Usinagem de ligas de níquel

As ligas de níquel podem ser usinadas com sucesso, mas isso requer uma compreensão de como as suas propriedades e composição química afetam a usinabilidade. As ligas de níquel são caracterizadas por alta resistência a temperaturas elevadas e, durante a usinagem, o material aquece; no entanto, o aço e as ligas de níquel aquecem a taxas diferentes porque têm condutividade térmica diferente. Muitas ligas de níquel endurecidas por precipitação também contêm partículas de titânio e alumínio, que têm propriedades abrasivas. O manual ASM Specialty Handbook: Nickel, Cobalt, and Their Alloys classifica as ligas de níquel em cinco categorias e fornece parâmetros de usinagem para vários tipos de usinagem para cada categoria. Este artigo apresenta os parâmetros de usinagem para ligas em cada uma dessas categorias.

Grupo A - ligas de níquel muito fáceis de usinar

Essa categoria inclui principalmente níquel comercialmente puro usado em ambientes alcalinos cáusticos e nas indústrias química e elétrica. Essas ligas têm baixa resistência e só podem ser ligeiramente reforçadas por trabalho a frio.

Exemplos de ligas incluem:

Níquel 200 / 2.4066 -níquel comercialmente puro.

Liga 205 - pequenas adições de liga de Ti e Mg.

Liga 212 - usada em eletrônica.

Orientações gerais - é melhor usinar após o trabalho a frio, pois podem ser bastante pegajosas na condição recozida.

Furação e torneamento de ligas de níquel com aço rápido:

• desbaste: velocidade 52 m/min; avanço 0,2 mm/rev
• acabamento: velocidade 61 m/min; avanço 0,1 mm/rev

Furação helicoidal de ligas de níquel com aço rápido:

• broca D <1,6 mm
• velocidade 17-23 m/min
• avanço 0,01-0,03 mm/rev

Rosqueamento e rosqueamento de ligas de níquel com aço rápido:

• rosqueamento: avanço 5-8 mm/rev
• rosqueamento: velocidade 7,6-9,1 m/min

Brochagem de ligas de níquel com aço rápido:

• velocidade 3,1-5,5 m/min
• ângulo 12-18°

Planeamento e modelagem de ligas de níquel com aço rápido:

• desbaste: profundidade 16 mm; avanço 0,13 mm; velocidade 15-18 m/min
• acabamento: profundidade 0,25 mm; avanço 6,35 mm; velocidade 15 m/min

Fresagem frontal e lateral com 1.3343 HSS:

• desbaste: avanço 0,08-0,15 mm/ dente; velocidade 21-32 m/min
• acabamento: avanço 0,1-0,2 mm/ dente; velocidade 41-67 m/min

Fresagem de extremidades e ranhuras com 1.3343 HSS:

• avanço 0,03-0,10 mm/dente;
• velocidade 12-21 m/min

Serragem com serra de fita de ligas de níquel:

• diâmetro 1,6 mm: 0,6 dentes/mm; velocidade 32 m/min
• diâmetro 6,4 mm: 0,4 dentes/mm; velocidade 23 m/min
• diâmetro 25 mm: 0,3 dentes/mm; velocidade 15 m/min
• diâmetro 76 mm: 0,2 dentes/mm; velocidade 15 m/min

Serragem por fricção de ligas de níquel:

• velocidade 3,1-5,5 m/min
• diâmetro 0,8 mm

Grupo B - ligas de níquel facilmente usináveis

Essa categoria inclui ligas de níquel-cobre e níquel-ferro. Essas ligas são super resistentes à água do mar e ao ácido sulfúrico e também são usadas na indústria elétrica. Elas têm maior resistência mecânica do que o níquel puro e são mais facilmente reforçadas por trabalho a frio. A maioria dessas ligas não pode ser endurecida por tratamento térmico.

Exemplos de ligas incluem:

Monel 400 - uma liga de cobre-níquel super resistente à corrosão.

Kovar - liga de cobre-níquel com características de expansão térmica muito especiais.

Diretrizes gerais - facilmente usinável em qualquer condição.

