PT736610E - Aco inoxidavel austenitico ressulfurado com maquinabilidade melhorada utilizado em especial no dominio da maquinagem com velocidade de corte a grande velocidade e no dominio da filetagem no torno - Google Patents

Description

Descrição “Aço inoxidável austenítico ressulfurado, com maquinabilidade melhorada, utilizado em especial no domínio da maquinagem com velocidade de corte a grande velocidade e no domínio da filetagem no tonto” A presente invenção refere-se a um aço inoxidável austenítico ressulfurado, com maquinabilidade melhorada, utilizado em especial no domínio da maquinagem com grande velocidade de corte e no domínio da filetagem no tomo.

Para um homem do ofício, entende-se por maquinagem a velocidade muito elevada de aços inoxidáveis austeníticos, a utilização de velocidades de corte superiores a 500 mm/minuto.

As velocidades utilizáveis num aço são, por exemplo, determinadas por ensaios de torneamento com ferramentas, que incluem plaquetas de carboneto revestido, ensaios designados por Vb 15/0,15, que consistem em determinar a velocidade para a qual o desgaste em rebaixamento é igual a 0,15 mm, após 15 minutos de maquinagem. Para além desta velocidade, não pode encarar-se uma maquinagem sem risco, abaixo dela, é possível a prática industrial.

Na patente europeia N.° 403 332 é conhecido um aço austenítico ressulfurado, com maquinabilidade melhorada. Este documento descreve um processo no qual se propõe, para melhorar a maquinabilidade, introduzir, num aço com a composição geral seguinte: carbono inferior a 0,15%, silício inferior a 2%, manganês inferior a 2%, molibdénio inferior a 3%, níquel compreendido entre 7% e 12%, crómio compreendido entre 15% e 25%, uma quantidade de enxofre numa proporção compreendida entre 0,1% e 0,4%, associada a cálcio e oxigénio, com teores respectivamente superiores a 30.10 4% e 70.10^%, satisfazendo os teores de cálcio e oxigénio à relação Ca/0 compreendida entre 0,2 e 0,6.

Neste documento, o objectivo visado é a formação, com o manganês e, numa porção menor, com o crómio, de um sulfuielo de manganês e crómio (Mn, Cr)S, que gera, na forma de inclusões específicas, uma lubrificação sólida da ferramenta de corte durante as operações de maquinagem. É igualmente precisado que o enxofre tem um efeito desfavorável na resistência à corrosão e que, apesar disso, uma orientação escolhida é a introdução, num aço ressulfurado, de inclusões de óxidos de silicoaluminato de cal, a maior parte das vezes associados às inclusões de sulfiiretos.

Um tal aço austenítico tem boas propriedades de maquinabílidade no domínio das velocidades de corte convencionais, isto é, inferiores a 500 m/minuto, no torneamento. O aço compreende inclusões associadas, compostas por óxidos do tipo silicoaluminato que envolvem preferencíalmente inclusões de enxofre. Estas inclusões são maiores e mais deformáveis que as inclusões de sulfiireto sós. O efeito da lubrificação, denominada sólida, da ferramenta de corte encontra-se aí melhorado. O aço descrito no referido do documento tem no entanto um inconveniente. Com efeito, o enxofre reduz de maneira consequente as propriedades do aço, do ponto de vista da deformação a frio, com a aparição de defeitos, por exemplo no estiramento ou na trefilagem. A presente invenção tem por objectivo proporcionar um aço com maquinabílidade melhorada, que pode ser utilizado, por um lado, no domínio da maquinagem a velocidade muito elevada, com velocidades de. c.arte, em torneamento, que podem ultrapassar os 700 m/minuto e, por outro lado, no domínio da filetagem no tomo, com produtividade superiores a 30%, relativamente às obtidas com um aço inoxidável austenítico ressulfurado vulgar. A invenção tem por objecto um aço inoxidável austenítico ressulfurado com maquinabilidade melhorada utilizável, em especial no domínio da maquinagem a grande velocidade de corte e no domínio da filetagem no tomo, tal como se define na reivindicação 1.

