johannesson, 1999)

Isso não necessariamente quer dizer que valores extremamente baixos também não acarretam em problemas, principalmente nas operações de acabamento em que exige-se maior precisão dimensional e menores valores de rugosidade, pois acarretam em maiores dificuldades para que o cavaco seja separado da superfície da peça de maneira mais homogênea.

Ferros fundidos que apresentam geometrias complexas, com paredes com espessuras diferentes, apresentam durezas variadas, pois para cada seção ocorreu durante a fundição diferentes velocidades de resfriamento. Consequentemente, a usinabilidade nestes ferros também é diferente de um ferro fundido com forma simples (paredes com espessuras

uniformes), tendo pontos de usinagem mais fáceis, como também mais difíceis alternados dependentes destas seções.

Os ferros fundidos geralmente são tratados termicamente para minimizar estas diferenças, no entanto, na maioria das fundições, a diferença na usinabilidade de uma seção para outra é relativamente pequena. Isso não significa que uma condição local não pode estar presente nos fundidos e interferira seriamente no que está sendo usinado. Uma área dura no fundido pode ser formado como resultado de rápida solidificação, o que pode ocorrer em uma seção fina, como um canto vivo, ou adjacente a áreas finas do molde. Estas condições podem causar rápida solidificação fora do normal e resultar na formação de carbonetos duros. Tal formação de pontos duros pode ser geralmente corrigida por troca de molde ou práticas de fundição. (IFSI, 1971)

Também pode ocorrer de a superfície de uma peça de ferro fundido ter dureza maior e, consequentemente, usinabilidade menor que a região mais interior da peça, devido à maior taxa de resfriamento que resulta em maior formação de carbonetos e menor formação de grafitas.

Segundo Peach (2009) A estrutura mais refinada próxima à superfície exige maiores forças de corte, pois há múltiplas variáveis presentes, desde a morfologia da grafita, conteúdo de ferrita e geometria da superfície (figura 21).

Figura 21 - Força de corte aplicada para a superfície (esquerda) e interior da peça(direita).

Fonte: Peach (2009)

A dureza é um bom indicador da microestrutura e, portanto, da usinabilidade do ferro fundido, no entanto, não é consistente porque diferentes microestruturas com diferentes propriedades podem apresentar a mesma dureza.(IFSI, 1971)

Outro fator que prejudica a utilização da dureza é a heterogeneidade presente em peças com geometria complexa. Portanto para avaliar melhor a usinabilidade do ferro fundido é indicado combinar uma avaliação da microestrutura do local a ser usinado com o ensaio de

rugosidade depois, pois a rugosidade é o principal indicativo do desempenho da operação de usinagem, a qual está intrinsicamente relacionado com a microestrutura.