Furação e torneamento de ligas de níquel com aço rápido:

• desbaste: velocidade 27 m/min; avanço 0,25 mm/rev
• acabamento: velocidade 30 m/min; avanço 0,13 mm/rev

Furação helicoidal de ligas de níquel com aço rápido:

• broca D 1,6-3,2 mm
• velocidade 14-17 m/min
• avanço 0,03-0,05 mm/rev

Rosqueamento e rosqueamento de ligas de níquel com aço rápido:

• rosqueamento: avanço 5-8 mm/rev
• rosqueamento: velocidade 7,6-9,1 m/min

Brochagem de ligas de níquel com aço rápido:

• velocidade 3,1-5,5 m/min
• ângulo 12-18°

Planeamento e modelagem de ligas de níquel com aço rápido:

• desbaste: profundidade 16 mm; avanço 0,13 mm; velocidade 12-15 m/min
• acabamento: profundidade 0,25 mm; avanço 6,35 mm; velocidade 12 m/min

Fresagem frontal e lateral com 1.3343 HSS:

• desbaste: avanço 0,18-0,25 mm/ dente; velocidade 17-26 m/min
• acabamento: avanço 0,15-0,25 mm/ dente; velocidade 24-53 m/min

Fresagem de extremidades e ranhuras com 1.3343 HSS:

• desbaste: avanço 0,03-0,10 mm/dente; velocidade 12,5-20 m/min
• acabamento: avanço 0,03-0,10 mm/dente; velocidade 46-76 m/min

Serragem com serra de fita de ligas de níquel:

• diâmetro 1,6 mm: 0,7 dentes/mm; velocidade 38 m/min
• diâmetro 6,4 mm: 0,6 dentes/mm; velocidade 23 m/min
• diâmetro 25 mm: 0,4 dentes/mm; velocidade 15 m/min
• diâmetro 76 mm: 0,3 dentes/mm; velocidade 15 m/min

Serragem por fricção de ligas de níquel:

• velocidade 3,1-5,5 m/min
• diâmetro 5 mm

Grupo C - ligas de níquel razoavelmente usináveis

Esta categoria inclui principalmente ligas de níquel-cromo e níquel-ferro-cromo resistentes ao calor e aos ácidos. À temperatura ambiente, elas têm resistência mecânica comparável à dos aços inoxidáveis austeníticos.

Exemplos de ligas incluem:

Inconel 600 - liga básica resistente à fluência.

Inconel 690 - liga resistente ao calor Ni-Cr-Fe, usada em ambientes com altas temperaturas de Ni e Si.

Inconel 601 - liga básica resistente à fluência com boa relação custo-benefício.

Incoloy 825 - liga Ni-Cr-Fe-Mo, boa resistência ao ácido fosfórico, ácido sulfúrico, corrosão intergranular e fissuração por corrosão por sulfureto.

Incoloy 800 - liga resistente à fluência bastante barata. 

Diretrizes gerais - podem ser usinadas em qualquer condição.

Furação e torneamento de ligas de níquel com aço rápido:

• desbaste: velocidade 15 m/min; avanço 0,25 mm/rev
• acabamento: velocidade 18 m/min; avanço 0,13 mm/rev

Furação helicoidal de ligas de níquel com aço rápido:

• broca D 3,2-4,8 mm
• velocidade 8-11 m/min
• avanço 0,05-0,10 mm/rev

Rosqueamento e rosqueamento de ligas de níquel com aço rápido:

• rosqueamento: avanço 3-5 mm/rev
• rosqueamento: velocidade 3,7-5,5 m/min

Abrochamento de ligas de níquel com aço rápido:

• velocidade 1,5-3,7 m/min
• ângulo 10-15°

Planeamento e modelagem de ligas de níquel com aço rápido:

• desbaste: profundidade 10 mm; avanço 0,13 mm; velocidade 5-6 m/min
• acabamento: profundidade 0,25 mm; avanço 6,35 mm; velocidade 5 m/min

Fresagem frontal e lateral com 1.3343 HSS:

• desbaste: avanço 0,08-0,15 mm/ dente; velocidade 6-11 m/min
• acabamento: avanço 0,10-0,15 mm/ dente; velocidade 20-23 m/min

Fresagem de extremidades e ranhuras com 1.3343 HSS:

