Aço é a liga de ferro misturada com outros elementos como carbono, níquel, manganês, etc., para ajustar as propriedades com base nos requisitos. Como há muitas composições e variações de ligas, muitas vezes é difícil escolher o melhor aço para usinagem que se encaixa perfeitamente nos requisitos da sua aplicação. Entender os diferentes tipos de aços e seus graus de liga ajuda a decidir isso.
Este artigo discutirá aço carbono, aço macio, aço inoxidável e outros tipos. Também abordaremos graus de usinagem CNC e usinabilidade do aço.
Vamos começar.
Aços como materiais de usinagem CNC
Existem vários Materiais de usinagem CNC, cada um com diferentes características e propriedades de usinagem, incluindo aço, alumínio, cobre, acrílico, ABS e fibra de carbono. No entanto, o aço é um metal popular de usinagem CNC, valorizado por sua resistência, durabilidade e versatilidade.
Barras de aço
Todos os materiais CNC têm seus próprios benefícios e preferências de aplicação, você pode verificar mais sobre as opções de materiais em Página de materiais da Boda em detalhe.
A seguir estão as principais propriedades dos aços para usinagem:
- Alta resistência à tração
- Capacidade de atuar em temperaturas elevadas
- Acabamento de superfície fácil
- Manuseio de alto estresse
- Usinabilidade varia de acordo com os tipos de aço
Além disso, selecionar a melhor liga de aço para usinagem tem tudo a ver com equilibrar a usinabilidade com o conjunto desejado de propriedades para a aplicação pretendida.
Os fundamentos da série de ligas de aço
Vamos entender as séries e graus de ligas de aço antes de discutir os tipos de aço em detalhes. As séries de ligas são padrões internacionais que definem composições de ligas particulares.
AISI padroniza aço carbono, aço liga e aço inoxidável. Aços para ferramentas seguem classificações de letras como A, D e S.
- AISI 10XX: Aços Carbono
- AISI 41XX e 43XX: Aços Ligados
- AISI 3XX: Aços inoxidáveis
Enquanto os engenheiros escolhem o melhor aço para usinagem, os tipos de aço servem como uma categoria ampla, enquanto uma série define ainda mais a composição e as propriedades do mesmo tipo. Em futuras análises sobre tipos de aço, usaremos diferentes séries e classes dentro de cada uma delas. Leia mais:Tipos de aço leve
Aços Carbono para Usinagem CNC
Propriedades do aço carbono
Esses aços são caracterizados pelo teor de carbono na liga, de 0.05 a 2.5%. Aços carbono são usados em projetos de usinagem CNC devido às suas propriedades e acessibilidade. No entanto, a usinabilidade diminui à medida que o teor de carbono aumenta.
Outros elementos em ligas de aço carbono estão presentes, juntamente com outros constituintes, como manganês (0.25%), silicone, enxofre e fósforo em uma proporção menor.
Barras de aço carbono
Eles são divididos em três categorias: aços de baixo carbono (aço macio), médio carbono e alto carbono;
Aços de baixo carbono/suaves
Aço de baixo carbono ou aço macio envolve 0.05 a 0.25% de carbono, usado principalmente em aplicações estruturais. Embora sejam mais propensos à corrosão, tratamento térmico e revestimento de superfície podem ser aplicados para evitar isso.
Fixadores de aço macio
Os aços macios fornecem boa resistência mecânica, ductilidade e usinabilidade. Consequentemente, são mais adequados para juntas de soldagem em comparação a outros tipos.
A tabela abaixo compara as propriedades de usinagem de aços de baixo carbono.
| Grau de aço | Conteúdo de Carbono (%) | Resistência à tração (MPa) | Força de rendimento (MPa) | Alongamento (%) | Dureza (HB) |
| AISI 1018 | 0.15-0.20 | 440-470 | 370-400 | 15-25 | 126-137 |
| AISI 1020 | 0.18-0.23 | 410-450 | 245-275 | 25-30 | 119-130 |
| AISI 1215 | 0.09-0.15 | 390-440 | 230-270 | 10-15 | 121-135 |
| AISI12L14 | 0.15 | 390-490 | 270-310 | 10-15 | 149 |
Frequentemente, o AISI 1018 é considerado o melhor aço macio para usinagem devido à sua excelente usinabilidade e versatilidade. No entanto, a escolha entre 1018, A36 e 1045 deve ser baseada em requisitos específicos para uso final.
Aços de médio carbono
O teor de carbono é ligeiramente maior em aços de carbono médio, 0.3 a 0.6% de C. Outros elementos como manganês (até 1.6%), cromo e molibdênio também estão envolvidos nesses aços. A maior porcentagem de carbono aumenta a dureza da superfície e a resistência ao desgaste. Para proteção contra ferrugem, eles podem ser revestidos com material protetor ou tratados com calor.
