Usinagem de ferro fundido

Este item está dividido em duas partes, sendo que a primeira caracteriza o material de trabalho e a segunda apresenta alguns resultados de usinagem.

2.5.6.1 Ferros fundidos

Os ferros fundidos são ligas Fe-C-Si, em geral acima de 2%C, contendo ainda Mn, S e P, além de outros elementos de liga, que se solidificam a partir de um eutético. Nos ferros fundidos com presença de grafita, a sua microestrutura é formada por uma matriz similar a dos aços e por partículas de grafita. Dessa forma, uma matriz ferrítica resulta em baixos valores de resistência mecânica e altos valores de dutilidade e tenacidade. Por sua vez, uma matriz perlítica implica em maiores valores de resistência e baixos valores de dutilidade. Fazendo-se misturas de ferrita e perlita obtêm-se as diferentes classes de ferros fundidos, com diferentes combinações de propriedades, cada uma adequada para uma

aplicação específica. Ainda existem as classes de maior resistência que possuem matriz de martensita revenida ou austenítica. Finalmente, a grafita possui resistência mecânica muito baixa, de modo que, pode ser encarada como uma descontinuidade da matriz, exercendo um efeito de concentrador de tensão. Todavia, a forma da grafita tem profunda influência nas propriedades mecânicas, térmicas e na usinabilidade. Sendo assim, os ferros fundidos são classificados, principalmente, de acordo com a forma da grafita em: ferro fundido cinzento, branco, maleável, nodular e vermicular (ASM, 1993; ASM, 1998; GUESSER, 2009; BERNS; THEISEN, 2010). A Figura 32 ilustra a miscroestrutura dos ferros fundidos citados.

Figura 32 – Microestruturas de ferros fundidos. (a) Cinzento; (b) Branco; (c) Maleável; (d) Nodular e (e) Vermicular (BARBOSA, 2009).

O material de trabalho desta tese é o ferro fundido cinzento. Ele apresenta grafita na forma de veios e matriz perlítica, comumente. Cobrem uma faixa de limite de resistência de 150 a 300 MPa. A grafita na forma de veios fornece valores de condutividade térmica, que o torna um material muito empregado em componentes sujeitos a fadiga térmica, como, tambores e discos de freio e cabeçotes de motor, além disso, possuem a capacidade de amortecimento de vibrações, importante para bases de máquinas operatrizes e em aplicações com restrições de ruído, como, bloco de motor e carcaças (GUESSER, 2009). 2.5.6.2 Torneamento de ferro fundido cinzento

D’Errico e Calzavarini (1995) avaliaram ferramentas de corte cerâmicas no torneamento de diversos materiais aplicados nas indústrias automobilísticas, aeroespaciais e de transformação. No que se refere aos resultados com ferro fundido cinzento (190 HB), este foi usinado nas condições de vc 600 m/min, f 0,3 mm/volta, ap 1,5 mm, tempo de corte de 20 s, à seco e com fluido de corte. As ferramentas de Al2O3-ZrO2 (cerâmica branca) obtiveram desgaste de flanco médio (VBB) entre 0,05 e 0,10 mm no corte a seco, enquanto que no refrigerado as ferramentas falharam. Para as cerâmicas mistas (Al2O3-TiC) elas também tiveram o mesmo nível de desgaste, porém um dos fabricantes testados teve êxito na usinagem com fluido de corte, com VBB 0,08 mm, aproximadamente.

Ezugwu e Tang (1995) avaliaram desgaste de flanco máximo (VBBmax) e rugosidade da superfície usinada de uma classe intermediária de ferro fundido cinzento (G-17), amplamente utilizada na indústria automobilística. Os materiais de ferramenta de corte foram cerâmicas branca e mista com geometria rombóide e redonda. As condições de corte foram vc 300 e 500 m/min para a branca e mista, respectivamente, f 0,25 mm/volta e ap 2 mm. Os resultados para um tempo de corte de 3 min mostraram para as ferramentas Al2O3-ZrO2 nas geometrias rombóide e redonda, respectivamente, VBBmax 0,060 e 0,062 mm, rugosidades de 4,50 μm, e para as ferramentas de Al2O3-TiC na mesma sequência, VBBmax 0,059 e 0,057 mm e rugosidade de 3,71 e 4,52 μm.

Dobrzański e Mikuła (2005a) utilizaram insertos de Al2O3-TiC sem e com revestimento para estudar o desempenho de diversos tipos de filmes e técnicas de deposição, CVD e PVD. O material de trabalho foi um ferro fundido cinzento com dureza de 250 HB, torneado nas condições de corte de f = 0,15 mm/volta, ap = 2 mm e vc = 200 m/min. Seus resultados mostraram que para um critério de vida arbitrário de 13,5 min, o desgaste de flanco (VB) da ferramenta sem revestimento foi de 0,20 mm, enquanto o menor desgaste (VB = 0,12 mm) foi verificado para a ferramenta revestida com TiN+multiTiAlSiN+TiN (PVD) e o maior (VB = 0,17 mm) para aquela revestida com TiN+TiAlSiN+AlSiTiN (PVD).

Dobrzański e Mikuła (2005b) também fizeram uso de insertos de Al2O3-ZrO2 sem e com revestimento para estudar o desempenho de filmes e técnicas de deposição, CVD e PVD. Torneando ferro fundido cinzento nas condições de corte de f = 0,15 mm/volta, ap = 2 mm e vc = 200 m/min, seus resultados mostraram que para um critério de vida arbitrário de 11 min, o desgaste de flanco (VB) da ferramenta sem revestimento foi de 0,20 mm, enquanto o menor desgaste foi verificado para a ferramenta revestida com TiAlN (PVD), VB = 0,13 mm, e o maior desgaste VB = 0,20 mm para aquela revestida com TiN (PVD).

Sarma e Dixit (2007) compararam o desempenho de cerâmicas mistas (Al2O3-TiC) no torneamento de ferro fundido cinzento (143 HB) à seco e resfriadas com ar. Eles avaliaram força de corte, rugosidade e desgaste de flanco. A refrigeração foi feita a partir de um compressor e o fluxo de ar seco foi de 150 m/s a 1,5 bar. Seus resultados iniciais mostraram que com velocidade de corte entre 480 e 600 m/min, as ferramentas apresentaram um excessivo desgaste com intervalo de vida entre 2 e 15 min, além de rugosidade acima de 3 μm. Na sequência um planejamento fatorial 23 _{foi executado com v}

c 100 e 400 m/min, f 0,04 e 0,16 mm/volta e ap 1 e 1,5 mm. Seus resultados de rugosidade se apresentaram melhor com maior velocidade de corte, menor avanço, profundidade de corte e na condição à seco (1,5 μm). Notaram que nas ferramentas em alta velocidade de corte a refrigeração reduziu o desgaste no flanco, em quaisquer condições de avanço e profundidade, com VB = 0,15 mm (f 0,04 mm/volta e ap 1 mm) e VB < 0,15 mm (f 0,16 mm/volta e ap 1,5 mm).

Finalmente, observaram que a refrigeração também causou a diminuição das forças de

corte, com valores de 100 N (f 0,04 mm/volta e ap 1 mm) e 300 N (f 0,16 mm/volta e ap 1,5 mm). O tempo de usinagem foi de 2 min para as maiores condições de corte.

Este item ratifica a importância do ferro fundido cinzento como material utilizado, principalmente, na indústria automobilística. Além disso, serve de subsídio para comparar condições de corte usando ferramentas cerâmicas com os seus respectivos valores de desgaste, rugosidade e força.