As características preferidas da invenção são: - o teor de enxofre está compreendido entre 0,20% e 0,40% e, de preferência, entre 0,25% e 0,35%, - o teor de cobre está compreendido entre 1,2% e 3% e, de preferência, entre 1,4% e 1,8%, - a composição compreende, além disso, menos de 3% de molibdénio. A descrição que se segue e as figuras anexas, tudo dado a título de exemplo não limitativo, permitirá uma melhor compreensão da invenção. A fig. 1 apresenta as curvas de desgaste, em rebaixamento, de aços inoxidáveis ressulfurados, quer sem cobre, quer sem inclusão de aluminossilicato de cal e de um aço ressulfurado de acordo com a invenção, sendo estes aços maquinados a velocidade de corte muito elevada. A fig. 2 apresenta as curvas de estiramento a frio de um aço ressulfurado, sem cobre e de um aço de acordo com a invenção. O aço inoxidável austenítico de acordo com a invenção tem a composição ponderai seguinte: carbono inferior a 0,1%, silício inferior a 2%, manganês inferior a 2%, níquel de 7% a 12%, crómio de 15% a 25%, enxofre de 0,10% a 0,55%, cobre de 1% a 5%, cálcio superior a 35.10'4%, oxigénio superior a 70.10^/0, estando a relação entre o teor de cálcio e o teor de oxigénio compreendida entre 0,2 e 0,6.

Este aço é do domínio dos aços ditos ressulfurados, cujo teor de enxofre e cujos teores de cálcio e oxigénio, numa relação determinada, garante nos aços uma boa maquinabilidade a velocidades de corte inferiores a 500 m/minuto.

Na utilização do aço de acordo com a invenção, no domínio da maquinagem a velocidade de corte muito elevada, a maquinabilidade é melhorada pela acção conjunta de um grande número de inclusões, sulfuretos de manganês e óxidos aluminossilicatos de cal resultantes da adição suplementar de cálcio e de oxigénio e pela presença do cobre. O cobre limita os esforços necessários para a formação da apara. Devido a esta propriedade, a temperatura na ponta da ferramenta mantém-se num nível por ela suportado. Nestas condições, as numerosas inclusões de sulfureto de manganês e de óxidos alumissilicatos de cal asseguram plenamente, em combinação, o seu papel de lubrificante sólido, para retardar o desgaste da ferramenta. No aço de acordo com a invenção, os sulfuretos de manganês são muito pouco substituídos por crómio, pelo facto de o teor de manganês estar adaptado ao teor de enxofie, encontrando-se a sua maleabilidade e, portanto, a sua eficácia, quando do corte, melhorada. O enxofre pode ser parcialmente substituído por selénio e/ou telúrio. O aço ressulfurado de acordo com a invenção, que pode ser usado de preferência no domínio da maquinagem denominada a alta velocidade de corte, pela presença de um grande número de inclusões maleáveis com um baixo ponto de fusão de sulfureto e de óxido, associados ou não associados, e pela presença de um teor de cobre de acordo com a invenção, assegura, por um lado, maquinagens a velocidades de corte excepcionais e, por outro lado, uma conservação da duração de vida da ferramenta de corte.

Num ensaio de maquinabilidade comparativo, com velocidade de corte muito 5 elevada, isto é, superior a 500 m/minuto, é utilizada uma ferramenta de carboneto revestido TiN. Foi comparada a evolução do desgaste, em rebaixamento, da ferramenta no decurso da maquinagem de três aços ressulfurados de referência, aços A, B e C. Os aços A e B são aços ressulfurados de referência, não contendo o aço A cálcio nem oxigénio numa proporção conveniente, não contendo o aço B cobre na sua composição. O aço C, de acordo com a invenção, neste exemplo de aplicação, compreende na sua composição, 1,5% de cobre, 44.10'4% de cálcio e 118.10-4% de oxigénio. As composições dos aços A e B de referência e o aço C de acordo com a invenção estão indicadas no Quadro 1 seguinte Aço C Si Mn Mo Ni Cr S Cu Ca O A 0,048 0,42 1,50 0,29 8,05 17,03 0,30 1,5 10 53 B 0,051 0,38 1,49 0,29 8,03 17,05 0,30 0,5 51 110 C 0,050 0,43 1,50 0,31 8,10 17,04 0,30 1,5 44 118 D 0,049 0,45 1,48 0,28 8,02 17,11 0,39 1,5 14 57 E 0,052 0,39 1,51 0,30 8,07 17,03 0,30 1,5 62 134 O ensaio consiste numa operação de torneamento, sem lubrificação, com um avanço de 0,25 mm/rotação, uma profundidade de corte de 1,5 mm e uma velocidade de corte de 700 m/minuto. Desmonta-se regularmente a ferramenta para medir o desgaste em rebaixamento. Na fig. 1 estão representadas as curvas resultantes.