AISI 1045
Este grau de liga de carbono médio contém aproximadamente 0.45% de carbono, tem boa resistência e é facilmente soldável. Também é resistente e se encaixa em muitas aplicações de alto desempenho, eixos, hastes, etc. No entanto, é menos adequado para tratamento térmico e aplicações que exigem alta resistência à tração.
AISI 1060
O maior % de carbono aumenta a resistência ao desgaste, mas também torna a liga mais quebradiça. A usinabilidade é ligeiramente menor do que 1045 ou ligas de baixo carbono, enquanto o recozimento antes da usinagem pode ajudar a resolver esse problema.
AISI 1144
O aço 1144 também é conhecido como aço de usinagem livre de tensões, pois seu teor de enxofre é relativamente mais alto do que o de outras ligas de carbono médio, o que o torna facilmente usinável.
| Propriedade | Resistência à tração (MPa) | Força de rendimento (MPa) | Alongamento (%) | Dureza (HB) |
| AISI 1045 | 570-700 | 310-450 | 16-22 | 170-210 |
| AISI 1060 | 620-850 | 350-650 | 10-20 | 179-229 |
| AISI 1144 | 760-1,030 | 415-585 | 10-16 | 200-270 |
Aços de alto carbono
O teor de carbono aumenta até 2% em ligas de alto carbono, normalmente 0.6 a 1.25% de carbono em graus de usinagem. No entanto, o teor de manganês é reduzido na faixa de 0.3 a 0.9%. A maior % de carbono aumenta a dureza e a tenacidade, aumentando a resistência ao desgaste e à abrasão. A maior quantidade de carbono também aumenta a fragilidade, tornando-os difíceis de moldar e com risco de fratura sob estresse.
AISI 1075
Este alto grau de carbono inclui 0.7 a 0.8% de C, 0.5 a 0.7% de manganês e outros elementos de liga, oferecendo dureza e tenacidade. Consequentemente, você também pode tratá-los termicamente com têmpera ou recozimento para ajustar as propriedades.
AISI 1080
Aproximadamente 0.80% de teor de carbono no AISI 1080 fornece resistência mecânica e resistência à abrasão ainda melhores. Esta classe é normalmente usada na fabricação de molas automotivas, fios e ferramentas de corte.
Comparado às propriedades de usinagem de aço de outras ligas de carbono, é mais desafiador usinar. No entanto, o tratamento térmico pode neutralizar a fragilidade.
| Propriedade | Resistência à tração (MPa) | Força de rendimento (MPa) | Alongamento (%) | Dureza (HB) |
| AISI 1075 | 570-700 | 420-520 | 12-18 | 160-210 |
| AISI 1080 | 965 | 585 | 12 | 293 |
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Aços de liga para usinagem CNC
Propriedades do aço de liga
A principal diferença entre aço-liga vs aço carbono é a quantidade de elementos adicionais além do carbono. Aços carbono são definidos principalmente por % de carbono, enquanto o aço de liga envolve outros elementos como cromo, níquel ou molibdênio em proporções maiores. Este metal melhora a resistência, tenacidade e resistência à corrosão.
liga de aço
Com base na porcentagem de elementos de liga (exceto ferro e carbono), os aços de liga são categorizados em aços de alta liga e aços de baixa liga. Os aços de alta liga contêm mais de 8% em peso total de itens de liga.
Na usinagem, o seguinte classes de aço de liga são os mais comuns;
AISI 4140
Peças de liga de aço 4140
Junto com 0.40% de carbono, inclui cromo em aproximadamente 1% e molibdênio em 0.15 a 0.25%. Este grau fornece boa resistência e fadiga. Enquanto isso, aplicações comuns de usinagem de aço de liga 410 são hardware de máquinas, ferramentas, engrenagens automotivas, eixos, etc.
AISI 4340
Peça de liga de aço 4340 personalizada
4340 é um aço de baixa liga contendo composição de níquel adicional em comparação com 4140. O níquel fornece tenacidade e resistência ao impacto. Além disso, tem uma relação resistência-peso relativamente alta e é adequado para peças de alto desempenho.
| Grade | Resistência à tração (MPa) | Força de rendimento (MPa) | Alongamento (%) | Dureza (HB) |
| AISI 4140 | 690-1,080 | 470-990 | 11-26 | 200-310 |
| AISI 4340 | 690-1,280 | 470-1,150 | 12-22 | 210-360 |
Aços inoxidáveis para usinagem CNC
Propriedades do aço inoxidável
As principais desvantagens dos aços carbono são o risco de formação de ferrugem e o peso maior. Os aços inoxidáveis abordam esses aspectos ao incluir uma quantidade maior de cromo e outros elementos em pequenas quantidades. Consequentemente, também oferece maior estabilidade térmica.