• desbaste: avanço 0,03-0,08 mm/dente; velocidade 5-8 m/min
• acabamento: avanço 0,03-0,10 mm/dente; velocidade 17-29 m/min

Serragem com fita de ligas de níquel:

• diâmetro 1,6 mm: 0,6 dentes/mm; velocidade 27 m/min
• diâmetro 6,4 mm: 0,5 dentes/mm; velocidade 23 m/min
• diâmetro 25 mm: 0,4 dentes/mm; velocidade 15 m/min
• diâmetro 76 mm: 0,3 dentes/mm; velocidade 15 m/min

Serragem por fricção de ligas de níquel:

• velocidade 1,5-3,7 m/min
• diâmetro 13 mm

Grupo D1 - ligas de níquel fáceis de usinar quando em condição recozida

Algumas ligas de níquel endurecidas por envelhecimento são relativamente fáceis de usinar em condição recozida.

Exemplos de ligas incluem:

Incoloy 925 

Recozido - liga resistente à corrosão, muito usada na indústria de gás e petróleo.

Duranickel 301 recozido - liga de níquel de baixa liga endurecível.

Furação e torneamento de ligas de níquel em estado recozido em solução:

Sem trabalho, aço rápido:

• desbaste: velocidade 12 m/min; avanço 0,76 mm/rev
• acabamento: velocidade 15 m/min; avanço 0,2 mm/rev

Sem trabalho, carboneto:

• desbaste: velocidade 61 m/min; avanço 0,51 mm/rev
• acabamento: velocidade 76 m/min; avanço 0,02 mm/rev

Endurecido a frio, aço rápido:

• desbaste: velocidade 18 m/min; avanço 0,25 mm/rev
• acabamento: velocidade 21 m/min; avanço 0,13 mm/rev

Endurecido a frio, carboneto:

• desbaste: velocidade 76 m/min; avanço 0,25 mm/rev
• acabamento: velocidade 91 m/min; avanço 0,02 mm/rev

Furação helicoidal de ligas de níquel com aço rápido:

• broca D 6,4-7,9 mm
• velocidade 6-9 m/min
• avanço 0,08-0,13 mm/rev

Rosqueamento e filetagem de ligas de níquel com aço rápido:

• rosqueamento: avanço 3-5 mm/rev
• filetagem: velocidade 3,7-5,5 m/min

Brochagem de ligas de níquel com aço rápido:

• velocidade 1,5-3,7 m/min
• ângulo 10-15°

Planeamento e modelagem de ligas de níquel com aço rápido:

• desbaste: profundidade 10 mm; avanço 0,13 mm; velocidade 6-9 m/min
• acabamento: profundidade 0,25 mm; avanço 6,35 mm; velocidade 6 m/min

Fresagem frontal e lateral com 1.3343 HSS:

• desbaste: avanço 0,08-0,13 mm/dente; velocidade 3-8 m/min
• acabamento: avanço 0,2-0,3 mm/dente; velocidade 20-21 m/min

Fresagem de extremidades e ranhuras com 1.3343 HSS:

• desbaste: avanço 0,03-0,08 mm/dente; velocidade 5-11 m/min
• acabamento: avanço 0,03-0,10 mm/dente; velocidade 34-58 m/min

Serragem com serra de fita de ligas de níquel:

• diâmetro 1,6 mm: 0,7 dentes/mm; velocidade 23 m/min
• diâmetro 6,4 mm: 0,5 dentes/mm; velocidade 12 m/min
• diâmetro 25 mm: 0,4 dentes/mm; velocidade 9 m/min
• diâmetro 76 mm: 0,3 dentes/mm; velocidade 9 m/min

Serragem por fricção de ligas de níquel:

• velocidade 1,8 m/min
• diâmetro 25 mm

Grupo D2 - ligas de níquel difíceis de usinar

Este grupo inclui ligas D1 em estado envelhecido, bem como muitas outras ligas endurecíveis por envelhecimento em qualquer estado e algumas ligas altamente reforçadas por solução.

Exemplos de ligas incluem:

Incoloy 925 envelhecido - como já falamos acima.

Duranickel 301 envelhecido - como já foi dito acima.

