Principais diferenças na usinagem de diferentes tipos de superligas
Usinar superligas exige uma compreensão detalhada de que não existe uma única classificação de "superliga"; em vez disso, elas englobam famílias distintas—principalmente à base de níquel, à base de cobalto e à base de ferro-níquel—cada uma com características metalúrgicas únicas que exigem estratégias de usinagem personalizadas. As diferenças mais críticas surgem das taxas de encruamento, condutividade térmica, presença de fases abrasivas e resposta ao calor, impactando diretamente a seleção de ferramentas, parâmetros de corte e abordagem geral.
Diferenças Fundamentais no Comportamento do Material
A distinção central está nos mecanismos de fortalecimento e microestrutura. Superligas à base de níquel, como as amplamente utilizadas Inconel 718 e Inconel 625, são conhecidas por sua alta resistência e excepcional resistência à oxidação e fluência em altas temperaturas. Sua resistência é derivada de uma alta fração volumétrica de precipitados gamma prime (γ') ou gamma double prime (γ''). Isso as torna notoriamente propensas a encruamento severo durante a usinagem. Qualquer tempo de permanência ou taxa de avanço insuficiente pode endurecer instantaneamente a superfície, acelerando drasticamente o desgaste da ferramenta. Consequentemente, a usinagem requer cortes agressivos e afiados com ferramentas de ângulo positivo e refrigeração de alta pressão para penetrar na zona de corte e controlar o calor.
Em contraste, superligas à base de cobalto, como várias ligas Stellite, obtêm sua resistência de uma matriz de cobalto-cromo fortalecida por solução sólida com um volume muito alto de carbonetos extremamente duros. Embora não se encruem tão severamente quanto as ligas de níquel, são profundamente abrasivas. O principal desafio na usinagem é combater o desgaste abrasivo causado por esses carbonetos, que atuam como partículas de moagem. Isso exige o uso de materiais de ferramenta muito duros e resistentes à abrasão, como carbonetos de microgrão com revestimentos especializados, ou até mesmo cerâmicas e CBN (Nitreto Cúbico de Boro) para certas operações. A estratégia muda de gerenciar o encruamento para gerenciar o desgaste abrasivo extremo.
Impactos Operacionais na Ferramenta e Parâmetros
Essas diferenças comportamentais ditam todos os aspectos do processo de usinagem. Para ligas à base de níquel, o foco é gerenciar o calor e prevenir o encruamento. Isso leva ao uso de pastilhas de carboneto afiadas e polidas com substratos resistentes e revestimentos PVD, que mantêm o fio de corte afiado. As velocidades de corte geralmente são mantidas baixas a moderadas (ex.: 20-50 SFM para desbaste), com taxas de avanço consistentes e controladas para permanecer "à frente" do encruamento.
Para ligas à base de cobalto, a prioridade da ferramenta é máxima dureza e resistência à abrasão. Embora as bordas afiadas ainda sejam importantes, o substrato e o revestimento devem suportar abrasão constante. A retificação CNC frequentemente é mais adequada do que fresagem ou torneamento para dimensões finais e recursos difíceis de usinar. As velocidades podem ser semelhantes ou até mais baixas do que para ligas de níquel, com foco principal em maximizar a vida útil da ferramenta em vez da taxa de remoção de metal.
Superligas ferro-níquel (ex.: A-286) geralmente ficam em algum lugar no meio, mas podem ser mais tolerantes. A seleção de um serviço de usinagem CNC de superliga com experiência documentada nessas diferentes famílias é crucial, pois uma estratégia perfeita para Inconel pode levar a falha rápida ao usinar Stellite.
Pós-Processamento e Integridade Metalúrgica
As diferenças vão além do processo de corte. As tensões residuais e a integridade superficial deixadas pela usinagem variam significativamente. A usinagem agressiva de ligas à base de níquel pode criar uma camada superficial profundamente encruada e tensionada que pode exigir um subsequente tratamento térmico para usinagem CNC para aliviar tensões e restaurar as propriedades do material. Para ligas de cobalto, a preocupação é menos com encruamento e mais em garantir que a superfície esteja livre de microfissuras iniciadas pelo desgaste abrasivo.
Além disso, a escolha de um subsequente processo de jateamento para componentes CNC deve ser cuidadosamente considerada; um processo muito agressivo em uma peça de liga de níquel de parede fina pode induzir deformação plástica indesejada, enquanto pode ser perfeitamente adequado para um componente mais rígido à base de cobalto.