Barras de aço inoxidável
A composição padrão do aço inoxidável é Cromo 10.5 a 30%, Níquel 0.10 a 0.35%, molibdênio, silício e fósforo. Uma porcentagem maior de cromo no aço inoxidável causa a formação de uma camada de óxido protetora contra corrosão quando entra em contato com oxigênio.
A seguir estão os comuns usinagem de aço inoxidável notas;
AISI 304
O aço inoxidável 303 é uma das classes mais comumente disponíveis e econômicas. Ele não é magnético e tem alta usinabilidade. O teor de cromo é de 17%, níquel é de 8% e carbono máximo de 0.08%, enquanto a inclusão de enxofre e fósforo facilita a remoção do material durante a usinagem. Este aço inoxidável austenítico é adequado para uma ampla gama de itens usinados, desde processamento de alimentos até componentes de dispositivos médicos.
AISI 302
A principal diferença entre o aço inoxidável 302 e 304 é o teor de carbono. A liga 302 inclui uma quantidade maior de carbono, 0.15%. Enquanto isso, o cromo e o níquel são 17% e 8%, respectivamente. Ele também fornece maior resistência mecânica do que 303 e 304. Embora a resistência tenha aumentado, 302 é relativamente mais lento e menos usinável se compararmos a usinabilidade do aço inoxidável 302 vs 304.
AISI 430
É um aço ferrítico que fornece melhor conformabilidade e condutividade térmica do que os graus austeníticos. O carbono é de até 0.12%, e o cromo é de cerca de 17%. Posteriormente, este grau é menos resistente à corrosão do que outros, mas ainda previne a ferrugem em ácido nítrico, processamento de laticínios, condições altamente úmidas e severas. Além disso, a maior quantidade de enxofre no aço inoxidável 430F pode ser melhor para operações de usinagem CNC.
AISI 316
Ele resiste à corrosão melhor do que outras ligas (302 e 304), incluindo em condições de cloreto. Consequentemente, o aço inoxidável 316 não perde suas propriedades físicas e mecânicas em temperaturas elevadas. Os usos comuns de sua usinagem são sistemas de tratamento de água, equipamentos marítimos, de óleo e gás e componentes de processamento químico.
| Grade | Resistência à tração (MPa) | Força de rendimento (MPa) | Alongamento (%) | Dureza (HB) |
| AISI 302 | 585-1,000 | 240-520 | 40-50 | 200-250 |
| AISI 304 | 515-1,000 | 205-520 | 40-50 | 170-220 |
| AISI 316 | 515-1,000 | 205-520 | 40-50 | 170-220 |
| AISI 430 | 450-600 | 205-240 | 18-25 | 160-200 |
Aços para ferramentas para usinagem CNC
Aplicações de aço para ferramentas
Como o próprio nome sugere, os aços para ferramentas são aços temperados (tratados termicamente) usados principalmente em aplicações de matrizes, moldes e ferramentas. Apesar de serem resistentes e duros, possuem um nível considerável de usinabilidade. Também podem ser submetidos a um tratamento de recozimento para se tornarem mais dúcteis e usináveis. Leia mais:Aço para recozimento
Os graus de aço para ferramentas de usinagem são:
- AISI O1: Um tipo de aço para ferramentas endurecido em óleo, que é facilmente usinável em comparação a outros tipos endurecidos.
- AISI D2: Um aço para ferramentas com alto teor de carbono usado em ferramentas duras, como matrizes e cortadores de fundição permanentes.
- Aço inoxidável AISI A2: É um aço para ferramentas de trabalho a frio, endurecido ao ar, que oferece uma combinação de resistência ao desgaste e tenacidade.
- AISI M2: Este aço rápido mantém a dureza em temperaturas elevadas. É melhor para ferramentas de corte que operam em altas velocidades, como brocas CNC.
Além disso, considerações cuidadosas sobre a seleção das ferramentas CNC e revestimentos corretos são essenciais na usinagem desses tipos. Por exemplo, fresas de topo de HSS e carboneto.
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Aços para usinagem CNC: onde são usados?