Os aços de referência (A) e (B) não inaptos para este tipo de maquinagem. Apenas após alguns minutos de torneamento, as ferramentas que utilizam estes aços ficam destruídas, isto é, o seu desgaste em rebaixamento é superior a 0,15 mm, ou seja a sua aresta é despedaçada É pois impensável utilizar, para a maquinagem 6 destes aços, tais velocidades de corte. Pelo contrário, com o aço (C) de acordo com a invenção, a ferramenta revestida está ainda em estado de maquinar após 20 minutos de torneamento, o que permite, com ferramentas clássicas com carboneto revestido, trabalhar industrialmente com tais velocidades de corte. Isso deve-se à presença combinada na composição do aço, de uma grande quantidade de enxofre, de óxidos maleáveis, com baixo ponto de fusão, e com um teor de cobre óptimo.

Na utilização do aço de acordo com a invenção, no domínio da filetagem no tomo, melhora-se a maquinabilidade pela presença do cobre, quando da fabricação de barras, depois pela acção das inclusões de sulfureto de manganês e de óxidos aluminossilicatos de cal, quando da maquinagem. O cobre diminui a capacidade de estiramento, como mostra a fig. 2, na qual de novo se comparam o aço B de referência e o aço C de acordo com a invenção. Esta reduzida capacidade de estiramento conduz à obtenção de barras estiradas menos duras, em particular à superfície. O efeito das inclusões vem a seguir, em complemento, para favorecer o corte da apara e lubrificar a interface ferramenta/metal.

Num ensaio de produção de peças por filetagem no tomo, comparou-se a produtividade de dois aços ressulfurados, referenciados por D e E. O aço de referência D é um aço ressulfurado que não contém na sua composição nem cálcio nem oxigénio, em proporção conveniente, e o aço E, de acordo com a invenção, neste exemplo de realização, compreende na sua composição 1,5% de cobre, 62.10-4% de cálcio e 134.10-4% de oxigénio.

Surpreendentemente, a acção, em combinação, dos três elementos cobre, oxigénio e cálcio, gera um efeito particular na melhoria da maquinabilidade, 7 imprevisível quando estes elementos são introduzidos na composição dois-a-dois ou separadamente.

As composições do aço de referência D e do aço E de acordo com a invenção, estão descritas no Quadro 1. O ensaio consiste na produção, a partir de uma barra estirada, com um diâmetro de 5 mm, de peças de 50 mm de comprimento, que compreende essencialmente torneamento, com profundidade de corte variável de 0,5 mm a 1,5 mm O Quadro 2 seguinte apresenta os resultados de um ensaio de filetagem no tomo, num tomo monofuso, com carnes, com ferramentas de carboneto monobloco e uma lubrificação com óleo inteiro. Os valores do Quadro 2 representam o número de peças que tiveram uma maquinagem de boa qualidade antes da substituição das ferramentas.

Produtividade Aço D Aço E 1,82 peças/min 3 200 8 000 2,30 peças/min 1 500 3 200

Nas condições de corte optimizadas para um aço de referência, pode-se produzir 2,5 vezes mais peças, com o aço de acordo com a invenção, antes de substituir as ferramentas. Inversamente, com uma produtividade 30% superior sobre o aço de acordo com a invenção, a duração de vida é idêntica.

Num outro ensaio de rebaixamento, compararam-se os mesmos dois aços D e E, numa simples operação de corte transversal, que consiste em produzir eixos com 4 mm de diâmetro, a partir de um fio de máquina cortado transversalmente numa máquina com bico queimador. A produtividade melhorou 28% com o aço E de acordo com a invenção, em comparação com o aço de referência D, que não contém 8 cálcio, nem oxigénio, na proporção conveniente.

Lisboa, 3 de Maio de 2001

Claims (3)

1. Reivindicações 1. Aço inoxidável austenítico ressulfurado, com maquinabilidade melhorada, utilizado em particular no domínio da maquinagem com velocidade de corte elevada e no domínio da filetagem no tomo e contendo na sua composição ponderai os elementos seguintes: - carbono <0,15% - silício < 2 % - manganês < 2% - níquel de 7% a 12% - crómio de 15% a 25% - enxofre > 0,10%, eventualmente substituído em parte por selénio e/ou telúrio - cálcio > 30.10-4% - oxigénio > 70.10-4% sendo o restante constituído por ferro e impurezas residuais, encontrando-se a relação entre o teor de cálcio e o teor de oxigénio compreendida entre 0,2 e 0,6, caracterizado por na sua composição ponderai: - carbono <0,1 %, - enxofre < 0,55 %, - cobre, de 1 a 5 %, - cálcio > 35,10-4%.
2. 2. Aço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o teor de cobre estar compreendido entre 1,2% e 3%.
3. 3. Aço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o teor de 2 cobre estar compreendido entre 1,4% e 1,8%. Lisboa, 3 de Maio de 2001