Hastelloy X - Liga Ni-Cr-Fe-Mo, reforçada por solução, usada até 1200 °C.

Inconel 625 - resistente ao deslizamento e ao calor até 825 °C.

Inconel 725 - variante mais resistente do Inconel 625.

Inconel 718 - superliga super popular, usada na indústria petrolífera e em aviões.

Hastelloy C-276 - altamente resistente à corrosão e soldável.

Inconel X-750 - usada em turbinas a gás.

Liga 901 - endurecível por envelhecimento e usado até 600 °C.

Liga 617 - liga comum resistente à fluência.

Liga 90 (N07090) - resistente à fluência até 920 °C.

Diretrizes gerais - o desbaste deve ser feito em condição recozida e o acabamento em condição envelhecida. Uma contração de tamanho de até 0,07% ocorre durante o envelhecimento, o que deve ser levado em consideração na usinagem de desbaste.

Furação e torneamento de ligas de níquel I: desbaste em condição recozida (85 HRB):

• Aço rápido: velocidade 5 m/min; avanço 0,25 mm/rev
• Carbureto: velocidade 23 m/min; avanço 0,2 mm/rev
• Cerâmica: velocidade 76-305 m/min; avanço 0,25 mm/rev

Mandrilamento e torneamento de ligas de níquel II: acabamento em condição endurecida (45 HRC):

• Aço rápido: velocidade 5 m/min; avanço 0,1 mm/rev
• Metal duro: velocidade 34 m/min; avanço 0,13 mm/rev
• Cerâmica: velocidade 122-396 m/min; avanço 0,1 mm/rev

Furação helicoidal de ligas de níquel com aço rápido:

• recozido: broca D 9,5-11 mm; velocidade 3-4 m/min; avanço 0,10-0,18 mm/rev
• envelhecido: broca D 13-17 mm; velocidade 2-3 m/min; avanço 0,15-0,25 mm/rev

Rosqueamento e rosqueamento de ligas de níquel com aço rápido:

• rosqueamento: avanço 1,5-3 mm/rev;
• rosqueamento: velocidade 0,9-1,1 m/min

Brochagem de ligas de níquel com aço rápido:

• velocidade 1,8 m/min
• ângulo 8-10°

Planeamento e modelagem de ligas de níquel com aço rápido:

• desbaste, recozido: profundidade 10 mm; avanço 0,13 mm; velocidade 1,5-3 m/min
• acabamento: profundidade 0,25 mm; avanço 6,35 mm; velocidade 1,5 m/min

Fresagem frontal e lateral com 1.3343 HSS:

• desbaste: avanço 0,08-0,13 mm/dente; velocidade 3-8 m/min
• acabamento: avanço 0,2-0,3 mm/dente; velocidade 20-21 m/min

Fresagem de extremidades e ranhuras com 1.3343 HSS:

• desbaste, recozido: avanço 0,03-0,08 mm/dente; velocidade 3-6 m/min
• acabamento, envelhecido: avanço 0,03-0,10 mm/dente; velocidade 20-34 m/min

Grupo E - ligas de níquel otimizadas para usinabilidade

Este grupo tem apenas Monel R-405®, uma liga com adição de S, projetada para fácil usinagem e usada para parafusos.

Mandrilamento e torneamento:

Recozido (65 HRB), aço rápido:

• desbaste: velocidade 21 m/min; avanço 0,76 mm/rev
• acabamento: velocidade 24 m/min; avanço 0,2 mm/rev

Recozido, carboneto C-6:

• desbaste: velocidade 84 m/min; avanço 0,51 mm/rev
• acabamento: velocidade 99 m/min; avanço 0,02 mm/rev

Envelhecido (100 HRB), aço rápido:

• desbaste: velocidade 37 m/min; avanço 0,25 mm/rev
• acabamento: velocidade 40 m/min; avanço 0,13 mm/rev

Envelhecido, carboneto:

• desbaste: velocidade 107 m/min; avanço 0,2 mm/rev
• acabamento: velocidade 122 m/min; avanço 0,1 mm/rev

Furação helicoidal com aço rápido:

• velocidade 15-21 m/min
• avanço 0,20-0,38 mm/rev