A diferença nas propriedades físicas, mecânicas e químicas torna cada tipo de aço adequado para algumas aplicações específicas. Vamos ver onde a usinagem CMC de aços carbono, liga, inoxidáveis e ferramentas é usada.
|
Tipo de aço |
Aplicações |
|
Aço carbono |
Itens de construção, partes automotivas, eixos e engrenagens de máquinas, ferramentas de matriz, etc. |
|
Liga de aço |
Peças de aeronaves, virabrequins e bielas para veículos e máquinas industriais de alto estresse. |
|
Aço inoxidável |
Dispositivos médicos, itens cirúrgicos, sistemas de processamento de alimentos e produtos químicos, peças automotivas e aeroespaciais, etc. |
|
Aço ferramenta |
Brocas CNC, machos de rosca, matrizes de fundição em areia e extrusão, moldes de injeção, etc. |
“Você também pode ler sobre a comparação da usinagem de aço com ligas de titânio aqui neste artigo” usinagem de titânio vs aço; uma comparação detalhada das propriedades e usos da usinagem.”
Considerações para escolher o melhor aço para usinagem
Um dos fatores decisivos na usinagem de aço é a precisão ao escolher o aço para atingir o máximo desempenho, baixo custo e eficiência aprimorada. Aqui estão alguns dos fatores que precisam ser considerados ao fazer essa escolha:
Usinabilidade e outras propriedades de usinagem de aço
A usinabilidade do aço é um aspecto muito importante considerando a produção de aço e a eficácia das ferramentas. Em outras palavras, aços separáveis possuem alta usinabilidade, exigindo, portanto, uma força menor de corte, experimentando menos calor e produzindo superfícies mais lisas. Por exemplo, aço contendo enxofre e chumbo é mais favorável. Eles aumentam a usinabilidade reduzindo as forças de corte necessárias e facilitando a formação de cavacos.
Propriedades Físicas e Mecânicas
Quando se trata de uma aplicação específica, é necessário observar que algumas propriedades mecânicas, como resistência à tração, ductilidade e dureza, são necessárias para as aplicações. Outras considerações incluem qual é a carga esperada nas peças, o ambiente térmico e químico e a vida útil desejada.
Requisitos de acabamento de superfície
Para obter uma boa escolha, o acabamento desejado deve ser considerado. Escolha um padrão aceitável para ambos dentro da categoria de funcionalidade e dentro da categoria estética. Geralmente, materiais com altas propriedades de usinabilidade permitem melhores superfícies, o que ajuda a reduzir processos de acabamento adicionais.
Custo material
Em seguida, os custos do material podem flutuar significativamente. Por exemplo, aço de alto desempenho pode ser caro, embora ofereça qualidades desejáveis. Decidir a relação custo-efetividade de uma liga de aço específica requer uma avaliação do custo de obtenção e da economia de custos com o tempo de inatividade da máquina reduzido e desgaste da ferramenta.
Confiabilidade da Cadeia de Suprimentos
A confiabilidade de uma cadeia de suprimentos se refere à rapidez e confiabilidade da entrega de material; seu fornecedor pode atender à quantidade e ao tempo esperados? Sistemas confiáveis tendem a ter menos atrasos, faltas de estoque e desafios de qualidade. Consequentemente, eles também são mais rápidos em resposta a incidentes inesperados.
Consistência do Material
A qualidade das matérias-primas usadas nos processos de fabricação precisa ser consistente. A consistência melhora a qualidade do produto final da usinagem e reduz defeitos. Então, antes de fazer a escolha, você também precisa verificar qual aço fornece consistência na qualidade.
Conclusão: Fazendo a Escolha Certa
Se olharmos apenas para a facilidade de usinagem, o aço macio 1020 é o melhor aço para usinagem. No entanto, a escolha é altamente dependente do requisito da aplicação. O aço 1020 pode ser fácil de usinar, mas pode não ter resistência, dureza, durabilidade e outras propriedades necessárias.
Na Boda, podemos ajudar você a encontrar o melhor grau de aço para seu projeto e convertê-lo na forma desejada. Nosso Serviços de usinagem CNC incluem fresamento, torneamento, perfuração, rosqueamento e muito mais.
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Perguntas Frequentes
Quais são os aços de usinagem mais comuns?
Aços como 1018,1020, 1035, 12 e 14LXNUMX são alguns tipos de ligas de aço comuns em projetos de usinagem.
Qual é o aço inoxidável mais fácil de usinar?
Aço inoxidável 302 e 304 são facilmente usináveis em comparação com graus inoxidáveis. O teor de enxofre relativamente mais alto melhora a quebra de cavacos e reduz o atrito.
O aço é mais difícil de usinar que o alumínio?
Sim, o aço é tipicamente mais difícil de usinar do que o alumínio devido à sua maior resistência, densidade e tenacidade. Por outro lado, o alumínio é mais macio, mais leve e mais termicamente condutivo, o que permite uma usinagem mais rápida com o mínimo desgaste da ferramenta.